综合实践活动《水上垃圾收集船的探研与设计》活动案例

1、水上垃圾收集船的探研与设计活动案例随着社会的进步与发展，人们的生存能力得到很大的提高，生存空间得到很大的改善，但是人类生存的环境同时也受到了很大的破坏，现在我们所生存的空间，环境的污染越来越严重，它不仅将影响我们的生活健康，也影响我们生活的质量的提高，因此，关注环境污染问题，积极控制和消除环境污染问题，积极控制和消除环境污染，是我们每个公民义不容辞的责任。一、课题产生及目的意义假期的一天，我们带领同学们一起到公园去划船，发现水面上漂浮着许多垃圾，不远处还有一位工人叔叔驾着小船用网袋在费力地捞垃圾，大量的塑料废弃物被网上来，令人作呕。看到那位叔叔那么费力地捞垃圾，同学们议论纷纷：“这么多的垃圾怎

2、样才能彻底清除？”“我们要是能设计一条小小垃圾船，用专用船来收集垃圾会很省力，及早地清除河面湖边的这些垃圾，还它们往日那道美丽的风景线。”同学们的议论引起我们的注意，这是个好的研究课题，利用学生对生活中一些具体问题的想法来成立课题组进行研究是研究性学习的一大特点，于是我们故意说：“你这个想法很好，但这是一件复杂的工程，是我们大人的事情，也是环保部门的事情，现在应好好读书，等长大了再想吧。”同学们一个个头摇得象货郎鼓：“老师，你们不是经常说保护环境应从孩子抓起，保护环境人人有责吗？”孩子们的认真劲真让我们高兴，于是，“水上垃圾收集船的探讨与设计”课题组就成立了。研究本课题的目的意义在于：1、培养

3、学生善于观察、发现问题的能力，并能够勇于提出问题。2、通过自主调查，探讨科学的奥秘，培养学生的创新能力，提高学生与人交往、沟通、合作能力。3、通过活动，增强学生的环保意识，提高解决实际问题的能力。点评：提出一个问题要比解决一个问题更重要。善于发现并提出一个新鲜而深刻的问题，对认识的发展，社会的进步具有非常重要的意义。目前，我国还没有真正能下水的理想垃圾船，因此，本课题的研究很有创新价值。二、成立课题小组，设计实施方案在老师的提议下，结合学校开展的“小爱迪生科技创作活动”，同学们组织成立了船模研究攻关小组。并且根据各自的特长和爱好进行了分工：王超同学有美术特长，负责船体结构方面的资料收集，数据运

4、算，绘图测量工作。宫倩颖同学受家庭影响爱拍照，又擅长社交，是个聪明伶俐的女孩，她担任我们的随队小记者和采访员。“小眼镜”和“小博士”是我们班上次小科研发明的两位优胜者，他们分别担任书记员和调研员，我们实行了分工责任制，又要求各组密切配合，在指导老师的统一组织下，经过讨论、协商，最后设计出具体的可行的实施方案：探究内容小组分工主要负责人成员访问造船厂，探讨造船工艺1组：了解垃圾船所需的材料2组：了解造船所需的技术参数宫倩颖王超王林婷 王德磊等高冰洁 耿腾飞等野外调查河中垃圾，测量垃圾船的吃水量3组：去河中测垃圾的位置和深度4组：运用船的构思，初测垃圾船的吃水量刘雪曹纹路宋金岭 姜博等许昌 辛一岚

5、等设计关于垃圾收集的方案采用的主要探究方法是：对家用电器及有关机器的原理进行剖析。于萧 宋金洋刁鹏 王君等制作实验将各自收集的资料进行汇总、讨论；寻求的材料进行加工、制作。全体成员三、探索过程：（一）参观造船厂对于船的知识，我们了解得很少，只是以前从书中或电视中知道一点简单的知识。幸好乳山口有个大型造船厂，它的造船工艺也许会为我们的研究提供理论和技术上的帮助。10月3日，我们来到乳山口造船厂。技术员王叔叔带领我们参观，指着那些快要下水的船跟我们介绍：乳山口造船厂实力雄厚，技术先进。平均每十天就有一艘渔轮下水。近几年，由于大量引进科技人才，工厂的生产能力及技术含量较高，造船的种类越来越多，船型也

6、由小到大，“造船一般都要用些什么材料呢？”小眼镜插嘴问！“一个国家的造船业，直接反映了他的综合国力。是一项非常复杂的综合性工程。我们所用的船壳现在大部分采用的是钢质结构，根据船型的功能要求，选用不同的材质，比如，我们曾用水泥、玻璃钢作船体材料，它的优点是抗腐蚀，维护费用低，木材、铝材、质轻，造船也是上等的好材料，但造价高，我们还用塑料和橡胶来造塑料艇和橡皮艇，他的优点是抗腐蚀性强，又具抗撞击性，维护简单、经济。”小博士呼的站起来说：“这不就是我们要找的造垃圾船的理想材料吗？”（二）提出初步设想造船的材料找到了，可收集垃圾的船应该是什么样子的呢？我们凑在一起反复地观赏着各类船型的精美照片，它们都

