2025 小学五年级科学下册轮椅的移动与辅助设计课件

一、从观察到思考：轮椅移动的科学基础演讲人从观察到思考：轮椅移动的科学基础01从实践到创新：我们的“轮椅设计师”任务02从需求到设计：辅助功能的优化逻辑03从技术到温度：轮椅设计的人文意义04目录2025小学五年级科学下册轮椅的移动与辅助设计课件各位同学、老师们：今天站在讲台上，我想先和大家分享一个场景——上周我陪朋友去社区康复中心做志愿者，看到一位坐轮椅的小朋友正努力转动手轮，想绕过走廊里的绿植。他的动作有些吃力，额角渗出细汗，但眼神里全是专注。那一刻我突然意识到：我们习以为常的“移动自由”，对很多人来说需要借助精密的设计才能实现。而今天，我们要探索的“轮椅的移动与辅助设计”，正是这样一门融合了科学原理、工程智慧与人文关怀的学问。01从观察到思考：轮椅移动的科学基础从观察到思考：轮椅移动的科学基础要设计出更合理的轮椅，首先得理解它“为什么能移动”“如何移动得更高效”。这需要我们从五年级科学课的核心知识——“力与运动”“简单机械”入手，一步步拆解。1轮椅移动的力学原理：力的传递与平衡大家回忆一下，上学期我们学过“力可以改变物体的运动状态”。轮椅的移动，本质是“力的传递”过程。以最常见的手动轮椅为例：（1）推力的来源：使用者双手推动手轮时，施加的是“推力”；若换成电动轮椅，则是电机将电能转化为“驱动力”。（2）力的传递路径：手动轮椅中，手轮通过轮轴（手轮中心的金属轴）将推力传递给后轮；电动轮椅中，电机的旋转力通过齿轮组传递到驱动轮。（3）平衡的关键：轮椅的重心位置直接影响稳定性。如果重心过高（比如载物篮挂在扶手上），上坡时容易后翻；重心过低（比如电池安装在底部），则更稳定。上学期我们做过“32141轮椅移动的力学原理：力的传递与平衡不倒翁”实验，轮椅的平衡原理和它类似——底部越重、支撑面越大，越不容易倾倒。我曾在实验室用模型轮椅测试过：当载重集中在坐垫下方（重心低）时，45斜坡上的倾倒角度比载重挂在扶手侧（重心高）时大30%。这说明，重心设计是轮椅安全移动的第一要素。2简单机械的应用：轮轴与齿轮的“省力密码”手动轮椅的手轮和后轮构成了一组“轮轴”——这是我们这学期刚学的简单机械。手轮的直径（约40厘米）比后轮直径（约60厘米）小，根据轮轴原理“轮越大越省力”，这里似乎有些矛盾？其实不然——手轮是“用力点”，后轮是“阻力点”。当手轮转动一圈时，后轮会转动（40π/60π）=2/3圈，虽然移动距离缩短，但使用者用更小的力就能推动（力与直径成反比）。这就像我们用扳手拧螺丝，手握在扳手末端（轮）比握在靠近螺丝处（轴）更省力。电动轮椅则更复杂，它的驱动系统常采用“齿轮组”：小齿轮带动大齿轮时，转速降低但扭矩增大（更有力）；大齿轮带动小齿轮时，转速提高但扭矩减小（更轻快）。比如，一款针对老年人设计的电动轮椅，会选择“小齿轮+大齿轮”组合，确保上坡时动力充足；而针对年轻使用者的轻便型轮椅，可能用“大齿轮+小齿轮”，提升平路速度。2简单机械的应用：轮轴与齿轮的“省力密码”小实验建议：课后大家可以用大小不同的瓶盖（模拟轮轴），用细线系住砝码（模拟阻力），感受“轮轴”的省力效果——这就是轮椅设计的微观模型。02从需求到设计：辅助功能的优化逻辑从需求到设计：辅助功能的优化逻辑轮椅的“移动”不只是“动起来”，更要“动得安全、动得便捷、动得有尊严”。要实现这一点，必须先了解使用者的真实需求。1需求调研：不同场景下的“痛点”去年我参与过一个“无障碍设计”项目，团队走访了30位轮椅使用者，收集到这些关键需求：（1）室内场景：78%的使用者提到“窄走廊转弯困难”，23%提到“门槛（约2-5厘米高）无法跨越”；（2）户外场景：65%反馈“斜坡（尤其是盲道砖）颠簸严重”，41%希望“雨天座椅不积水”；（3）特殊需求：12%的上肢力量较弱者（如脊髓损伤患者）需要“电动辅助”，8%的视力障碍者希望“语音提示障碍物”。这些数据告诉我们：轮椅设计不是“一刀切”，而是“按需定制”。比如，为室内使用的轮椅缩短轮距（左右轮间距），能提升灵活性；为户外轮椅增加悬挂系统（类似自行车减震），能减少颠簸。