用一张A4纸造高塔的实验探究

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  一、选题的背景、缘由和意义
  2012年4月,广东省珠海市香洲区中小学科技节比赛,其中有个比赛项目是用一张A4纸造高塔,以塔的高度取胜,材料是一张A4纸,一把剪刀,一把尺子,一支铅笔,不准用黏胶粘,垒塔的时间是30分钟,两人合作完成一个塔,垒好塔要求塔能站稳10秒钟,比赛时塔垒的高度是1.62米,我觉得以前的方法还存在弊端,现在我还在探究中,想通过学生实际操作来验证改进的方法。这项活动可以培养学生动手动脑的能力,既安全又方便操作。还可以培养学生的综合的科学素养,是培养学生工程素养的好项目。
  二、本课题核心概念
  1.纸塔的特点:塔的特点是上小下大,上轻下重的框架结构比较牢固,用一张A4造高塔的实验探究就是两个学生通过一段时间的研究、实践、操作、探索。利用一张A4纸,每人一把剪刀、一把尺子,在30分钟内,合作完成一个纸塔,塔的高度要求高于30厘米,稳定程度要求站稳10秒钟以上,不能使用胶水、双面胶等粘性物质粘合。
  2.纸条---从A4纸上剪成的寬度不同的纸条,用于做成绑带、纸筒和纸棍的材料;
  3.绑带——从A4纸上剪成的纸条用于塔的捆绑,起连接和固定作用的纸带;
  4.纸筒--从A4纸剪成的纸条卷成圆筒形状,做塔身和塔脚的材料,圆筒形可以增强抗弯曲能力;
  5.纸棍--从A4纸上剪成的纸条卷成棍子形状,做成塔的底座的三角形,用于连接踏脚与塔身的作用,可以增加塔的稳固性;
  6.塔身--从A4纸上剪成的纸条卷成圆筒状,用来做成塔身,圆筒形塔身可以增强塔身的抗弯曲能力和支撑力,达到提高塔的高度;
  7.塔的底座--从A4纸上剪成的纸条卷成筒状做成塔的三个脚,将塔脚、三角形、塔身用绑带将三者捆绑在一起,就是塔的底座。
  三、研究范围
  ① 研究材料,认识纸是一种柔软毫无支撑力的,易受潮、易烂、易碎,易断的材料,但是也是一种容易改变形状的材料,要做成塔,必须改变纸的形状,结合科学专业知识和材料力学知识,把纸带卷成纸筒,可以增强抗弯曲能力。
  ② 研究塔的稳固性,塔怎样才垒得既稳固又高呢?结合生活经验和材料力学的知识,一边实验一边探索更好的方法,一边总结经验教训;一边积累经验和改进垒塔的方法;
  ③ 研究怎样用一张A4纸的材料把塔垒得更高,通过实验操作结果来证明;
  ④ 根据两人个性特点,通过若干次垒纸塔的尝试,探究出最佳的分工合作的方案,谁造塔的底座,谁造塔身,更加科学有效,达到更加合理的分工合作的两人小组。
  四、本课题的重要观点(理论依据)
  纸质材料是一种柔软的,毫无支撑力的、易潮、易断材料,但纸质材料的优点是容易改变形状,是它变得硬朗,具有支撑力,可通过改变形状后做成纸质高塔,用纸质材料是研究改变物体形状可以增加材料的抗弯曲能力的好方法。
  五、本课题的研究现状及述评
  从2012年4月开始,我带领学生研究怎样用一张A4纸造一座稳固的高塔,经过一个月左右的学习探究,不断操作和改进,在当年的香洲区中小学科技节中获得一等奖,塔高1.62米,稳定站立在10秒以上,出现了垒塔不成功的情况,我一直在思考觉得垒塔的方法还有改进的地方,组建用一张A4纸造高塔的探究小组,想通过实验去探究更好的方法,提高垒塔的成功率和塔的高度。
  六、本课题研究的目标
  1.培养学生喜欢用一张A4纸垒高塔的这个项目活动;了解到一些纸质材料的特性和塔的特性;
  2.培养学生细心、专注、动脑、动手、遇事沉着冷静、善于不断改进的科学素养;
  3.经过三个月的培训学习、动手操作后,可以用一张A4纸垒纸塔高度在1.4米至1.6米左右的纸塔,稳固在10秒以上。
  七、本课题研究的内容
  1.纸质材料的基本性质及特性;
  2.纸材料形状和抗弯曲能力的知识,
  3.简单的框架结构知识;塔的基本特点;
  4.怎样把纸塔垒得又稳又高;积累垒塔的方法和经验。
  八、本课题的研究方法
  1.组织10人左右的学习培训队,通过纸质材料知识的传授,了解纸质的特性;
  2.研究探索怎样把A4纸剪纸带、再把织带卷纸棍、纸筒;怎样垒塔脚和塔身;
  3.不断地训练垒塔和改进垒塔方法;积累经验教训,改进方法把纸塔垒得更高。
  九、本课题的实施方案,各阶段要解决的主要问题及方法、途径
  2017年3月-4月
  1.从四年级和五年级里选拔培训人员10名左右组成两人合作小组;合理地把10人分成合作小组;
  2.讲解纸的特性和塔的特点;纸条的大约宽度,怎样把纸条卷成纸筒、纸棍,绑带;
  3.怎样把纸棍、纸筒垒成塔的底座和塔身,怎样把塔的底座和塔身组合成塔,学会垒塔;
  2017.5月-6月
  1.如何垒塔才会更高更稳,如何把塔垒得更高的方法;
  2.鼓励和培养学生不怕失败,勇于进取,知难而上的精神;
  3.培养学生热爱科学,不断创新的精神;
  4.通过改进方法把塔垒到1.4米至1.6米左右。
  十、本课题预期的研究成果及形式
  1.经过月3个月共约30节课的A4纸造纸塔的操作训练和探究,学生了解A4纸质材料的特性——软、易断、易潮,也容易改变形状的特点,能够用一A4纸造一个高于1.4米以上的纸塔,最高的纸塔的高度达到1.72米,纸塔的高度超过预期的效果;
  2.培养了学生的自信;
  3.培养了学生善于动手、动脑、创新的科学素养;
  4.培养了学生善于分工合作的团体精神;
  5.学生学会了与对手怎样和睦相处,共同进步的方法和思想品质;
  6.提高了学生造纸塔的成功率;垒塔的高度也比原来增加了10厘米,有三组学生垒塔的成功率达到100%;
  7.学生了解纸质材料的特性和塔的特点,能把塔垒到1.4米至1.6米左右,稳固在10秒以上,平时有学习和垒塔的照片积累,有学生的垒塔心得体会。
  8.经过造塔练习,培养有细心、耐心、爱动手、爱动脑的科学素养。
  9.通过A4纸造高塔的动手操作,使学生获得成功感,提高学生的自信心。
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