运动与设计教学设计（共8篇）
运动与设计
【教学目标】
科学概念：
过程与方法：
情感、态度、价值观：
【教学准备】有关图片，儿童车实物
【教学过程】
一、导入
1、出示人滑倒的图片和汽车打滑的图片，提问：这两幅图片说明了什么？
2、引导语：看来有些时候还需要摩擦力的帮忙，那么摩擦力社么时候是对我们有利的，什么时候又是有害的呢？
4、揭题：那么哪些地方的设计是需要增大摩擦力，哪些地方的设计是需要减少摩擦力呢？板书：运动与设计
二、这样的设计是为了什么？
3、追问：他们分别是用什么方法来增大摩擦力或者减小摩擦力的？
（1）增加接触面的粗糙程度；
（2）把滑动摩擦改为滚动摩擦
三、寻找自行车上的好设计
4、提问:这些地方分别是用什么方法增大摩擦力或减小摩擦力的？
（1）刹车：增加压力
（2）链条、轮胎：增加接触面粗糙程度
（3）车轴、方向轴、脚踏轴：滚珠轴承
四、小结
篇二：五年级科学《运动与设计》教学设计
五年级科学《运动与设计》教学设计
教学目标
教学准备
有关图片，儿童车实物
教学过程
一、导入
1、出示人滑倒的图片和汽车打滑的图片，提问：这两幅图片说明了什么?
2、引导语：看来有些时候还需要摩擦力的帮忙，那么摩擦力社么时候是对我们有利的，什么时候又是有害的呢?
3、引导语：因此当摩擦力对我们有利的时候我们要适当增大摩
4、揭题：那么哪些地方的设计是需要增大摩擦力，哪些地方的设计是需要减少摩擦力呢? 板书：运动与设计
二、这样的设计是为了什么?
3、追问：他们分别是用什么方法来增大摩擦力或者减小摩擦力的?(1)增加接触面的粗糙程度
(2)把滑动摩擦改为滚动摩擦
4、学生讨论交流
三、寻找自行车上的好设计
4、提问:这些地方分别是用什么方法增大摩擦力或减小摩擦力的?(1)刹车：增加压力(2)链条、轮胎：增加接触面粗糙程度(3)车轴、方向轴、脚踏轴：滚珠轴承
四、小结
篇三：教科版五年级科学上册科学运动与设计教案
五年级科学 运动与设计
【教学目标】
科学概念：
摩擦力对我们有时是有用的，有时是有害的；在工作时有时需要增大
过程与方法：
应用已有知识和经验对摩擦力有益还是有害作出自己的判断和解释；
情感、态度、价值观：
意识到从不同方面分析一个问题时必要的；形成用科学知识分析日常
【教学准备】有关图片，自行车实物
【教学过程】
一、导入
同学们，上节课我们学习了运动与摩擦力，知道一个物体在另一个物
体表面运动时，总有摩擦力伴随，那么大家猜测一下，摩擦力对我们有利还是有害呢？
有同学说有利，还有同学说有害，到底答案是什么呢？我们先来看几
提问：这两幅图片说明了什么？我们走路、汽车行驶时摩擦力太小了
要打滑，这时候摩擦力是有利的，机器运转，部件相互摩擦而磨损，这里的摩擦力是有害的，小孩蹬滑板车玩，摩擦力对滑板车前进有阻碍作用，这里的摩擦力是有害的，但人能稳稳的站在滑板车上，靠的是鞋子和车板间的摩擦，这里的摩擦力又是有利的（摩擦力有时候对我们有利，有时候对我们有害）
总结：为了更好地运动，人们在制造有关物品时，都进行了精心的设
计。
引出揭题：那么哪些地方的设计是需要增大摩擦力，哪些地方的设计
是需要减少摩擦力呢？板书：运动与设计
二、这样的设计为了什么
比如我们看，（出示课件）登山鞋的鞋底为什么设计成有花纹的？鞋底
做花纹，增大摩擦力。汽车轮胎为什么要做花纹，遇到雨雪结冰天气还要挂铁链？这样可以使运动物体接触面更粗糙，增大摩擦力。旱冰鞋上为什么要安滚轮？改滚动为滑动，可以减小摩擦力。
总结：刚才我们看的图片中，他们都是用什么方法来增大摩擦力或者
减小摩擦力的？（学生讨论）
（1）增加接触面的粗糙程度；
（2）把滑动摩擦改为滚动摩擦
三、寻找自行车上的好设计
自行车有哪些与运动密切有关的部件？前、后轮子，后轮轴上的小齿
自行车上那些地方需要摩擦力？是用什么方法增加摩擦力的？
车把手、脚蹬子表面，做花纹的方法使表面粗糙；前后轮胎表面，做 自行车运动哪些地方不需要摩擦力？是用什么方法减小摩擦力？
手把转动轴、前轴、中轴、后轴、脚蹬子轴、大小齿轮与链条等，减
四、练习
1.摩擦力与人类生活的关系是（）
a.有害 b.有利 c.有时有利有时有害
3.连一连
锁不灵活了.往锁孔里加点油
摩擦力增大了 鞋子穿旧了容易打滑
摩擦力减小了 拉链不灵活了，涂点石蜡
足球鞋底部有鞋钉
拓展题
板书设计
运动与设计
需要摩擦力，就增大摩擦力，（1）增加接触面的粗糙程度；
（2）增加压力
篇四：大气运动教案设计
大气运动教案设计
【课标要求】
绘制全球气压带、风带分布示意图，说出气压带、风带的分布，移动规律及其对气候的影响 【教材分析】
大气是地球自然环境最活跃的组成部分，如果地球上没有大气，也就没有生物界，没有人类及其赖以生存和发展的自然环境。因此本单元教材紧密围绕大气环境与人类活动关系这条主线。本节内容实用性强，通过学习大气运动可以理解风的形成，了解全球大气运动状况。本单元各部分内容联系紧密，既联系实际又有指导实际的作用。在教学时应指导学生注意前后连贯，联系实际，充分运用读图思考题。
1.理解大气运动最基本的形式——热力环流（及其形成过程）。
三．情感态度与价值观
1.激发学生亲自探求地理问题的兴趣与动机，养成求真、求实的科学态度。
1．热力环流 2．三圈环流
【板书】
三、大气的运动
【故事导入】三国时期，诸葛亮于农历6月的一天，在葫芦谷设下伏兵，打算用火攻全歼司马懿。这一天，晴空万里暑热难耐，真乃火攻的良机。
气压：单位面积上所承受的空气柱的重量。
b a c b a c b a c 图1 图2 图3
（2）若a地受热(如图2)，则：a地近地面空气膨胀上升，密度减小，气压降低，b、c两地近地面空气相对冷却下沉，密度增大，气压升高，三地近地面处同一水平面上的气压a地较小，b、c两地较大，此时三地近地面的等压面不再是水平面，在气压较低的a处，等压面向下凸，在气压较高的b、c处，等压面往上凸；高空等压面相反。
（学生自主学习，得出结论）教师提供不同的局部热力环流情景，让学生上黑板动手画出完整的热力环流，通过多点气压值的比较得出结论：
①冷热不均是导致大气垂直运动的原因，同一水平面的气压差异是大气水平运动的原因。②由于冷热原因引起的近地面符合热低压、冷高压，高空气压值和近地面相反。
[知识运用] 解释司马懿逃生、诸葛亮
直接 大气运动最简单
形式
大气的水平运动——风
（学生阅读教材“水平气压梯度力”示意图）引导学生阅读此图了解水平气压梯度力的含义以及绘制的方法。
【板书】
四、全球的气压带与风带
[导入新课] 引起大气运动的根本原因是什么？
从全球看获取太阳辐射能量最多和最少的地区各是哪里？
只考虑地转偏向力的影响，大气运动的结果如何？三圈环流的作用是什么？ [板书] 三圈环流
1．成因 2．高、中、低纬环流圈 3．三圈环流的作用