7、不是我们想象中的水上垃圾船，那我们的船在哪里呢？它又会是个什么样子呢？。同学们苦苦思索着，我们及时启发学生：“生活中还有哪些工具能够收集垃圾？从这些工具中去发现它伴随的共同点，来帮助我们寻找问题的答案吧！”于是，同学们分头调查了垃圾收集车、家用吸尘器的收集垃圾方法，发现了这样一个共同点：它们在收集垃圾时，都是运用吸力来达到收集的目的。由此，他们产生了一个念头：在原有船型基础上，进行船体改造，在船头部位增设一个大型吸尘器，来进行垃圾收集。可是，船的构造和原理又是什么呢？在这个问题的牵引下，我们又一次来到了造船厂。 （三）再访造船厂。二次进厂并不感到陌生，就象进了自己的船厂，把自己溶于厂中的一员，

8、张厂长听了我们的设想之后，高兴地说：“我国现在船型上百种，唯独还没有垃圾收集船，这是一项创举，你们的设想很有价值。需要我为你们做些什么呢？”小眼镜说：“你就跟我们谈谈船吧。”他把我们领进船模展览室：“你看这些模型各异，这都是根据它的用途和使用范围来设计的，各方面的性能要求，设计标准，船体结构都有所不同，拿远洋运输船来说吧！他有杂修船、滚装船、散装船、油船和集装箱船，近海内河还有客船、拖船、驳船，最近我国要造一条从湛江至海南岛海口市的火车运载船，造出这样大吨位的火车渡船，也是我国造船史上的一个创举。”小博士马上插嘴问：“叔叔什么是吨位呢？”“吨位就是重量，也叫排水量，排水量有两个概念：一是空载排

9、水量，二是满载排水量，船的重量在水中所排出水的重量就是排水量，船的吨位越大，排水量也就越大，他们的关系成正比。”王超指着船模问：“叔叔为什么每条船上下都要用两种颜色的油漆呢？”张厂长一一介绍：“红色的是水线以下应用防锈漆，起抗腐蚀作用。水线以下的白色数码是吃水标记。”“吃水是什么意思呢？”在单位重量下，船底接触水面的面积越大船的吃水越小，排水量不变，通过前后吃水线标尺可以计算出船的载重量。”通过今天的采访，同学们知道了造船所需的技术参数很多，要做稳性、韧性、抗体、装载量，及吃水量等多方面的模拟试验，才能造出理想的船。（四）野外调查：第二天，我们各队分别行动在乳山寨河、崔家河、距隅山水库、河滨公

10、园进行第一次调查统计，调查结果表明：地点泡沫类%异类%塑料纸袋类%有机物%其它%漂浮深度(cm)乳山寨河812156058崔家河12182040106距隅山水库520205235河滨公园525303557 以后的几天，同学们又去了育黎河、耿家河、南山水库、诸往河进行了第二次调查统计，结果如下： 地点泡沫类%异类%塑料纸袋类%有机物%其它%漂浮深度(cm)育黎河915126046耿家河20171239127南山水库25151533125诸往河4262040108分析：1、各河的有机物、塑料袋占有比例较大。2、水面垃圾漂浮深度为5-10厘米。3、主要分布在岸边水面。通过这次多方面的调查，使我们弄懂

11、了垃圾收集船吸引垃圾的部位深度必须在5-10厘米左右，这样才能保证垃圾收集的高效。调查活动不仅增强了我们对科学探索的兴趣，而且使我们明白要学会善于观察生活，也正如法拉第所说的一句话： “没有观察，就没有科学，科学的发现与发明，诞生于仔细的观察中。”（五）测吃水量。根据对船的构思和掌握的数据，同学们开始了初步的实验工作。他们找来一个底面积243平方厘米，重3.78千克的塑料箱子，放在水中看他的吃水是2.87厘米，分别5次，每次往箱内加水1千克，看到的吃水量分别如图所示：次数重 量（千克）吃水量（厘米）14.783.225.783.4536.783.6247.783.9058.784.15同学们反

