1、水上垃圾收集船的探研與設計活動案例隨著社會的進步與發展，人們的生存能力得到很大的提高，生存空間得到很大的改善，但是人類生存的環境同時也受到了很大的破壞，現在我們所生存的空間，環境的污染越來越嚴重，它不僅將影響我們的生活健康，也影響我們生活的質量的提高，因此，關注環境污染問題，積極控制和消除環境污染問題，積極控制和消除環境污染，是我們每個公民義不容辭的責任。一、課題產生及目的意義假期的一天，我們帶領同學們一起到公園去劃船，發現水面上漂浮著許多垃圾，不遠處還有一位工人叔叔駕著小船用網袋在費力地撈垃圾，大量的塑料廢棄物被網上來，令人作嘔。看到那位叔叔那么費力地撈垃圾，同學們議論紛紛：“這么多的垃圾怎

2、樣才能徹底清除？”“我們要是能設計一條小小垃圾船，用專用船來收集垃圾會很省力，及早地清除河面湖邊的這些垃圾，還它們往日那道美麗的風景線。”同學們的議論引起我們的注意，這是個好的研究課題，利用學生對生活中一些具體問題的想法來成立課題組進行研究是研究性學習的一大特點，于是我們故意說：“你這個想法很好，但這是一件復雜的工程，是我們大人的事情，也是環保部門的事情，現在應好好讀書，等長大了再想吧。”同學們一個個頭搖得象貨郎鼓：“老師，你們不是經常說保護環境應從孩子抓起，保護環境人人有責嗎？”孩子們的認真勁真讓我們高興，于是，“水上垃圾收集船的探討與設計”課題組就成立了。研究本課題的目的意義在于：1、培養

3、學生善于觀察、發現問題的能力，并能夠勇于提出問題。2、通過自主調查，探討科學的奧秘，培養學生的創新能力，提高學生與人交往、溝通、合作能力。3、通過活動，增強學生的環保意識，提高解決實際問題的能力。點評：提出一個問題要比解決一個問題更重要。善于發現并提出一個新鮮而深刻的問題，對認識的發展，社會的進步具有非常重要的意義。目前，我國還沒有真正能下水的理想垃圾船，因此，本課題的研究很有創新價值。二、成立課題小組，設計實施方案在老師的提議下，結合學校開展的“小愛迪生科技創作活動”，同學們組織成立了船模研究攻關小組。并且根據各自的特長和愛好進行了分工：王超同學有美術特長，負責船體結構方面的資料收集，數據運

4、算，繪圖測量工作。宮倩穎同學受家庭影響愛拍照，又擅長社交，是個聰明伶俐的女孩，她擔任我們的隨隊小記者和采訪員。“小眼鏡”和“小博士”是我們班上次小科研發明的兩位優勝者，他們分別擔任書記員和調研員，我們實行了分工責任制，又要求各組密切配合，在指導老師的統一組織下，經過討論、協商，最后設計出具體的可行的實施方案：探究內容小組分工主要負責人成員訪問造船廠，探討造船工藝1組：了解垃圾船所需的材料2組：了解造船所需的技術參數宮倩穎王超王林婷 王德磊等高冰潔 耿騰飛等野外調查河中垃圾，測量垃圾船的吃水量3組：去河中測垃圾的位置和深度4組：運用船的構思，初測垃圾船的吃水量劉雪曹紋路宋金嶺 姜博等許昌 辛一嵐

5、等設計關于垃圾收集的方案采用的主要探究方法是：對家用電器及有關機器的原理進行剖析。于蕭 宋金洋刁鵬 王君等制作實驗將各自收集的資料進行匯總、討論；尋求的材料進行加工、制作。全體成員三、探索過程：（一）參觀造船廠對于船的知識，我們了解得很少，只是以前從書中或電視中知道一點簡單的知識。幸好乳山口有個大型造船廠，它的造船工藝也許會為我們的研究提供理論和技術上的幫助。10月3日，我們來到乳山口造船廠。技術員王叔叔帶領我們參觀，指著那些快要下水的船跟我們介紹：乳山口造船廠實力雄厚，技術先進。平均每十天就有一艘漁輪下水。近幾年，由于大量引進科技人才，工廠的生產能力及技術含量較高，造船的種類越來越多，船型也

6、由小到大，“造船一般都要用些什么材料呢？”小眼鏡插嘴問！“一個國家的造船業，直接反映了他的綜合國力。是一項非常復雜的綜合性工程。我們所用的船殼現在大部分采用的是鋼質結構，根據船型的功能要求，選用不同的材質，比如，我們曾用水泥、玻璃鋼作船體材料，它的優點是抗腐蝕，維護費用低，木材、鋁材、質輕，造船也是上等的好材料，但造價高，我們還用塑料和橡膠來造塑料艇和橡皮艇，他的優點是抗腐蝕性強，又具抗撞擊性，維護簡單、經濟。”小博士呼的站起來說：“這不就是我們要找的造垃圾船的理想材料嗎？”（二）提出初步設想造船的材料找到了，可收集垃圾的船應該是什么樣子的呢？我們湊在一起反復地觀賞著各類船型的精美照片，它們都