（教师引导学生观察三圈环流模拟演示过程并思考）赤道地区空气上升，两极地区空气下沉，导致近地面的气压如何变化？副热带地区空气下沉，副极地地区冷暖空气相遇，暖空气上升，导致近地面气压如何变化？比较赤道低压带和副极地低压带成因上的差异？比较副热带高压带和极地高压带在成因上的差异？由于近地面高低气压的分布极地转偏向力和摩擦力的影响，会导致空气在水平方向如何运动？气压带和风带的分布是否不会改变？气压带和风带各有什么性质？ [板书] 全球气压带和风带
[板书
篇五：图形的运动教学设计
图形的运动
（一）对称图形教学设计
第1课时 轴对称图形的认识
教学内容：
课本第28、29页
教学目标：
教学重点：
教学难点：
教法： 观察、讨论法。
教学过程：
一、情境导入
二、探究新知
教师小结并过渡：像这些物体，它们的左右两边是完全一样的，我们把这种现象称为“对称”，在我们的生活中还有着许多这样的物体，让我们一起去欣赏下吧。
2、教学“对称”
（1）师：前面我们已经认识了对称图形，老师这里给每个小组都准备了一些纸张，大家能够用剪刀试着剪出一个对称图形码？
在剪之前先想一想怎样剪才能剪出对称的图形，然后动手试一试。
学生操作，判断。指名上台演示，说说判断的理由。
5、同桌之间互相找找剪出来的轴对称图形的对称轴。
6、说一说，在我们的周围你能找出轴对称图形吗？
三、巩固训练
谈话：生活中还有很多图形是轴对称图形，老师收集了一些图形，这里有轴对称图形吗？你是怎样确认的？
出示第1题的图形，让学生小组交流，说说自己的看法，指名汇报。
学生读题，说说下面的图案分别是从哪张对折后的纸上剪下来的，连一连。
通过今天的学习，同学们有哪些收获？
以学生为主体,以就业为导向,根据江西地区动漫产业特点及其对高技能动画制作人员岗位能力要求,结合高职学生素质特征,依托九江动漫教育基地,联合行业、企业专家,开发基于岗位工作过程的由点到面、由简单到复杂、由单元到综合的系统化课程教学项目。突出学生主体作用,营造团队协作氛围,重视操作能力、方法能力、应用能力培养。
(1)将商业动画制作流程引入课堂教学。将模拟的课堂设计转向与真实的商业动画设计课题结合,从作业设计转向项目设计。课程的教学任务是学生从设计基础阶段转到专业设计阶段的关键课程,课堂设计与国际、国内的动画设计大赛、动画公司的设计项目结合起来,全方位的促进教与学双方的能力提升。(2)校企产学合作共同培养专业人才。掌握最新的人才培养使用信息。主动“走出去、请进来”,切实加大了与企业的联系沟通与战略合作,成功建立了一个由相关行业专家、企业技术骨干以及教育界同行组成的专业指导委员会,大家共同参与课程设置研讨,保障人才培养规格始终与市场职业需求相适应。(3)坚持“项目导入、任务驱动、工学结合”的高职教学理念。首先,以岗位需求为导向,以职业技能为依据,对学生进行了基本素质能力的训练和相关职业技能的培养。通过动画实训项目制作,增强实践、实操能力。其次,以项目任务构建教学环节,设计完整的基于工作过程的教学内容,选择课程进入的最佳时机,精心筛选与行业企业合作开发的项目内容,为学生的可持续发展奠定坚实的能力基础。
2 课程设计过程
本课程总体上按照“调研—提炼—论证—设计—驱动—对接”的思路进行课程设计(见图1),首先调研江西地区动漫产业发展现状以及企业对动画人才的需求,提炼出企业动画制作人员的岗位能力要求,联合行业、企业专家设计开发出符合岗位能力要求的Flash动画教学项目,以项目导向、任务驱动和分组竞争的方法实施“理实一体化”教学,在教中学,学中练,练中做、做中评,最终实现学生能力与企业(市场)岗位要求的无缝对接。
2.1 设计环环相扣的螺旋式上升课程
动漫造型设计与动画运动规律原理是各类动画制作根本,鄱阳湖生态经济区区域将其技术主要应用于二维动画、三维动画、网站与游戏、移动设备、影视后期等五大方面。因此,本课程以动漫造型设计与动画设计制作能力的培养为核心,设计11个单元对应于行业企业职业能力需求。学生在情境教学当中,逐步完成由易至难、渐进复杂的典型工作项目,不仅强化了平面动画设计与制作的专业能力,而且学生的团队合作、沟通等社会能力不断增强,获取信息、分析问题、解决问题等方法能力得以提升。
2.2 设置生动有趣又不乏难度的“典型项目”,最终把学生引入仿真实训
针对高职学生的认知特点,在教学情境载体的设计过程中思考了两个问题:(1)典型项目综合性较强,如何将项目导入课堂?(2)项目蕴含的难度较高的核心技能如何导入更能激发学生的学习兴趣?(3)项目制作的课后跟踪与监管?基于此,我们以“导入案例+分项任务+实训工厂”构建每个学习情境,具体做法如下:(1)按循序渐进的教育规律合理安排10个典型项目的教学顺序。(2)每个项目所蕴含的难度较高的核心技能先用若干个具有实际应用价值的案例进行导入,每个导入案例形成一个个生动、直观的学习子情境,让学生在短期内完成案例、掌握难度较高的核心技能,并获得成就感,从而激发学生的学习兴趣。
随着教学过程的进行,构建学习情境的项目载体包含的核心技能越来越多(项目复杂度越来越高),但用于导入核心技能的案例却越来越少(学生主导性越来越强,教师指导量越来越小)。
对于“基本技能”单元教学的实施,在空间上,摒弃传统教室(理论教学)与实训室(实践教学)的二元结构,将课程全部置于动画制作仿真实训室进行,依托具有强大交互演示功能的Lanstar网络教学软件和投影设备,进行理论教学和实践教学的交替并行。在时间上(教学过程),依据动画制作岗位技能要求,将教学内容重构为若干教学单元,将教学单元分解为若干个项目,项目分解为若干个任务,实施项目导向、任务驱动教学,边教边学边练边做边评,达到动画制作过程中的“教、学、练、做、评”同步,最终依托仿真环境,从空间上、时间上构建基于理实一体化项目导向、任务驱动的教学模式(见图2)。
2.3 依托行业、企业以及实训基地资源,构建基于分组的
专项动画项目实训、顶岗实习和技术服务模式,培养学生的岗位工作能力、团队协作意识,体现课程的职业性
本课程依托行业、企业以及校内外实训基地资源优势,课程的“技能应用”单元,在校内,引入真实项目,构建基于分组竞争的动画项目实训模式,在校外,则通过顶岗实习,完成岗位工作的真实体验,同时通过发挥学院以及系部专业影响力,以学生为主体,采用组长负责制、考勤连坐制和组员解雇制。每个小组的组员任务分配、分组讨论和最终的成果汇报均由组长负责进行。考勤采用连坐制,一个小组若有一人无故迟到早退一次,则整个小组排名后退一名,若已经后退到最后一名还不够,则全组本项目没有得分。若在项目执行期间有小组的多数成员认为,本小组某人没有完成自身任务,并连累整个小组成绩,可提前向指导老师提出;指导老师负责协调,若实在无法协调,则由此小组三分之二以上人员提出申请,并签字同意解雇某人,被解雇者成绩定为不合格。
