106 年度科技中心優秀教案-空氣動力船
設計者 蔡依帆, 教案對象 國中
設計單位 基隆市銘傳國中, 教案分級 中階
教案類別 科技知識,操作技能力,數學,自然科學,
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2020-02-06  輔導中心課程開發計畫 
教材簡介

單元一 空氣動力船的原理與材料介紹

【空氣動力船簡介】 教師示範空氣動力船在水道中的航行,並說明動力船的主 要結構以及競賽規則。 引導學生觀察動力船的航行姿態,使學生先思考及推測船 體造型、扇葉尺寸或形狀、船體重心等因素對船速的影響。 教師帶著學生一起清點材料是否齊全,並簡單介紹零件與 工具的名稱與外觀。

【風從哪裡來】 教師舉例生活周遭有扇葉的物品,例如電腦風扇、屋頂排 風機、電風扇、吊扇、風力發電機組等,請學生觀察這些 扇葉的外觀、特色、異同。 教師講解風扇吹送氣流的原理,以及扇葉數量、大小、形 狀、扭轉角度等因素對吹送氣流與軸心負荷的關係。

【船怎麼跑得快】 教師舉例生活常見的引擎船隻種類,例如小艇、漁船、遊 艇、貨輪、觀光渡輪等,請學生觀察這些船隻的船體造型、 吃水深度、載客量等差異。 教師說明船體造型與水阻、吃水深度、航行穩定度、航行 速度的關係。

【總結與設計】 教師總結單元一針對扇葉與船體的設計要素。

單元二 空氣動力船實作與水道競速賽

【繪製設計圖】 教師複習扇葉與船體的設計要素,學生開始繪製空氣動力 船設計圖

【扇葉的製作】 教師說明並複習尺規作圖方法,引導學生依設計圖使用圓 規與直尺在鋁片上繪製扇葉剪裁線。( 也可提供事先準備的 扇葉模板,讓學生使用適合的模板進行扇葉的繪製,如附 件一 ) 教師說明直剪與彎剪的差別,示範如何使用鋼剪將扇葉鋁 片裁剪成型,並提醒學生務必修飾扇葉的尖角。 教師引導學生依據風扇吹送氣流的原理,將裁剪好的扇葉 折彎成形。

【船體的製作】 學生剪下紙模浮貼在穩熱板上,並使用美工刀小心切削出 船體的基本形狀,再細修成自行設計的造型。 使用砂紙研磨船體,教師須提醒學生留意船體的對稱性, 船體愈對稱航線愈直。 製作馬達支架,教師須提醒學生留意馬達支架的高度會影 響整體重心。 若擔心船艏電池盒進水,也可使用透明膠片多加一塊防水 擋板。

【組裝重點說明】 提示學生馬達支架與電池盒的理想位置在船體中央,較不 容易讓船身在航行時過於傾斜,尤其是船尾因為馬達架高 加上有鋁片扇葉,較易因為重心偏高而導致船體向後仰。 教師可鼓勵學生試著讓馬達扇葉稍微斜向水面,提升作用 力與反作用力的效果。 將電池盒的正負極電線 ( 紅黑電源線 ) 接上馬達,引導學生 依據氣流方向判斷是否需要將紅黑電源線交換。

【測試調校與競賽】 學生自行至水道測試航行方向與船速,觀察航行結果,並 針對扇葉與船體所包含的設計因素進行修正與驗證。 教師備妥一至兩個水道,進行船速競賽。 賽後給予總結與回饋,引導學生針對成績較佳的船隻,分 析船體外觀、扇葉設計、重心配置等設計因素的異同。

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國立高雄師範大學
國立臺灣師範大學
國立彰化師範大學
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