7、不是我們想象中的水上垃圾船，那我們的船在哪里呢？它又會是個什么樣子呢？。同學們苦苦思索著，我們及時啟發學生：“生活中還有哪些工具能夠收集垃圾？從這些工具中去發現它伴隨的共同點，來幫助我們尋找問題的答案吧！”于是，同學們分頭調查了垃圾收集車、家用吸塵器的收集垃圾方法，發現了這樣一個共同點：它們在收集垃圾時，都是運用吸力來達到收集的目的。由此，他們產生了一個念頭：在原有船型基礎上，進行船體改造，在船頭部位增設一個大型吸塵器，來進行垃圾收集。可是，船的構造和原理又是什么呢？在這個問題的牽引下，我們又一次來到了造船廠。 （三）再訪造船廠。二次進廠并不感到陌生，就象進了自己的船廠，把自己溶于廠中的一員，

8、張廠長聽了我們的設想之后，高興地說：“我國現在船型上百種，唯獨還沒有垃圾收集船，這是一項創舉，你們的設想很有價值。需要我為你們做些什么呢？”小眼鏡說：“你就跟我們談談船吧。”他把我們領進船模展覽室：“你看這些模型各異，這都是根據它的用途和使用范圍來設計的，各方面的性能要求，設計標準，船體結構都有所不同，拿遠洋運輸船來說吧！他有雜修船、滾裝船、散裝船、油船和集裝箱船，近海內河還有客船、拖船、駁船，最近我國要造一條從湛江至海南島海口市的火車運載船，造出這樣大噸位的火車渡船，也是我國造船史上的一個創舉。”小博士馬上插嘴問：“叔叔什么是噸位呢？”“噸位就是重量，也叫排水量，排水量有兩個概念：一是空載排

9、水量，二是滿載排水量，船的重量在水中所排出水的重量就是排水量，船的噸位越大，排水量也就越大，他們的關系成正比。”王超指著船模問：“叔叔為什么每條船上下都要用兩種顏色的油漆呢？”張廠長一一介紹：“紅色的是水線以下應用防銹漆，起抗腐蝕作用。水線以下的白色數碼是吃水標記。”“吃水是什么意思呢？”在單位重量下，船底接觸水面的面積越大船的吃水越小，排水量不變，通過前后吃水線標尺可以計算出船的載重量。”通過今天的采訪，同學們知道了造船所需的技術參數很多，要做穩性、韌性、抗體、裝載量，及吃水量等多方面的模擬試驗，才能造出理想的船。（四）野外調查：第二天，我們各隊分別行動在乳山寨河、崔家河、距隅山水庫、河濱公

10、園進行第一次調查統計，調查結果表明：地點泡沫類%異類%塑料紙袋類%有機物%其它%漂浮深度(cm)乳山寨河812156058崔家河12182040106距隅山水庫520205235河濱公園525303557 以后的幾天，同學們又去了育黎河、耿家河、南山水庫、諸往河進行了第二次調查統計，結果如下： 地點泡沫類%異類%塑料紙袋類%有機物%其它%漂浮深度(cm)育黎河915126046耿家河20171239127南山水庫25151533125諸往河4262040108分析：1、各河的有機物、塑料袋占有比例較大。2、水面垃圾漂浮深度為5-10厘米。3、主要分布在岸邊水面。通過這次多方面的調查，使我們弄懂

11、了垃圾收集船吸引垃圾的部位深度必須在5-10厘米左右，這樣才能保證垃圾收集的高效。調查活動不僅增強了我們對科學探索的興趣，而且使我們明白要學會善于觀察生活，也正如法拉第所說的一句話： “沒有觀察，就沒有科學，科學的發現與發明，誕生于仔細的觀察中。”（五）測吃水量。根據對船的構思和掌握的數據，同學們開始了初步的實驗工作。他們找來一個底面積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，分別5次，每次往箱內加水1千克，看到的吃水量分別如圖所示：次數重 量（千克）吃水量（厘米）14.783.225.783.4536.783.6247.783.9058.784.15同學們反