本课程实训体系第一阶段是核心技能实训,安排在每个导入案例学习之后进行,主要是培养学生掌握动画设计与制作的核心技能;当学生技能掌握到一定阶段后,引入仿真项目实训,对前阶段所学技能进行综合应用,然后再进行下阶段的核心技能实训;当学生综合技能水平达到一定层次后进入学生工作室进行订单项目实训,核心技能实训、仿真项目实训和订单项目实训是循环进行的;学生积累到一定阶段后,再进入思科等校内外实训基地进行顶岗实践。在循环式的实训体系中学生的技能是呈螺旋上升式提高的。
2.4 探索CSCL的互动平台,开发共享型网络教学资源,
创新技能竞赛,培养学生的可持续发展能力,体现课程的开放性
本课程从学生的可持续能力培养出发,着力实施开放性教学。一方面通过FTP作业管理系统、QQ群、Lanstar网络教学软件、虚拟现实技术、麦思教娱网等,构建课内外的CSCL(计算机支持的协作学习)互动平台,开发各类教学资源及Flash作品交流渠道,营造全天候、全方位的立体化教学环境,达到随时随地自主开放学习;另一方面充分利用我院成熟的IT文化节品牌,创新校内Flash动画技能竞赛,进而走出校园,鼓励师生参与各类国家级、省部级的动画制作赛事,检验自身的实战与竞技水平,并籍此鼓励学生自主学习,刻苦钻研,激发学习兴趣。
2.5 采用基于过程的多元化立体化评价体系,实施全面、可控的准确考核
本课程在考核评价上,结合多元智能理论,以能力本位为核心,构建基于学习过程的多元评价体系,确保考核的全面性、科学性、准确性和可操作性。
3 结束语
依据市场对动画人才需求,项目驱动教学的设计理念,对相应教材、教学方法、教学评价机制作相应的改革,充分利用现代科技手段,开发教学资源及共享教学资源平台,充分利用本行业典型的企业的资源,进行产学合作,建立实习实训基地,进行“工学”交替,满足学生的实习实训要求,同时为学生的就业创造机会。
摘要：本文从学生的可持续能力培养出发,着力实施开放性教学。从课程的设计理念、设计过程和实施建议探讨了动画运动规律的课程教学改革。
关键词：工学结合,项目驱动,情境教学,评价考核
参考文献
[1]戴泽淼.初学Flash基础动画制作时需要注意的问题[J].中国西部科技,2009(34).
[2]胡春荣.Flash课堂教学情景创设尝试[J].内江科技,2009(1).
[3]葛美林.职业学校《flash动画制作》教学思考[J].科技信息,2010(7).
[4]任伟杰,靳春华.仿真实验在国家级实验示范中心建设中的作用[J].实验室科学,2010(2).
1、绘画艺术和设计艺术的功能和创作目的不同。绘画艺术主要是满足作者和欣赏者的审美目的和适当的教化目的,所谓“文以载道”,是指通过艺术的形式表达理念和传播伦理思想。设计艺术则是满足于产品本身实用功能的同时,附加以美的外在形式,使人在使用产品的过程中,获得美的享受。在商品社会里,设计艺术的直接目的往往是商业目的。
2、绘画艺术和设计艺术的载体不同。绘画艺术的载体是纸张,墙壁或帆布等平面或曲面的物质载体。设计艺术的载体是产品本身,并且通常是指人们视觉所及的那部分造型。
3、绘画艺术和设计艺术的内容不同。绘画艺术的内容一般是客观事物或主观情感,与其载体如纸张等没有必然的联系。设计艺术的内容是产品本身,它要表达的通常就是其载体的内容。
4、绘画艺术和设计艺术的生产方式不同。绘画艺术通常是创作者用手工的方式生产出来,而设计艺术通常用工业化的手段来实现。
5、绘画艺术和设计艺术的表达风格不同。绘画艺术强调作者本人的个性化特点,每一位重要画家都是独一无二的。设计艺术的表达风格则表现为时尚化特点,当一种风格开始占据市场的主流时,这种风格就会波及到设计艺术的各个领域。
以上讲的是绘画艺术和设计艺术的区别。绘画艺术和设计艺术同属于艺术门类,那么它们必然存在着本质的联系。绘画艺术和设计艺术都具有审美的功能,强调形式和感觉。事实上,从历史的角度看,二者的发展存在着千丝万缕的联系。在西方艺术发展史上,现代派绘画艺术呈现出五彩纷呈、琳琅满目的景象,各种流派和运动你方唱罢我登场,可谓应接不暇。这林林总总的现代派绘画运动的兴衰成败直接影响了设计艺术的面貌。本文考察了1860年以后的西方绘画和设计艺术的发展历史,就现代绘画运动对设计艺术的影响做了思考与分析。
图1 安格尔的肖像画
模仿自古以来是西方绘画的灵魂。画家为了准确画出人体的结构,必须精通解剖学。在古代西方人眼睛里,绘画几乎可以等同于一门严谨的科学。许多画家兼具科学家的身份,如著名的达•芬奇不仅是画家,而且是数学家、力学家和工程师。到了现实主义大师安格尔,他的许多作品(如图2)就好比照片一样精确和逼真。即使是西方浪漫主义画家的作品,也讲究符合实际事物的精确的比例结构。在西方现代派绘画出现以前,绘画强调同客观现实事物的再现关系。
到了印象派绘画时期,真实再现客观事物原貌的绘画原则被打破了,首先表现在色彩关系上。印象派画家通常不在意所画事物本身的形状和轮廓,而更加重视呈现在他们眼中的光和色的视觉感受。到了立体主义时期,毕加索等人更是打破了事物和人体本身的结构和比例关系,把存在于不同平面的造型放在同一个平面进行表达。到了康定斯基(如图2)和波洛克的抽象表现主义那里,他们就几乎完全抛弃了客观事物的表达内容,而以色彩和线条本身为内容,抽象的表现一些“情感”之类的东西。人们在这样的作品里再也找不到一匹逼真的“马”或者一个熟悉的“人”了。在这个发展过程中,我们发现绘画从模仿外在客观现实事物转变为寻求绘画本身的形式和趣味,也就是“为艺术而艺术”。
图2 康定斯基作品
设计艺术在早期表现为手工艺设计,到了工业化社会逐渐表现为工业美术,如工业产品和建筑等都是设计艺术表现的载体。“19世纪中期英国争取艺术和手工艺的联系的运动,是欧洲艺术设计理论的源头”。[1]在早期的设计艺术当中,我们看到做工考究的手工艺品往往带有强烈的装饰性。装饰,就是在产品表面附加一些与其使用功能无关的艺术形式。装饰的内容一般是植物、动物、人物和自然景物的艺术化造型。巴洛克、洛可可和维多利亚等时期的手工艺品都充满了豪华的装饰。在1851年的水晶宫博览会上,欧洲先进的工业生产商展览了各种机器制品,这些产品都采用了传统的装饰方法,比如金属枪支表面装饰有浮雕效果的植物纹样。总之,这个时期人们的审美观念似乎承续了传统再现性绘画的美学观点,认为美在艺术之外的客观事物,对外在客观事物的模仿和再现就是美的表达。美在艺术的载体之外,而不在艺术的载体本身。
这种工业模仿手工艺的做法在后来的历史进程中受到了越来越多的质疑和否定。19世纪后期的英国工艺美术运动为了保存手工艺的优良传统,甚至不惜否定工业化大生产的价值。然而,历史的结局是装饰的淡出和工业生产的普遍适用。人们越来越多的认识到,我们差不多不需要装饰。首先,复杂的自然主义装饰逐渐演变为抽象装饰。在20世纪初的新艺术运动(比如德国的“青年风格”和奥地利的“维也纳分离派”)中,许多建筑设计和产品设计仍然保留了适当的装饰,而装饰的纹样变为简化的几何图形。后来,奥地利建筑家阿道夫•洛斯发表了著名文章《装饰和罪恶》,他在文章中彻底否定了装饰在设计艺术中的意义。从此,现代主义设计开始步入历史舞台。现代主义的核心是功能主义,也就是把更好更经济实现产品本身的功能放在第一位。从功能主义诞生出了机械美学。机械美学认为几何的造型是美的,直线比自然曲线更富有表现力,美就在于机器本身,而不必去模仿别的事物来表现美。这个时期,设计艺术已经从装饰外在事物的习惯转变为从机器本身即设计艺术的载体本身寻找美了。
