研究鋼珠和卡紙的奇妙之旅

樂羊羊

一、指導老師與設計者介紹

黃斯華，桂林市臨桂區匯榮小學科學老師。曾榮獲2014年度柳州市青少年素質教育工作“優秀輔導員”稱號、第八屆全區優秀自制教具展評活動三等獎。

唐弋婷，桂林市臨桂區匯榮小學科學老師。在第五屆廣西青少年科技運動會“落體緩降項目的研究與思考”的展評項目中榮獲三等獎、2020年桂林市臨桂區秋季學期遠辰學區小學科學實驗教學說課比賽榮獲二等獎。

莫子高，六年級，就讀于桂林市臨桂區匯榮小學。負責作品的方案制定與調試。

葉懿明，六年級，就讀于桂林市臨桂區匯榮小學。擅長裁紙帶，并協助隊友拼接作品。

劉雨桐，六年級，就讀于桂林市臨桂區匯榮小學。特長是畫圓圈、裁剪圓形紙板，并對半成品進行測試。

二、設計故事

2020年9月，老師向我們三人介紹了落體緩降項目，這個項目是用卡紙制作一個裝置，讓鋼珠在裝置上面運動，比誰的鋼珠運動得更慢，且要求中途不能停留超過5秒的時間。自此，我們三人組成一個團隊，開始了一段研究鋼珠和卡紙的奇妙之旅。

三、需要材料

板型材料、管型材料、線型材料、透明膠、雙面膠、剪刀、裁紙刀、直尺、打孔器。

四、科創過程

第1步：查閱資料，了解落體緩降裝置的四種經典設計結構。

我們經過調查后發現，平面式裝置制作簡單，用時少，但鋼珠運動時間短;鋼珠在立體式裝置上運動的時間長，但很容易被卡住;鋼珠在圓筒式的裝置上運動時間長，不易被卡住，但軌道難以制作;簸箕式的裝置制作簡單，鋼珠運動時間長，但容易被卡住，不穩定。

指導老師黃斯華：為了提高比賽成績，同學們一開始就堅定地選擇立體式裝置結構，雖然達到了預期的比賽用時時間，但是鋼珠總是在轉彎銜接處卡住。在反復觀看視頻之后，同學們發現圓筒式裝置跟簸箕式裝置很像，只是鋼珠落下的小洞位置不一樣。能不能把這兩種裝置結構合二為一呢？同學們分析了四種結構的優缺點，最后采用了圓筒式裝置與簸箕式裝置相結合的裝置結構。

第2步：對直徑的研究。

確定好裝置的結構，我們三人對“圓盤直徑的大小跟鋼珠運動時間的長短是否有關”這個問題進行了研究。我們發現圓盤的直徑越大，鋼珠運動的時間越長。

指導老師唐弋婷：在研究直徑這個過程中，同學們面臨的最大挑戰是紙張。因為市面上大于4開的紙張都是卷起來存放的，所以制作大型作品時紙張因長期卷曲而難以變平整，進而影響成績。為了解決這個問題，同學們提前幾天就得把要用到的紙張放在桌面上用重物壓平，待平整后才能使用。

第3步：對紙張的研究。

我們三人研究后發現：普通的卡紙較軟，且表面粗糙，容易變形;銅版紙雖然紙面光滑，但也容易變形;400克的卡紙太硬，不易剪裁。在多次實驗后，我們認為用300克的卡紙最好。

指導老師唐弋婷：一開始訓練時，老師給同學們準備的是平時常用的彩色卡紙，但是這種紙在比賽環節就變形了。于是，同學們采購了多種不同硬度的卡紙進行研究。

第4步：解決作品不牢固、不方便移動的問題。

作品在最初完成后松松垮垮的，既不牢固也不美觀，一碰就倒。我們就在作品底下添加了圓環，用透明膠把圓環與圓盤粘在一起。

第5步：解決了作品層與層之間粘住后難以調節改進的問題。

我們的解決辦法是：做大小不一的圓環，一層一層套起來。

指導老師黃斯華：有一次，我在看積木教學視頻時思考：這些積木堆得這么牢固，那么學生的作品能不能也像積木一樣堆起來呢？于是我拿了幾塊積木給同學研究。同學們的腦子動得很快，想到了大環套小環的形式。

第6步：解決各層順序容易亂的問題。

我們解決的辦法是：做A字形記號，并在底部加一塊紙板。

指導老師黃斯華：做A字形記號的方法，是受到木匠在木板上畫排序標記的啟發。因為裝置中鋼珠下落點的位置對成績有一定的影響，為了確保每次都落到最優位置，我們想到了用A字形記號的方法，這樣既能標記層的順序，也能標記層與層之間圓環的相對位置。

第7步：解決鋼珠下落點難確定的問題。

我們想到的解決辦法是在小孔下端加一小段軌道引導鋼珠的運動。

指導老師黃斯華：同學們發現鋼珠每次下落后的運動軌跡都不一樣，那么能不能設置一個簡單的軌道引導鋼珠的運動呢？同學們研究發現，做一個短的直線軌道引導鋼珠的運動方向確實是一個解決問題的好方法。

【總結】

1.在參加比賽之前，我們三人沒想到看似簡單的裁紙有那么多的學問。要想把一張紙裁好不是一件容易的事。

2.參加了這次活動，我們知道了自己還有很多需要學習的地方，要更加努力。

指導老師黃斯華：通過參與本次項目活動，同學們在實踐中自己發現問題，自己尋找解決問題的辦法，既學到了知識，也鍛煉了動手、動腦能力。希望同學們能將不畏艱難、勇于探索的精神應用到今后的學習和生活中去。