（一）活动目标
1.逆风行驶装置的设计
①理解逆风行驶的原理。
②了解各种结构的利弊。
③规划装置的制作材料。
④画出装置的设计草图及排料图。
2.逆风行驶装置的制作
①规划装置的制作流程和分工。
②熟悉工具的使用方法及操作规范。
③制作装置的框架结构。
④组装和调试装置。
3.掌控板程序的编写和调试
①设计程序流程和效果。
②预设功能的实现。
③程序的编写。
④程序的应用和调试。
4.逆风行驶装置的竞速
①掌握提高装置速度的原理。
②探究影响行驶速度的客观因素。
③优化装置的结构。
5.课后拓展
②程序的优化和传感器应用。
③工具和材料的优化与工艺的联系。
（二）活动结构
本课程分为4个模块，分别是逆风行驶装置的设计、逆风行驶装置的制作、掌控板程序的编写和调试、逆风行驶装置的竞速。
（三）活动流程
1.课前准备
学生准备
①查阅资料：利用一切条件（如上网、访问专家或者上图书馆查阅）了解风能利用的方式和原理。
②测试设备准备：小组成员准备吹风机（每组1把）。
③熟悉Mpython编程环境和掌控板硬件。
教师准备
①资料准备：传动方式和结构案例资料，每组一份。
②工具准备：每组工具刀1把，剪钳2把，夹钳2把，热熔胶枪1把，风机，跑道。
③辅料准备：502胶水1瓶，螺丝、橡皮筋、润滑油、砂纸、热熔胶棒和胶带若干。
⑤编程环境准备：计算机、掌控板、传感器、Mpython软件。
2.逆风行驶装置的设计
风能是地球表面空气流动所产生的动能，属于可再生能源。人类很早就开始利用风能，如利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进等。
我们使用何种结构和传动方式能更有效地利用风能呢？
小组设计
根据各种结构和传动方式的优劣分析，选择并设计出自己要完成的装置。
3.设计要素
①逆风行驶装置包含的几个基本部分：结构——装置框架，传动——推进装置，收集——能量获得。
②逆风行驶装置的内部系统分析：结构与阻力；重量与速度；扇叶与面积；风量与距离；传动方式与效率等。
③逆风行驶装置竞速的外部环境分析：受力——摩擦阻力、空气阻力、风压阻力；跑道——平整度等；环境——人员和物体阻挡。
4.画出逆风行驶装置设计草图
图2.2
5.画出逆风行驶装置的排料图
①整体结构排料图。
②传动装置排料图。
6.逆风行驶装置的制作
学生活动
①首先选取材料搭建整体框架结构。
②传动装置制作：将收集的风能转换成装置的动力，通过齿轮比的调配更有效的利用风能（注意行驶方向）。
③收集装置制作：螺旋桨的大小和安装位置调整，更有效地获得风能（注意装置的平衡和稳定性）。
④组合：调整各部分的装配，通过各种固定方式提高设计的可行性和稳定性（精简装置的结构和重量）。
教师指导
①工具使用指导：剪钳和热熔胶枪的用法、胶水的用法。
②工艺指导：切口的平整和打磨、黏接的牢固、材料的选取及使用。(www.xing528.com)
③系统指导：增加迎风面积，精简装置的结构和重量，提高装置整体平衡和稳定性指导等。
7.编程与调试
①使用Mpython和掌控板作为软硬件进行程序的编写和调试。
②预设通过计算机编程控制硬件自动完成装置从起点到终点的计时和显示。
③扩展硬件，包括红外对射传感器、LED灯条、蜂鸣器、按键和OLED屏。红外对射传感器和LED灯条安装于赛道上，起点和终点均安置红外对射传感器，有效比赛区两侧安置LED灯条（蜂鸣器、按键和OLED屏幕掌控板自带）。