考察西方现代绘画运动和设计运动发生的时间,我们发现二者之间存在着惊人的相似。印象派出现在19世纪60年代到20世纪初的欧洲,这个时间恰与英国工艺美术运动的发生时间相仿。立体主义、荷兰风格派和抽象表现主义出现的时间大约在20世纪初期,而欧洲新艺术设计运动和现代主义设计运动也在这个时期出现。许多画家如包豪斯的教师康定斯基和荷兰风格派代表人物里特维尔德(红蓝椅的作者)本身也是平面设计家和产品设计师。因此,我认为现代绘画艺术运动在内在精神上对设计艺术产生了本质的影响。
绘画发展到抽象表现主义之后,绘画本身完全脱离了外界事物,成为孤立封闭的艺术存在;它只有在其本体的意义上才有价值,与客观现实、主观情感和道德观念绝缘;只有形式,没有内容。物极必反。在以后的历史进程中,抽象表现主义很快的淡出艺术界舞台,画家不得不借助于传统绘画的依赖外在事物的特点,完成了从内在向外在的部分回归,实现了外在和内在的折中。
图3 带胡须的蒙那丽莎
20世纪早期的达达派代表人物杜尚曾经把男用小便池作为艺术品进行展览。他的绘画作品《带胡须的蒙那丽莎》(如图3)是在达•芬奇的绘画《蒙那丽莎》上面添加胡须。他的目的是表达反传统的理念。但是他在这样的作品里不得不像传统的画家那样,依靠外在的事物(如静物、他人的作品等)作为自己的作品的素材。到了20世纪20年代,超现实主义画家在他们光怪陆离的绘画作品中,表现出了他们良好的写实功底。虽然他们的作品都是超现实的幻想的产物,但是这些作品的画面却清晰的按照传统的素描和油画的技法在表现,显示出了准确的光影关系。这些作品表现的虽然不是现实中存在的事物,但是这些事物却根据现实世界的光影关系和视觉效果而存在。那些抽象主义的毫无逻辑的线条,在超现实主义画家的作品里非常罕见。到了这个时候,我们发现“为艺术而艺术”的形式主义绘画向传统的再现艺术做出了让步。
设计艺术的发展也经历了一个类似的回归。现代主义设计强调机械美学,重视几何造型和“同一化”生产,在工业产品和建筑的外观形式上表现出了单调冷漠和千篇一律的特点。因此,到了20世纪50年代,这种“为了产品而产品,为了建筑而建筑”的功能主义设计观念受到了越来越多的批评和抛弃。从20世纪60年代的波谱运动开始,各种后现代主义的设计思潮无不向现代主义的机械美学提出挑战。人们热衷于使用一些具有人情味的工业产品,并更加倾向于选择温馨的住宅。传统的装饰主义死灰复燃。人们在汽车的尾部装上尾翼,使它看上去更富有动感,并似乎更像一只动物一样容易被驯服。这些现象表明,人们开始从设计艺术的载体——产品或建筑之外寻找一些与这些载体的本质无关的东西,以获得历史的折中和精神的慰藉。
从上面的论述可以看出,无论是绘画艺术,还是设计艺术,都经历了从内在封闭的形式主义发展到同外在事物的折中的过程,这或许是现代绘画运动对设计艺术产生了深远影响的表现。然而,对于绘画艺术和设计艺术而言,这个过程又不尽相同。从现代绘画的发展进程来看,从极端形式主义化的抽象表现化的表现主义绘画发展到超现实主义和达达派绘画,只用了短短的几年时间。而就设计艺术史而言,从现代主义步入到后现代主义却经历了近半个世纪的时间。这一方面由于绘画艺术是观念的艺术,而观念具有超前性,所以绘画的演变速度非常快。另一方面,设计艺术必须依附于生产技术的因素,设计艺术的发展不得不相对滞后于科技的发展,因此设计艺术的演变进程显得相对缓慢。
到了21世纪,绘画艺术慢慢的步入了“终结”,而设计艺术却蓬勃的发展起来。在世界各国,从事设计艺术工作的人的数量要大大多于纯粹的画家的数量。这或许是因为人们对绘画的理解越来越模糊了。但是,不能否认的是,绘画艺术是设计艺术的先导,我们必须重视绘画的发展历史和发展现状,一个好的设计师应该对绘画艺术获得充分的涉猎和深刻的理解,我想这是很有必要的。
注释
[1]凌继尧、徐恒醇:《艺术设计学》,上海:上海人民出版社,2006年,第56页。
[1]凌继尧、徐恒醇:《艺术设计学》,上海:上海人民出版社,2006年
[2]王受之:《世界现代设计史》,北京:中国青年出版社,2002年
一、教学目标
根据“科学课以培养小学生科学素养为宗旨”，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动的课程理念，我确定了以下三维目标：
1.知识与技能
（1）知道产生摩擦力的条件；
（2）知道摩擦力的大小与接触面的光滑程度和物体重量的关系； 2.过程与方法
（1）让学生通过动手实验，学会测量摩擦力的大小；
（2）通过科学探究活动学习设计实验检验摩擦力与接触面和重量的关系，会做摩擦力大小的对比实验；
3.情感态度与价值观
通过一系列的活动，让学生在活动中形成认真实验。根据数据得出结论的科学精神。
二、教学重点
1.知道摩擦力的概念；
2.用实验探究影响摩擦力大小的因素；
三、教学难点
做摩擦力大小的对比实验。
四、教学准备
弹簧测力计、砝码，能拉动的小车、木板、毛巾。
五、教学过程
1.创景激趣
引出课题
好的开头是成功的一半，成功的导入不仅能激发学生的注意力，更难拉住学生的思维，引发思考。教学一开始，就设置了一个小游戏（如PPT图
5、图6）。先让两位同学把两本书的少部分页码交错在一起，让这两位同学拉这两本书，他们很轻松的就拉开了。接下来，再让这两位同学把两本书的全部页码交错在一起，让两位同学拉。这个时候，无论这两位同学费了多大的力气也拉不开这两本书。这时，老师追问：到底是什么什么样神秘的力量使这两本书拉不开呢？就就是摩擦力的力量呀。从一个小游戏，引出摩擦力，进入今天的新课学习。
2.学习概念
初步感知
学习摩擦力的概念和感知摩擦力是本课的一个难点，为了突破难点，我设计了一个小活动（如PPT图
7、图8）。让两位同学把手放在空中，移动一段距离。在让这两位同学把手紧压桌面，移动相同的距离。让他们比较一下两次手移动距离的难易程度，这两位同学感受到，手紧压桌子运动时，受到了阻碍，移动起来比较困难。其实，这个时候是产生了摩擦力，所以手移动起来很困难，从而得到摩擦力的概念是：一个物体在另一个物体表面运动时，会产生摩擦，这时产生的力我们把它叫做摩擦力。
3.提出猜想
设计方案
同学上节课已经学习了力的大小的测量，今天这节课又学习了摩擦力。那么你们分小组测量身边物体在桌面上运动时受到摩擦力大小，并记录数据。同学们发现不同的物体受到的摩擦力大小不一样，这是由什么原因导致的呢？接下来，我们设计研究摩擦力大小的两个对比实验。实验一：摩擦力大小与接触面光滑粗糙的关系 实验二：摩擦力大小与物体重量的关系 实验一步骤如下:（1）在实验前老师先准备实验器具：有弹簧测力计（8只）、能拉动的小车（8只）、砝码、木板、毛巾若干。老师出示材料，学生设计实验；