12、復實驗了3次，誤差率在0.08厘米。這些實驗數據證實了船身重量與船吃水深度之間的關系，為我們設計一艘吃水淺，能適應江河湖岸邊作業的小小垃圾船提供了第一手數據資料。點評：在研究中，同學們學會了考察、實驗等科研方法，兩次實驗的有效數據確切，反映了學生在研究中的嚴謹的科學態度。（六）設計垃圾收集方案怎樣才能實現垃圾的收集呢？如何解決這個技術上的問題，又是擺在同學們面前的一個巨大困難。同學們投入了很大的人力物力，查資料、跑社會，四處尋找答案，幾天來都沒有收獲，研究陷入了困境，我們及時給學生指導，要求學生張開雙眼，仔細觀察生活中的事物，也許會給我們一些啟迪。比如，大街上的垃圾清掃車，家庭用的吸塵器，還有

13、農民們的小麥收割機等。接著，同學們分頭行動。A組去農村帶著相機拍實物，咨詢農機手，他們還討回了一本小麥收割機的說明書。B組在街上跟著清掃車轉了三天。C組在家把各個吸塵器拆開，探討究竟。匯總時大家各抒己見，根據這些觀察結果，同學們提出很多設計意見，尤其提出收集垃圾的分類加工和再利用問題的設想。發表了考察后自己的感觀，找到了解決問題的焦點。接著，同學們開始設計方案。經過多次篩選，選出兩種最佳設計方案：名稱優點不足渦輪抽吸式適應收集輕質垃圾重質及岸邊垃圾收集不徹底，制造工藝復雜，造價高，尤其對后期實現垃圾分類造成困難刮板收集式利用機械收集原理，實現垃圾收集，工作效率高，便于后期分類，制造簡單，造價低

14、各個部件固定麻煩，有可能不牢固對這兩種方案同學們又進行了詳細的分析比較，決定采取第二種方案來進行垃圾收集船的實驗和制作。點評：報告的科技含量高，在調查采訪時留下的記錄寫得很詳細。采用比較得方法，最后選定用刮板收集式這套方案，充分論證了用這種方法得依據。（七）制作實驗以后的日子里，同學們在“小實驗室”里反復切、割、粘、裝、漆，一艘簡易的垃圾收集船模型終于問世了。同學們利用仿生學的原理，依照鯨進食的過程，把船體設計如下圖。船頭似鯨張開的嘴，平時是關閉的，當遇到垃圾時在操縱下可以張開。它的全部設備分三個系統。1、滾鈀收集系統。結構：在船頭前面兩側設計一個上下調整的伸縮臂，兩臂之間橫向（類似小麥收割機

15、的前鐮刀一樣）裝一組鈀狀弧形爪。作用是：用來將岸邊的垃圾爪入水中。使用材料：富彈性的鋼絲。 2、收集系統。結構：在船頭吃進口左右兩側分別設一組縱向扇形刮板輪，兩輪葉片相距可調量10-80cm，葉輪的高度和長度視船體噸位大小及收集工作量而定，左右兩個葉片輪，轉向分別為：左輪順時針，右輪逆時針轉動。轉速同步每分鐘設定20轉，葉片吃水距離在總量的三分之一處，不超過20cm。作用是：葉片轉動形成水流，水流又輔助葉片將漂浮在水面的垃圾送入船前吃進口。使用材料：塑料及用支架加固的廢舊汽車外胎內層。3、傳送系統。在葉片下部設一左右相平前后相斜，前低后高的傳送系統（水利用斜坡自然流下）傳送帶呈牛舌狀，波浪式以

16、使垃圾能順利輸入艙內。采用材料：農用帶線筋的可卷曲的費用橡皮水管。船體，我們利用廢舊塑料板、三合板等。經測定：吃水為船首5cm，船尾9cm，排水量為7.30千克，未計算裝載量，動力為三面驅動，后為前推進，左右為橫向驅動，以利橫向收集順利。開始實驗了，同學們屏住呼吸，目不轉睛地盯著水面次數結果原因改進措施第一次失敗電機觸水而不轉動重新加漆密封，使其具有抗水性第二次不徹底收集系統沒有固定牢固換螺絲，重新固定，扭牢。第三次成功同學們歡呼著、跳躍著、擁抱著，喜悅的淚水情不自禁地流下來。盡管這個船模并不完善，但它卻凝聚了我們全組同學的心血，它是我們心中的水上垃圾船，也是我們向科學進軍的第一步。點評：在收集材料、調查訪問的過程中，孩子們不辭勞苦跋山涉水，同學們懂得了互相協作、團結的重要，很多方面都是各小組共同完成，使他們的能力得到了鍛煉。四、探索中成長： 12月26日，同學們帶著自己的作品參加了威海市科技比賽，榮獲一等獎，并引起了各級領導的廣泛關注。但是同學們并沒有滿足，在對垃圾船的探研過程中，他們還提出了很多大膽的設想，如對垃圾收集的同時對垃圾進行分類，將垃圾有效利用等。這些都是今后探索的方向和目標。下一步同學們想對垃圾的分離與提取進行重點研究：1、分離系統：可利用各種垃圾的各種成份比重不同，實現離心式分離。2、提取系統