④每组配发安装Mpython软件计算机1台，掌控板1块，LED灯条2条，红外对射传感器2台，便于各组测硬件试和调试程序。
图2.3
⑤比赛开始前10分钟，各组将调试好的程序发给裁判，裁判备份并做好记录。
8.竞速比赛
（1）限制范围
学生以小组为单位在给定的材料范围内，自选材料设计并制作一个装置，使其可利用风能实现逆风行驶，行驶速度快者获胜。
（2）限制条件
①风能来自固定风源的风扇，比赛过程中不得变更该风扇位置、风扇角度和风速。
②学生必须在提供的材料中自行选择和设计制作装置，装置自重不做限制，装置尺寸不限。
③风能具体利用方式不做要求，但除去风源提供的风能，装置不得携带任何其他能源。
④装置在行驶过程中不能改变尺寸。若装置在行驶过程中有坠落物，则本次成绩取消。
⑤赛道长度为80 cm、宽度为40 cm。赛道位于风源的正前方且平铺在桌子上，风源距离赛道终点40 cm，风源风向与赛道平行。起跑线前方的准备区域长、宽均为40 cm。
⑥装置无安全隐患。
⑦赛道尺寸及风机位置。
图2.4
（3）比赛规则
①各组派1名选手进行抽签，确定比赛顺序，并进行本组装置的称重和记录。
②抽签结束后，跑道开放15分钟，各组自行进行装置的测试。
③各组比赛前，裁判将之前备份的程序写入赛道上的掌控板。
④比赛过程中，由裁判首先打开风机，参赛学生自行将装置放置在赛道准备区，装置的最前端不能超越起始线且不压线，当装置驶过起跑线时开始计时，选手不得以任何方式触碰比赛装置直至完成比赛，装置的任意部分驶过终点线时停止计时。
⑤比赛过程中，每组可进行两次行驶，每次行驶每组可选派1位组员进入赛道比赛区。按抽签顺序，各组的装置依次行驶，两次行驶之间间隔5分钟。每组组员在第一次行驶后至下一次行驶前，可对装置进行调整和修改。
（4）成绩判定
①有效着地点。
比赛开始前，装置的全部着地点应放在起跑线后且不压线，此时装置的全部着地点视为有效着地点。
②未驶出比赛区。
只要任意一个有效着地点在比赛区域内，即视为未驶出比赛区。若该有效着地点在区域线上也视为未驶出比赛区。
③有效成绩与无效成绩。
若装置的任意部分驶过终点线且未驶出比赛区，则本次行驶时间记为一次有效成绩。其余情况均为无效成绩。（超过180秒，记为无效成绩）
④有效行驶时间。
全部小组完成两次尝试后，每组取时间最短的有效成绩记为本队最终的有效行驶时间（保留两位小数）。若两次均为无效成绩，则成绩记为180秒。
成绩以预设程序控制硬件显示的时间为准，若无显示以裁判手工计时为准。
⑤有效编程成绩。
通过编程达到预设效果得50分，每使用一个扩展硬件（传感器、LED、蜂鸣器等）减10分，最多可使用5个扩展硬件。
⑥最终排名按有效行驶时间、装置重量、有效编程之和的数值由小到大的顺序依次进行排列，以确定比赛名次，数值小者靠前。
（5）课程总结
①谈谈对设计思想、制作过程、比赛结果的认识。
②探究影响逆风行驶装置速度的因素。
③探究计算机编程的实用性和创造性。
④逆风行驶装置还有哪些更有效的制作方法或技术？
（四）所含实践安全环节
①指导学生安全使用木材剪刀、木工锉刀、小型电动锯、小型电钻，强调操作规范。
②指导学生正确使用502胶水，严禁瓶口朝上挤压胶水瓶。
（五）课外习题及课程讨论
②探究材料的受力原理。
③探究建筑艺术的工艺结构。
（六）教学方法与手段
讲授法、实作法、实践探究法。
（七）各教学环节学时分配
（八）考核内容
①制作工艺。
②结构受力。
③结构稳定性。
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