（2）老师提示：既然是对比实验，那么要改变的是接触面的光滑和粗糙，不变的是物体的重量；
（3）各个小组交流实验方法；
（4）学生实验，教师指导（每种测量三次，减小误差，填写记录单）；（5）得出数据，总结实验结论。实验二步骤如下:（1）老师出示实验材料，学生设计实验；
（2）老师提示：既然是对比实验，那么要改变的是物体的重量，不变的是接触面的光滑和粗糙；
（3）各个小组交流实验方法；（4）学生实验，教师指导（每种测量三次，减小误差，填写记录单）；（5）得出数据，总结实验结论。
4.实验验证 得出结论
实验一结论：（1）物体间接触面光滑，摩擦力小；
（2）物体间接触面粗糙，摩擦力大； 实验二结论：（1）物体重，运动时摩擦力大；
（2）物体轻，运动时摩擦力小。
5.课堂总结 实践延伸
（1）小结：我们知道了影响摩擦力大小的因素是接触面的光滑程度和物体的重量。
（2）在我们生活中该怎样来增大或减小摩擦力，使之为我们服务。
可以通过汽车轮胎上制有凹凸不平的花纹来增大摩擦力。或者机械手表戴久了要给它上油，减小摩擦力
六、教学反思与自我评价
根据科学课程强调，要培养小学生的科学素养，在科学教学过程中我注意培养学生的探究质疑精神。课堂教学中，我没对学生进行生硬的科学知识讲授，而是引导学生自己观察、自己发现、自己思考、自己设计、自己操作，在实验中去获得科学知识与体验。
江苏省金坛市华罗庚实验学校
张俊
213200
教材分析
本课是苏教版小学科学四年级下册第三单元“物体的运动”的第二课。本课的设计意图是通过让学生玩木块、风车、易拉罐、塑料尺、橡皮筋、秋千等材料，使它们运动起来，引导学生从总体上了解物体的运动方式有移动、转动、滚动、振动、摆动等，并对物体运动的方式及其特点进行研究，使他们知道移动、转动、滚动、振动、摆动的特点。
学习本课之前，学生在日常的生活中看到了许多不同的物体不同的运动方式，如风车的转动、汽车轮子的滚动、秋千的摆动等，对一些简单物体运动的形态已经有了初步的了解，只是他们的认识还不够深入、系统，对物体运动方式的本质特点还不很清楚。在教学中，必须抓住学生认识模糊的地方设置认知的阶梯，化连续、复杂的运动为定格、简单的运动，引导学生利用各种不同的实验材料由浅入深地观察、感知、认识、分析它们的运动方式及其特点。
基于以上分析，根据课程标准的要求，认为本课的教学目标为： ●过程与方法
能够观察出物体在移动、转动、滚动、振动和摆动这五种运动方式； 能够用图示法表示出五种运动方式的特点； 能够找出物体运动方式之间的异同点。●知识与技能
了解移动、转动、滚动、振动和摆动的运动特点和异同点； 能够运用多种方法，让物体运动起来； 知道运用观察、比较的方法认识事物的特点。●情感、态度与价值观
体会自然界各种事物之间的相互关系； 在动手玩的过程中体验探究的乐趣，体会到“科学源于生活”。材料准备：
溜溜球、小风车、带细线小木块、乒乓球、空易拉罐、橡皮筋、塑料尺、气球、竹蜻蜓等，学生自带的各种会动小玩具。
教学过程
（一）由玩入境，初步感知物体的运动方式。
1、讲述：（先后出示玩具小风车、小皮球）你们平时玩过没有？谁来说说平时你们都是怎么玩的？
2、学生回答。并上台玩给全班同学看看。
3、小结：好不好玩，怎样好玩？（关键引入 “它们会动”）
4、上节课老师让你们每人带一件小玩具，都带来了没有？下面我们就在同组中相互交换着玩一玩，看看哪些玩具是会动的？怎样动的？
5、学生自由玩玩具。（教师和学生一起玩）
6、刚才小朋友们玩得真开心！下面谁来说说你玩得玩具会不会动？怎样动的？（可引入“运动的方式”）
7、学生汇报交流。
【点评】材料是孩子们进行科学学习必不可少的东西，有了材料大家才有“玩”——探究的东西，所以准备材料很重要，可是如何准备呢？科学探究中的材料并不是一定都需要老师去给大家准备，那多累呢，而且效果不会太好，发动孩子们准备材料，让孩子们养成带材料来上科学课的好习惯，孩子们对自己带的东西“格外珍惜”，有感情。老师就是要注意，平时就要训练，加强评价激励，教学效率会得到提高。
（二）自由探究，定向了解物体的运动方式。
1、师：刚才小朋友们玩的是玩具，比较容易，下面老师对你们要求高一点啦？老师这提供了几种材料，小组交换一下意见，选择你们最感兴趣的四种材料来研究。
2、每组由一名代表上台来选材料。
3、请小朋友们仔细观察一下你们要研究的材料，想一想，怎样可以让它们动起来，看谁的发现“它们运动的方式”最多？
4、想好了没有？谁来说说你们是怎样想的？
5、学生汇报自己的想法。
6、你们的想法真多，到底是不是这样的呢？下面我们就来试试吧！请把你们的发现记录下来。
7、学生自由研究。（教师巡视，并认真地参与一两组的研究）
8、研究好了没有？哪小组来说说你们的研究情况？
9、学生汇报交流。
【点评】孩子们探究，往往就探究而探究，表现在，动手研究前缺乏思考，缺乏对动手目的的思考，我们认为，培养孩子们思考着动手探究很重要，思考成熟了，方向和目的也就明确了。为什么在许多的课堂上会出现“乱场”的现象呢——孩子们只关注于自己的玩，没有目的，没有方向，等玩够了，还不知道自己干了什么。就是因为老师不关注让孩子们带着问题去玩，有准备的去玩，思考着玩。只有经过多次反复的训练孩子们这样——思考着有准备的去玩探究的习惯，孩子们的科学探究才更有效。
（三）活动身体，尝试玩出各种运动方式。
1、刚才同学研究得真认真！感觉有点累吗？下面我们来活动活动身体，看看我们的身体能作出几种运动方式，好不好？
2、学生活动身体，作出各种运动方式。
3、谁来说说你刚才做了哪几种运动？
4、学生汇报交流。
5、小朋友们真得很善于研究，其实我们生活中还有许多有趣的科学现象。今天我们研究了“物体的运动方式”，小朋友们发现了许多，在研究中有不少收获，肯定也有很多有体会，希望同学们能把自己的体会写成一篇日记，好不好？
【点评】这个玩的环节在实际教学时，起到了较好的效果，是因为跳舞的小孩这个玩具有意思，吸引人，材料选得好，孩子们乐于来观察分析。也激发孩子们来尝试和小人一起跳舞的欲望。
成功点击
布鲁纳说：“学习的最好的刺激是兴趣。”只有在打动学生，震撼学生的心灵，满足其喜好时，才能激起学生的探究欲望，从而积极地、主动地投入到探究活动之中。“爱玩”是孩子的天性，但我们大人总认为孩子们的玩就是“胡闹”“瞎搞”，而实际上孩子们能从“玩”中学到许多我们用“教”无法给予的东西。只要我们引导得当，使他们的“胡闹”“瞎搞”变得有目的、有计划、讲方法，让他们在乐此不彼的“玩”中经历科学探究的一般方法和过程，相信孩子们一定会玩出名堂、玩出水平、玩出真知！
