S5 动力机械进阶 · 运动的世界模块 · 第3讲
激流勇进 —— 齿轮齿条传动与惰轮的运用
授课教具：Lego 9686 ｜ 课时：90-120分钟 ｜ 前序：第2课《可以活动的桥》（蜗轮蜗杆）
一、课程基本信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 课程名称 | 激流勇进 |
| 所属阶段 | S5 动力机械进阶 · 运动的世界模块（第3课） |
| 课时 | 90-120分钟 |
| 教具 | Lego 9686 动力机械套装 |
| 前序课程 | 第2课《可以活动的桥》——蜗轮蜗杆传动 |
| 后续课程 | 第4课《娃娃夹取机》——带传动与过载保护 |
| 核心任务 | 自主设计齿轮齿条传动，完成小船上坡→下滑的激流勇进模型 |
二、教学目标
1. 知识与技能：
- 掌握惰轮的作用及使用方式
- 认识圆周运动与直线运动，能区分二者
- 理解齿轮齿条传动如何将圆周运动转化为直线运动
2. 过程与方法：
- 通过小实验观察马达带动轴上零件的运动轨迹，建立圆周运动的直观认识
- 通过"两个齿轮转向相反导致齿条后退"的认知冲突，引出惰轮的必要性
- 能按5个步骤自主完成搭建并调试
3. 情感态度：
- 从水上乐园等生活场景出发，感受机械原理就在身边
- 在调试中培养"发现问题→分析原因→改进"的工程思维
三、时间安排总览
| 环节 | 时长 | 核心内容 |
|---|---|---|
| C1 联系 Connect | 10-15分钟 | 温故知新（蜗轮蜗杆）→ 水上乐园情境 → 低物高送生活实例 → 圆周/直线运动引入 |
| C2 建构 Construct | 45-60分钟 | 5步搭建：小实验→齿条惰轮原理→底座齿轮组→下坡轨道→小船总装 |
| C3 反思 Contemplate | 5-10分钟 | 4个复盘问题：惰轮定义/作用、运动转换、整机原理 |
| C4 延续 Continue | 10-15分钟 | 生活迁移：斜坡传送带、手扶电梯；开放式设计思考 |
| 1E 评价 Evaluation | 贯穿+课后 | 课堂观察量规 + 课后视频复习 + 知识小测 |
四、C1 联系 Connect（10-15分钟）10-15 min
（一）温故知新（5分钟）
- 批阅讲解上节课《可以活动的桥》课后练习
- 复习：蜗轮蜗杆传动的特点（减速、自锁、方向改变）
教学提示：提问"上节课我们做的桥为什么能活动？用了什么零件？"引导学生回忆蜗轮蜗杆。
（二）情境引入（5分钟）
| 序 | 教师引导 | 学生掌握点 |
|---|---|---|
| 1 | 同学们喜欢什么季节？夏天可以游泳玩水。有没有去过水上乐园？今天主题是"激流勇进"——游客沿水道漂行，有一次大幅度机械提升和瞬时跌落，紧张刺激。 | 了解激流勇进游乐设施及其运行方式 |
| 2 | 生活中很多"低物高送"：工地从地上运沙子到搅拌机、快递站分拣、工厂打包商品……不仅送货物，还把人送到高空再飞下来——同学们体验过吗？ | 理解"低物高送"在生活中的广泛存在 |
（三）概念铺垫：两种运动轨迹
阅读材料
运动轨迹：运动物体通过的路径叫做物体的运动轨迹。
圆周运动：质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动，轨迹是圆周。例如电动机转子、车轮、皮带轮。
直线运动：运动轨迹是一条直线的运动。
圆周运动：质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动，轨迹是圆周。例如电动机转子、车轮、皮带轮。
直线运动：运动轨迹是一条直线的运动。
五、C2 建构 Construct（45-60分钟）45-60 min
建构目标
搭建一个小船和轨道，完成小船的上坡和下降。
| 任务分析（问题） | 实施关键点 |