2辅助设计的核心维度：安全、舒适、便捷基于需求，我们可以将辅助设计拆解为三个关键维度：2辅助设计的核心维度：安全、舒适、便捷2.1安全：从“防倾倒”到“智能保护”结构安全：轮椅的“三点支撑”（后轮+两个小前轮）是经典设计，但当快速转弯或过坎时，前轮可能离地。改进方案包括“增加防倾轮”（在轮椅后部加装小轮，防止后翻）、“可调节轮距”（通过螺丝调整左右轮间距，适应不同场景）。制动系统：手动轮椅的“手刹”类似自行车刹车，通过钢丝拉动刹车片；电动轮椅则多采用“电磁制动”（断电时自动锁死）。我曾见过一款儿童轮椅，手刹位置特意设计在扶手前端，方便小个子孩子抓握——这就是“用户视角”的体现。2辅助设计的核心维度：安全、舒适、便捷2.2舒适：从“物理支撑”到“人体工学”座椅设计：普通轮椅的硬坐垫容易导致压疮（长期压迫皮肤），优质轮椅会采用“透气网布+记忆棉”组合，分散压力；座椅高度需与桌面、床沿齐平（约45厘米），方便转移。扶手与脚托：扶手高度应让使用者手肘自然弯曲90（约20-25厘米）；脚托长度需支撑整个小腿，避免垂足（脚自然下垂导致不适）。2辅助设计的核心维度：安全、舒适、便捷2.3便捷：从“单一功能”到“场景适配”收纳与携带：折叠式轮椅通过“X型交叉支架”实现快速折叠（3秒内完成），重量控制在15公斤以内（普通成年人可单手提起）；附加功能：可拆卸的载物篮（挂在扶手上）、可调节的头枕（保护颈部）、雨天用的透明雨罩（固定在扶手上）——这些细节让轮椅从“工具”变成“生活伙伴”。03从实践到创新：我们的“轮椅设计师”任务从实践到创新：我们的“轮椅设计师”任务科学课的魅力在于“学了就能用”。接下来，我们要分组完成一个“微型轮椅设计”项目，用所学知识解决真实问题。1项目任务：为“校园场景”设计辅助轮椅假设我们学校有一位坐轮椅的同学，需要在教学楼（走廊宽1.2米，有2厘米高门槛）、操场（水泥地，有3斜坡）、食堂（地面有少量水渍）之间移动。请设计一款“校园辅助轮椅”，需满足：能轻松通过1.2米宽走廊（转弯半径≤0.8米）；能跨越2厘米高门槛（不借助外力）；操场斜坡行驶时不后翻（重心测试：载重20公斤时，后倾角度≥45）；食堂地面防滑（测试：在湿滑瓷砖上刹车距离≤0.5米）。2设计流程：像工程师一样思考工程设计的核心是“发现问题-调研-设计-测试-改进”。我们的项目将按以下步骤推进：2设计流程：像工程师一样思考2.1第一步：问题拆解（30分钟）小组讨论：校园场景的“移动难点”有哪些？哪些是力学问题（如重心、摩擦力）？哪些是结构问题（如轮距、材质）？2设计流程：像工程师一样思考2.2第二步：材料与工具（提前准备）基础材料：硬纸板（模拟框架）、塑料轮（直径5-10厘米）、橡皮筋（模拟弹簧减震）、黏土（模拟载重）；辅助工具：直尺（测尺寸）、量角器（测角度）、毛巾（模拟湿滑地面）。2设计流程：像工程师一样思考2.3第三步：原型设计（1小时）要求：画出设计图（标注轮距、轮径、重心位置）；写出“设计亮点”（如“采用小轮距提升转弯灵活性”“增加橡胶轮防滑”）。2设计流程：像工程师一样思考2.4第四步：测试与改进（1.5小时）转弯测试：在1.2米宽的“走廊”（用椅子模拟）中转弯，记录是否卡住；越障测试：用书本搭2厘米高的“门槛”，推动轮椅通过，观察是否翻倒；防滑测试：在湿毛巾上推动轮椅，急刹后测量滑行距离；稳定性测试：在3斜坡上，用黏土模拟20公斤载重，向后倾斜轮椅，记录倾倒角度。2设计流程：像工程师一样思考2.5第五步：展示与反思（30分钟）每组派代表展示设计，其他组提问（如“为什么选择这种轮径？”“如何解决重心过高问题？”），最后评选“最佳创新奖”“最实用设计奖”。04从技术到温度：轮椅设计的人文意义从技术到温度：轮椅设计的人文意义最后，我想和大家聊聊轮椅背后的“温度”。去年在康复中心，我认识了一位叫小宇的哥哥——他因意外失去行走能力，但通过一款“可站立轮椅”（通过液压装置缓慢升起），他第一次和同学平视着说话。他说：“轮椅不是枷锁，是让我继续拥抱世界的翅膀。”这让我明白：轮椅设计的最高目标，不是“更先进的技术”，而是“更平等的尊重”。当我们在计算轮轴省力比时，其实是在计算“一个人对生活的掌控力”；当我们优化座椅