这节课的设计，摆脱了教材的束缚，一改过去的教法，首先让学生玩各种玩具，让学生边玩边仔细观察哪些玩具会运动？怎样运动的？接着又出示一组材料，学生凭兴趣自由选择，想一想，怎样可以让它们运动起来？最后又让学生跟着歌曲“健康歌”自由活动身体，尝试做出各种运动。整堂课教者设计了一个又一个“玩”的活动，学生兴趣空前高涨，研究得特别起劲，他们不但轻松地掌握了本课的知识目标，而且还亲身经历了科学探究的过程。产生这样的效果实际上得益于一个个“玩”的游戏，只不过由“玩”得“实在”，学生实现了认知迁移。
一、教学任务分析
匀速直线运动速度与时间的关系是研究物体运动情况最重要的规律之一，也是考试重点考查的内容之一。课标对这部分的要求是：理解并会利用这条公式解决日常生活中的运动问题。
在学习的过程中，体会推导匀速直线运动的速度与时间关系的那种心态了，速度与时间关系式是运动学中最基本的关系式，所以这方面的知识必须让学生理解，领悟，并学会把它运用到日常生活中。
现行的高中教材，知识点比较简单，同学们应该彻底理解关系式，并了解各种类型题目的解题思路，最重要的就是要联系实际来解题，因此在教学中，教师应该注重教会学生联系实际，尊重事实。
匀速直线运动速度与时间关系是高中运动学学习的基础，在以后会有更多的运用，是高中的教学基础内容也是重点内容，它是为以后学习位移公式、速度与位移关系以及其它运动学推导公式做好铺垫的，因此，这个内容也是教学的重点内容。
二、学生学情分析
高一学生，处于叛逆心理的后期，抽象思维慢慢的形成并加强，在这个学习过程中，他们会觉得很有新鲜感，自然的对学习就会有更多的兴趣，处于高中的学生，思维敏捷，求知欲高，他们会更加深切的明白，弄清楚各个知识关系对学习是至关重要的内，因此也会努力的来学习这一部分内容。我们需要更深的给他们讲关于这个知识的内在原因，启发他们的思维，纠正他们对学习内容的一些潜在错误观点，以便让他们更好地掌握学习内容。
三、教学目标 知识与技能
1．知道匀速直线运动的v—t图象特点，理解图象的物理意义．
2．掌握匀变速直线运动的概念，知道匀变速直线运动v—t图象的特点．
3．理解匀变速直线运动v—t图象的物理意义，会根据图象分析解决问题，4．掌握匀变速直线运动的速度与时间关系的公式，能进行有关的计算．
过程与方法
1．培养学生识别、分析图象和用物理语言表达相关过程的能力．
2．引导学生研究图象、寻找规律得出匀变速直线运动的概念．
3．引导学生用数学公式表达物理规律并给出各符号的具体含义．
情感态度与价值观
1．培养学生用物理语言表达物理规律的意识，激发探索与创新欲望．
2．培养学生透过现象看本质、甩不同方法表达同一规律的科学意识．
四、教学重点、难点
教学重点
1．理解匀变速直线运动v—t图象的物理意义
2．掌握匀变速直线运动中速度与时间的关系公式及应用．
教学难点
1．匀变速直线运动v—t图象的理解及应用．
2．匀变速直线运动的速度一时间公式的理解及计算．
五、教 学 方 法 ：讲授法
六、教学过程
1、复习导入，引出课题
1)引入学生复习旧知识，让他们重温匀速直线运动的知识，以及它在v-t图像中的表示。
2)让同学们明白匀速直线运动的两种类型，即：匀加速直线运动，匀减速直线运动，以及他们v-t图像的不同之处。
3)引入今天要学习的内容，点名课题：既然匀速直线运动的速度随时间是均匀变化的，那么，速度随时间的变化关系是怎么样的呢？今天我们就来学习速度时间的关系式。
2、激发学生思维，深入讲解知识。1)由a推导出速度与时间的关系式：vtv0at
，由vvt-v0，推导可得vtv0at t2)由于关系式中加速度a与速度v都是矢量，所以具有矢量性，只能直接应用于直线运动。
3)因为具有矢量性，因此计算中都要先规定正方向，这样才能清楚物体在不同时刻的运动状态。一般以初速度V0方向为正方向
i.在匀加速直线运动中，加速度与初速度同向，计算中，a取正值
ii.在匀减速直线运动中，加速度与初速度反向，计算中，a取负值
4）再学习这公式的两种特殊情形
i.ii.当a=0时，vtv0，物体做匀速直线运动。当v0=0时，物体是做初速度为0的匀变速直线运动
3、知识的理解与运用
1)总结今天学习的内容
2)为了加深同学们对知识的理解，下面我们一起来做一道练习题。
一辆车以初速度v0=60m/s，做刹车运动，在这个过程中可视为匀减速直线运动，加速度等于-6m/s2，问12秒后物体的速度是多少？
3）讲解解题过程，让学生注意联系实际
2010年吉林省大学生电子设计竞赛共计8道题, 本题为第4道题目:运动木棒长度计量装置。为了让更多的电子制作爱好者和即将参加电子竞赛的同学们对本题理解得更加清楚, 笔者将原题引用如下:
(1) 任务:设计并制作一个运动的棒体长度计量装置。实现单个木棒长度、累计长度和木棒个数的计量、显示和语音播报。其结构原理如图1所示。
(2) 要求
1.基本要求
(1) 具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的显示功能;
(2) 具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的语音播报;
(3) 长度测量误差≤1cm。
2.发挥部分
(1) 具有存储数据自动回放功能;
(2) 长度测量误差≤0.5cm;
(3) 具有木棒反方向运动计量功能, 实现相应长度、个数扣除;
(4) 创新性。
3.评分标准 (见表1)
4.说明
(1) 棒体采用直径约3cm的拖布杆制成, 长度5～20cm。
(2) 滑槽采用表面明光滑的板材制作, 长度约为50cm。
(3) 单根木棒通过滑槽的时间小于3s。
(4) 长度计量不容许使用光栅尺。
二、制作过程
大赛题目在网上公布后, 全体队员集中讨论, 认为本题以单片机为控制和运算核心, 与平时经常进行的单片机电路设计关系密切, 这正是我们擅长的部分, 所以选择本题。本题可以分为以下几个制作部分:
(1) 运动传感器或长度传感器的设计; (2) 语音电路的设计; (3) 滑槽的制作; (4) 键盘与显示电路; (5) 软件算法的设计。
对于语音电路我们仅做过演示实验, 并未制成实际的应用电路, 所以感到一些棘手, 但其余电路都在平时的训练中多次运用, 难度不大, 所以还是很有信心的。
这几部分完成之后再进行联调, 就可以得到完整的测量系统。
1. 运动传感器设计
对于运动传感器或长度传感器, 首先要设计传感器的方式, 我们选择了红外光电对管, 如图2所示。红外对管在木棒没有通过时, 发射端发射红外光, 接收端导通, 传感器输出低电平;木棒通过时遮挡光线, 接收端输出为高电平。将电平信号输入给单片机, 结合定时器就可以得到木棒进入和滑出的时间。如果安装多组红外对管, 并设定好距离, 就可以测出木棒运动通过固定距离时的时间, 这样就可以算出平均速度和加速度等运动信息, 从而计算出木棒的长度。