12、复实验了3次，误差率在0.08厘米。这些实验数据证实了船身重量与船吃水深度之间的关系，为我们设计一艘吃水浅，能适应江河湖岸边作业的小小垃圾船提供了第一手数据资料。点评：在研究中，同学们学会了考察、实验等科研方法，两次实验的有效数据确切，反映了学生在研究中的严谨的科学态度。（六）设计垃圾收集方案怎样才能实现垃圾的收集呢？如何解决这个技术上的问题，又是摆在同学们面前的一个巨大困难。同学们投入了很大的人力物力，查资料、跑社会，四处寻找答案，几天来都没有收获，研究陷入了困境，我们及时给学生指导，要求学生张开双眼，仔细观察生活中的事物，也许会给我们一些启迪。比如，大街上的垃圾清扫车，家庭用的吸尘器，还有

13、农民们的小麦收割机等。接着，同学们分头行动。A组去农村带着相机拍实物，咨询农机手，他们还讨回了一本小麦收割机的说明书。B组在街上跟着清扫车转了三天。C组在家把各个吸尘器拆开，探讨究竟。汇总时大家各抒己见，根据这些观察结果，同学们提出很多设计意见，尤其提出收集垃圾的分类加工和再利用问题的设想。发表了考察后自己的感观，找到了解决问题的焦点。接着，同学们开始设计方案。经过多次筛选，选出两种最佳设计方案：名称优点不足涡轮抽吸式适应收集轻质垃圾重质及岸边垃圾收集不彻底，制造工艺复杂，造价高，尤其对后期实现垃圾分类造成困难刮板收集式利用机械收集原理，实现垃圾收集，工作效率高，便于后期分类，制造简单，造价低

14、各个部件固定麻烦，有可能不牢固对这两种方案同学们又进行了详细的分析比较，决定采取第二种方案来进行垃圾收集船的实验和制作。点评：报告的科技含量高，在调查采访时留下的记录写得很详细。采用比较得方法，最后选定用刮板收集式这套方案，充分论证了用这种方法得依据。（七）制作实验以后的日子里，同学们在“小实验室”里反复切、割、粘、装、漆，一艘简易的垃圾收集船模型终于问世了。同学们利用仿生学的原理，依照鲸进食的过程，把船体设计如下图。船头似鲸张开的嘴，平时是关闭的，当遇到垃圾时在操纵下可以张开。它的全部设备分三个系统。1、滚钯收集系统。结构：在船头前面两侧设计一个上下调整的伸缩臂，两臂之间横向（类似小麦收割机

15、的前镰刀一样）装一组钯状弧形爪。作用是：用来将岸边的垃圾爪入水中。使用材料：富弹性的钢丝。 2、收集系统。结构：在船头吃进口左右两侧分别设一组纵向扇形刮板轮，两轮叶片相距可调量10-80cm，叶轮的高度和长度视船体吨位大小及收集工作量而定，左右两个叶片轮，转向分别为：左轮顺时针，右轮逆时针转动。转速同步每分钟设定20转，叶片吃水距离在总量的三分之一处，不超过20cm。作用是：叶片转动形成水流，水流又辅助叶片将漂浮在水面的垃圾送入船前吃进口。使用材料：塑料及用支架加固的废旧汽车外胎内层。3、传送系统。在叶片下部设一左右相平前后相斜，前低后高的传送系统（水利用斜坡自然流下）传送带呈牛舌状，波浪式以

16、使垃圾能顺利输入舱内。采用材料：农用带线筋的可卷曲的费用橡皮水管。船体，我们利用废旧塑料板、三合板等。经测定：吃水为船首5cm，船尾9cm，排水量为7.30千克，未计算装载量，动力为三面驱动，后为前推进，左右为横向驱动，以利横向收集顺利。开始实验了，同学们屏住呼吸，目不转睛地盯着水面次数结果原因改进措施第一次失败电机触水而不转动重新加漆密封，使其具有抗水性第二次不彻底收集系统没有固定牢固换螺丝，重新固定，扭牢。第三次成功同学们欢呼着、跳跃着、拥抱着，喜悦的泪水情不自禁地流下来。尽管这个船模并不完善，但它却凝聚了我们全组同学的心血，它是我们心中的水上垃圾船，也是我们向科学进军的第一步。点评：在收集材料、调查访问的过程中，孩子们不辞劳苦跋山涉水，同学们懂得了互相协作、团结的重要，很多方面都是各小组共同完成，使他们的能力得到了锻炼。四、探索中成长： 12月26日，同学们带着自己的作品参加了威海市科技比赛，荣获一等奖，并引起了各级领导的广泛关注。但是同学们并没有满足，在对垃圾船的探研过程中，他们还提出了很多大胆的设想，如对垃圾收集的同时对垃圾进行分类，将垃圾有效利用等。这些都是今后探索的方向和目标。下一步同学们想对垃圾的分离与提取进行重点研究：1、分离系统：可利用各种垃圾的各种成份比重不同，实现离心式分离。2、提取系统