|---|---|
| 激流勇进有哪些部分组成？ | 上坡、下坡、小船 |
Step 1：小实验——观察马达做什么运动（5分钟）
明确：船上升时做直线运动。思考：谁来提供动力做圆周运动？
实验：马达转动孔位装上轴，轴上装个小零件，开启马达，观察物体做什么运动。
关键结论：直线运动=轨迹是一条直线；圆周运动=轨迹为圆形（正圆）。马达本身做的是圆周运动。
Step 2：齿条与惰轮原理（10分钟）
思考：怎么把圆周运动转为直线运动？——利用齿条。
- 齿条是直条状，可以与齿轮啮合
- 齿轮转一圈，齿条前进一段距离 → 圆周运动转为直线运动
认知冲突：在上坡装一排齿轮，用齿条做船——两个相邻齿轮转动方向相反，当齿条前进到第二个齿轮时会被带着后退！
解决办法：中间加惰轮。惰轮用小齿轮，可以改变转动方向，让齿条"跨过去"，同时让两边齿轮方向一致。
关键提醒：惰轮是指在两个不互相接触的传动齿轮中间起传递作用的齿轮，同时跟这两个齿轮啮合，用来改变被动齿轮的转动方向，使之与主动齿轮相同。它不改变传动比，只改变方向、延长传动距离。
Step 3：搭建底座与齿轮组（20分钟）
搭建底座，放置外围框架，中间一层放上齿轮，用同一根轴连接。
实施关键点：主动轮放小齿轮。小船上升会比较慢，效果更好；如果主动轮是大齿轮，可能因电池电量不足造成齿轮转不动。
Step 4：安装下坡轨道（10分钟）
用单拐弯梁连接上坡和下坡，下坡用光滑梁或拐角梁搭建，注意宽度。
Step 5：搭建小船+齿条，总装测试（5-10分钟）
齿条在船两侧的凸点梁上安装。测试整体效果，找到不合适的地方修改。
六、C3 反思 Contemplate（5-10分钟）5-10 min
| 教学目标复习（提问） | 实施关键点（参考答案） |
|---|---|
| 1、什么是惰轮？ | 在两个不互相接触的传动齿轮中间起传递作用的齿轮，同时跟这两个齿轮啮合，用来改变被动齿轮的转动方向。 |
| 2、惰轮有什么作用？ | 改变两边齿轮的转动方向；延长传动距离。不改变传动比。 |
| 3、圆周运动怎么转换成直线运动？ | 利用齿轮齿条传动：齿轮圆周转动，与齿条啮合，带动齿条直线前进。 |
| 4、激流勇进是怎么做的？ | 先搭上坡，用齿轮传动；惰轮让齿轮行进方向一致；小船用齿条与上坡轨道结合往上行驶；下坡利用惯性滑下（由学生自行阐述）。 |
七、C4 延续 Continue（10-15分钟）10-15 min
目标：生活中还有哪些类似激流勇进、可以把物体斜着送上去？
- 运货的：斜坡传送带——把低处货物运往高处
- 运人的：手扶电梯——把低处的人运往高处
以此引出学生思考，让学生参与回答，鼓励举出更多例子（如汽车玻璃升降、千斤顶）。
八、1E 评价 Evaluation 量规
| 维度 | ⭐ 待提升 | ⭐⭐ 良好 | ⭐⭐⭐ 优秀 |
|---|---|---|---|
| 知识理解 | 说不清惰轮作用 | 能说出惰轮改变方向 | 能完整解释齿轮齿条传动+惰轮 |
| 搭建能力 | 需全程协助 | 能跟步骤完成大部分 | 自主完成并能调试 |
| 工程思维 | 遇错不动 | 能指出问题 | 能发现并改进 |
| 表达迁移 | 说不出生活例子 | 能举1个例子 | 能举多个并类比原理 |
九、课后反馈模板
课程主题：激流勇进
学习目标：
1、掌握惰轮的作用以及使用方式
2、认识圆周运动、直线运动
3、了解圆周运动如何转化成直线运动
课程内容：
1、讨论喜欢的季节，引入夏天游乐园项目激流勇进，分析其结构组成。
2、通过观察运动轨迹，思考运动转化；通过实验学习圆周运动、直线运动以及如何用齿条转化。
3、利用惰轮搭建上坡，连接上下坡，齿条搭建小船，最后思考生活中哪些地方用到圆周运动转直线运动。
课后任务：
①回家给家长讲一遍"惰轮是干什么的"
②观察生活中1个圆周运动转直线运动的例子（如汽车车窗）
③下节课带好9686教具