市场上有售光电开关的, 但收发间距通常只有1cm左右, 无法安装在宽度大于3cm的滑槽上。所以选择自己制作。最初我们选择制作光电对管的阵列, 如图3所示。
这样通过计算光电对管被木棒遮挡的个数就可以直接得出木棒的长度, 但是这样做工比较复杂、费时费力, 增加成本;考虑到木棒本身运动的特性, 我们选择用设计算法单片机让单片机计算木棒运动的平均速度和通过的时间来计算木棒的长度。光电对管个数决定了计算的精度。我们选择安装4组红外对管如图4所示。
这里需要补充一下, 红外对管的发射管是透明的, 接收管是黑色的, 安装的时候, 接收管要反向安装, 这样灵敏度会和接收的距离会大大提高。如果接收管是正向安装, 即正极接高电位, 负极接地, 测量的距离大概为1～2cm;而反向安装可以达到4～5cm。可以交流调制方式提高灵敏度, 但是接收部分需要解调, 增加复杂性。限于制作的时间比较紧而接收管与发射管距离比较近, 我们的发射管一直处于常通状态, 虽然比较耗电, 但是这样可以及时接收到木棒通过的信号。红外对管选择Φ3mm规格的。
2. 语音电路的设计
语音电路方面我们采用了ISD系列录放芯片, 参考电路图如图5所示。
本题中仅应用到语言播报的功能, 因此我们事先录下“1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、十、点、厘米、木棒长度、是、总长”等语音片段, 根据测量值选择对应的语音片段进行读取组合, 并连续播放, 这样就得到了连贯的语音。
使用时, 将图5中的A0～A7改为接8位的拨码开关一端, 开关的另一端全部接地, 开关用于设置录音的地址。利用该电路进行语音的分段录音;录制好以后, 将单片机的7个IO线接在A0～A5、PLAYL (电平触发放音) 上, 进行语音片段的选择和播放即可 (见图7) 。
3. 滑槽的制作
滑槽我们选择了装修用的线槽, 宽度大概5cm, 安装好光电对管后, 中间滑动的部分大概3cm宽, 刚好可以容纳下一根木棒。在设计制作的时候, 我们分别测试了横截面为圆形、V形和U形的滑槽, 发现U形的槽最便于安装制作长度传感器。安装红外对管时, 用电烙铁就可以烫出一个圆孔, 将发射和接收管正对着安装。电源供电线可以埋在侧面。这样也比较美观。
为了让滑槽更美观和实用, 我们把滑槽设计成可以改变角度的斜坡, 这样可以方便的改变木棒的速度 (见图6) 。
4. 键盘与显示电路
这部分电路由两个按键控制数据回显和语音开关的控制;液晶模块LCD1602显示运动木棒单个长度、个数、累计长度等多项功能 (见图7) 。
5. 软件算法设计
软件设计流程如图8所示。其中长度设计的算法如下:
每对光电开关之间的距离设定为3cm。木棒经过时, 对应的接收管输出高电平。因此, 从第一对光电管的电平变化可以得到木棒进入的时间, 从第四对则得到木棒完全离开的时间, 每对开关管的输入变化都可以得到木棒经过该对开关的时间, 这样可以得到木棒在经过S1、S2、S3的时间, 可以求出平均速度 (还可以算出加速度) , 则木棒的长度=平均速度×经过的时间。
木棒的长度用三段距离求解的平均值, 至于是否求加速度, 则需要根据测量精度进行考虑。在实际测量中, 我们发现不求加速度也可以满足发挥部分的精度。
另外, 考虑单片机定时器的启动和定时器定时结果的获取会消耗一定的时间, 我们根据实际测量的结果对软件算法进行了一定的修正, 即速度快于某个值, 需要将结果减小一点, 如减小0.1mm;如果速度慢于这个值, 则需要将测量结果加大一点, 如增加0.1mm。这需要根据实际测量情况进行校正。
制作完成后, 我们将拖布杆锯成长度不等的木棒, 如6cm、12cm、18.5cm等, 并精确测量其长度;让木棒通过滑槽, 并改变滑槽的角度来改变滑落的速度, 根据系统显示结果与实际长度比较, 误差基本小于0.5cm。如果木棒在外力作用下太快, 则测量结果可能会超过0.5cm, 但仍然小于1cm。
木棒长度测算的C程序部分代码如下:
int v0, v1, v2, s0, s1, s2, s_average;v0表第一次测量时的速度, s0表第一次测量的长度, 其余类推。s_average表示平均长度。
int t0, t0_start, t0_end, t1, t1_start, t1_end, t2, t2_start, t2_end, t3, t3_start, t3_end;t0为通过第一对光电管的时间, t0_start为进入第一对光电管的时间, t0_end为退出第一对光电管的时间, t0=t0_end-t0_start, 其余类推;s_adjust为需要调整的参数;这些时间由主程序查询定时器的计数值得到。
……
v0=3/ (t1_start-t0_start) ;每对光电管距离3cm
v1=3/ (t2_start-t1_start) ;
v2=3/ (t3_start-t2_start) ;
s0=v0*t0;
s1=v1*t1;
s2=v2*t2;
s_average= (s0+s1+s2) /3;取平均值
……
这里可以得到多种速度, 如v0=3/t1_end-t0_end;根据需要选用即可, 如有必要还可以计算加速度, 读者可以一试。
三、调试过程
先进行各部分电路的单独制作和测试, 之后整体组合进行综合调试。
调试过程首先发现整个电路的电源需要较大功率。原本用笔记本电脑的USB接口的5V电源, 发现连接整个电路后工作电压降为4.3V, 后来改用单独的5V开关电源。
我们将拖布杆锯成长度不等的木棒, 如6cm、12cm、18.5cm等, 让木棒通过滑槽, 并改变滑槽的角度来改变滑落的速度, 根据系统显示结果与实际长度比较, 误差基本小于0.5cm。如果木棒在外力作用下太快, 则测量误差可能会超过0.5cm, 但仍然小于1cm。我们在程序中, 针对不同的测量速度进行了修正。
在完善数据回显功能时, 我们发现89S51单片机的内存容量过小, 需要扩展外接存储器, 但改电路板设计就会延误时间, 于是采用更换芯片的方案。选用内部扩展存储器的STC单片机, 解决了这个问题。
对于语音电路声音过小的问题, 我们又设计了用LM386的简单的功放电路, 让语音听起来更加清晰。
四、实际参赛过程
实际参赛中, 评委针对我们的作品提问了一些硬件和软件设计的问题, 对我们的解决方案做出了肯定。但是对于软件进行的长度修正, 有评委认为修正方法过于简单, 因此被减去一分。对于测量方法和滑槽的制作等方面, 评委认为有一定的创新性, 给予加分。
我们在参赛中发现, 对于滑槽的制作, 有些参赛队制作了固定速度的传送带, 根据传送带的速度来计算木棒的长度, 因此, 对于评委快速移动木棒的动作, 检测往往出现误差, 并且评委认为按固定速度的算法是不符合题意的, 因为题目没有规定木棒的速度是固定的, 所以得分很低。
我们看到其他参赛队的作品, 有的电路板包装在很漂亮的外壳中像台仪器;有的使用128×64的中文液晶;有的滑槽装有垂直的支架;有的在发挥部分中, 将测量木棒的长度延长到30cm等, 拓展了我们的思路。
五、参赛感悟
(1) 合理分配参赛时间。分配安照大赛的进度安排和实际制作的步骤, 第一天上午, 确定题目并思考设计方案;下午, 任务分工, 并开始进行模块电路的设计与调试;当晚11点多睡觉, 为了不影响第二天的进程。第二天, 几个模块的联合调试, 同时专人攥写设计报告。第三天, 联合调试并作出改进措施, 这一天比较关键, 需要通宵进行。第四天, 根据制作的进度, 完成设计报告、作品打包等工作。
(2) 要正确理解题目。如本题在赛场实际测试中, 部分参赛队制作了传送让木棒在传送带上匀速运动, 评委认为思路过于狭窄, 不符合题意, 即木棒的运动速度应当是变化的。
(3) 赛前的充分准备和训练必不可少, 而且电子设计竞赛的题目越来越新颖, 使用的器件也较多, 需要多做准备。如语音电路, 在赛前我们仅做过演示实验, 缺少实际的电路和编程训练, 这部分电路花费的时间较长。
(4) 参赛过程的时间是非常紧张, 因此要分秒必争, 但是也不能过于劳累, 偶尔需要让身体休息一定时间。比赛之前一定要休息充分。
关键词：差速器；虚拟样机；动力学分析；仿真
中图分类号：S223.99 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）07-0018-04
汽車行驶时，左右车轮在同一时间内所滚过的路程通常不等，如果驱动桥的左右车轮刚性连接，则行驶时驱动轮在路面上会不可避免地滑移或滑转，不仅会加剧轮胎磨损与功率、燃料的消耗，而且可能导致转向和操作性能恶化。为防止这些现象发生，汽车左右轮间都装有轮间差速器。但是当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也会随之减小，无法发挥潜在的牵引力，进而使汽车停驶。为保证汽车行驶，越野汽车通常装设差速锁和防滑差速器，这些结构通常比较复杂，不适用于农业机械。
农业机械的驱动系统通常不安装差速器，所以转向比较困难。轮距窄的开沟机、田园管理机等转向时，利用人力强行扭转机械使机具的左右轮在地面相对滑动。轮距相对较宽的移栽机、插秧机等，靠人力扭转机械基本不能转向。所以通常在驱动系统中采用牙嵌式转向离合器，转向时通过分离该侧的牙嵌式离合器，切断动力传递，另外一侧因动力没有被切断而继续行驶，实现大轮距农业机械转向。牙嵌式离合器转向虽然可以满足上述要求，但操作复杂、转向灵活性差、牙嵌齿轮有冲击。为此，设计一种滑动齿轮式差速器，差速时保证至少有一只动力输出轴运动，能够可靠的传递驱动力矩，且结构简单、使用方便、实用性强。
1 滑动齿轮差速器的总体结构
滑动齿轮差速器（见图1）主要由滑动齿轮、滚轮、滚轮轴、滚轮架、弹簧、滚轮轴卡箍、支撑轴、输出轴等组成。其中支撑轴通过动力输出轴内端的圆孔定位和支撑，滑动齿轮安装在支撑轴上，滚轮通过滚轮轴安装在滚轮架上组成滚轮传动组件，滚轮传动组件相对滑动齿轮对称布置；滑动齿轮两端圆周方向均布凸台，滚轮安装在凸台凹槽一半处，当动力输出轴两端阻力矩相同时，滑动齿轮位于两滚轮架中间，动力输出轴同向等速旋转，当动力输出轴两端助力矩不同时，滑动齿轮向力矩小的一端移动，小力矩端驱动转速加快，大力矩断转速降低；当两端助力矩相差在一定程度时，大力矩端动力中断，小力矩端保持动力传递，实现差速。该差速器能产生一定的差速锁紧扭矩，特别适合低速车辆和农业机械动力传递使用。
2 滑动齿轮差速器的工作原理
滑动齿轮式差速器工作时，滑动齿轮在一定范围内左右移动，实现对两侧驱动轮的差速驱动。
2.1 直线行驶运动分析
滑动齿轮差速器的核心工作部件是滑动齿轮。在滑动齿轮的两侧端面分别对称设置凸台。凸台（见图2）由两侧斜面、底端面、顶端面、内台面、外台面组成。
初始状态时，在弹簧弹力的作用下，滑动齿轮凸台底端面与滚轮体相距半个滚轮体半径位置，滚轮体与滑动齿轮凸台斜面接触。在直线行驶时，两侧滚轮对应的驱动力矩相等，滑动齿轮处于正中心位置，等速驱动两侧车辆。直线行驶示意图如图3所示。
2.2 转向行驶运动分析
以水平公路左转向为例，如驾驶员小扭矩扭转机械，相当于在滑动齿轮中心作用一个扭矩M1（见图4）。由于扭矩M1的作用，左侧滚轮作用在凸台斜面的轴向分力大于右侧滚轮作用在凸台斜面的轴向分力，设此分力为F1。当F1的分力小于右侧弹簧在x/2位置变相的胡克力F2时，在F1的作用下，滑动齿轮开始向左侧滑动一个小于x/2的位置t，同时左侧滚轮向后移动一段距离b，右侧滚轮向前移动一段相同距离b，从而两轮走过的路程出现差别，实现小幅度转向差速。驾驶员大扭矩扭转机械时，扭矩M1增大，分力F1增加。当分力F1大于右侧弹簧在x/2位置变相的胡克力F2时，滑动齿轮滑动到右侧极限位置，使左侧滚轮向后移动距离b1，到凸台顶面并向下继续移动至下一个凸台斜面，左侧滚轮向后移动，左侧驱动力在此位置打滑，直至分力F1小于右侧弹簧在x/2位置变相的胡克力F2，停止打滑。同时右侧滚轮向前移动距离b2，右侧滚轮继续保持直线行驶，两侧动力轮走过的路程差加大，实现大幅度转向差速或原地掉头，F2即为该差速器的锁紧力。同理可实现向右转向。
3 Adams运动仿真分析
在Adams中建立复杂三维模型的难度较大，为此先在UG软件中建立模型，再导入ADAMS中进行约束和运动幅等相关参数设置和分析。建立的Adams模型如图5所示。
3.1 等速行驶（两轮阻力相同）运动仿真
对于两轮所受地面给其阻力相同的情况，可看成直线行驶，即齿轮中间位置带动两个半轴同速转动。分别给两半轴和中心轴之间添加一个固定幅，定义构建方式类型为两体一点定位。测量两轮的输出力矩，如图6所示。
3.2 差速行驶（两轮阻力不同）运动仿真
对于差速转向行驶的情况，以右转弯为例，右轮受到的阻力大于左轮受到的阻力，根据该差速器原理，中间齿轮受到右边弹簧的力大于左边弹簧的力，齿轮被压到与左边半轴啮合的更多一些，从而带动左轮更快速转动，实现差速。在软件环境中，给右轮加载一个额外的阻力矩，而左轮受力情况不变，其差速仿真结果如图7所示。测量左右轮的速度、加速度、位移等情况，如图8所示。
仿真结果表明，左轮基本保持测试形态，而右侧车轮的速度、加速度发生了大幅变化，位移不断增大，右轮位移先保持一段距离，然后后移。当转向力消除后继续前进，表明差速效果明显，将上述图形集成后如图9所示。
4 结论
仿真分析结果表明，该差速器符合低速农业机械差速转向要求。仿真结果与机构的运动原理相符合，说明UG建立的实体模型与Adams建立的数据模型真实可靠。
参考文献
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