小学四年级综合实践活动《创意电车设计与制作》知识清单

小学四年级综合实践活动《创意电车设计与制作》知识清单

一、核心概念与理论基础

（一）【核心素养·★★★★★】“创意电车”的本质与内涵

“创意电车”并非传统意义上现实世界的交通工具，而是指在综合实践活动课程框架下，学生运用跨学科知识与技能，从无到有地构想、设计并制作一款具有创新性、科学性、艺术性和实用性的电动车辆模型。它融合了工程设计、美术创作、科学探究与社会人文等多维目标，强调“做中学”与“创中学”，是培养学生创新精神和实践能力的重要载体。

（二）【设计思维·★★★★☆】工程设计流程五步法

本项目的核心思维工具是工程设计流程，它指导我们系统地解决问题：

1、同理心与定义：理解“用户”（如未来城市居民、特殊环境工作者）的需求，明确电车需要解决的核心问题（如：环保出行、山地运输、老年辅助等）。

2、构想与构思：围绕问题，进行头脑风暴，不拘一格地提出多种可能的电车设计方案。

3、建模与制作：将构想中的方案通过草图、结构图表达出来，并运用材料和技术制作出实体模型。

4、测试与评估：对制作完成的电车模型进行功能测试，检验其是否达到设计要求（如能否行驶、是否稳固、外观是否符合预期）。

5、分享与迭代：展示作品，收集他人反馈，根据测试结果和反馈意见，对设计进行优化和改进，形成新的版本。

（三）【科学原理·★★★★☆】电车驱动的奥秘——电能与机械能的转化

1、简单电路：一个最基本的电路由电源（电池）、导线、开关和用电器（电机）四部分组成。只有当电路形成闭合回路时，电流才能通过，电机才能工作。

2、电机的原理：电机内部有磁铁和线圈。当电流通过线圈时，会产生磁力，与电机内的磁铁相互作用，从而推动线圈转动，带动电机轴旋转。这就是电能转化为机械能的过程。

3、传动方式：电机产生的动力需要通过一定的方式传递给车轮，才能使电车前进。

（1）直接驱动：电机轴直接连接车轮，结构简单，但转速可能过快，扭矩（力量）较小。

（2）齿轮传动：通过不同大小的齿轮组合，可以改变输出的转速和扭矩。小齿轮带动大齿轮，转速降低，扭矩增大，适合爬坡；大齿轮带动小齿轮，转速加快，扭矩减小，适合平地高速行驶。

（3）皮带或链条传动：通过皮带或链条连接电机轴和车轮轴，可以灵活地改变传动方向和距离。

（四）【结构力学·★★★☆☆】稳固的车身结构

1、框架结构：由杆件（如木条、塑料吸管）通过连接点（节点）组成的结构，能承受较大的重量和冲击力，如同建筑的“骨架”。

2、三角形稳定性原理：三角形是所有几何图形中最稳定的。在车架设计中，大量采用三角形结构，可以显著增强车身的抗变形能力，防止在行驶中散架或扭曲。

3、重心与平衡：物体的全部质量可以看作集中在一个点上，这个点就是重心。重心越低、越靠近车身的几何中心，车辆在行驶、转弯时就越稳定，越不容易翻倒。

二、设计与规划阶段的知识要点

（一）【重要·★★★★☆】需求分析与功能定位

在设计之前，必须明确“为谁设计”和“用来做什么”。例如：

1、未来城市通勤车：要求造型时尚、轻便、速度快、零排放。

2、社区快递配送车：要求车厢空间大、行驶平稳、能自动（或遥控）停靠多个点。

3、无障碍福祉电车：要求底盘低、车门宽、行驶平稳、操作简单安全。

根据不同的功能定位，后续的设计（如车身大小、动力强弱、特殊装置）将完全不同。

（二）【基础·★★★★★】创意草图与三视图

1、草图构思：用简单的线条和图形，快速地在纸上勾勒出电车的大致外形和结构，记录瞬间的灵感。不求精美，但求能清晰地表达想法。

2、三视图绘制：【高频考点】为了精确表达设计，需要学习绘制三视图，即从三个不同方向观察物体所得的投影图：

（1）主视图：从电车正前方看，能表现出车的高度、宽度以及车头、车窗的造型。

（2）俯视图：从电车正上方看，能表现出车的长度、宽度以及车顶、车厢的平面形状。

（3）左视图：从电车左侧方看，能表现出车的长度、高度以及车门、车轮的位置。

绘制三视图时，要遵循“长对正、高平齐、宽相等”的原则，确保三个视图之间的尺寸关系准确无误。

（三）【难点·★★★★☆】材料选择与性能考量

选择合适的材料是设计成功的关键一步，需要综合考虑材料的特性：

1、车身框架材料：

（1）木材（如轻木板、桐木条）：易加工（切割、打磨、粘接），环保，是制作模型车架的理想材料。【重要】选用时需注意木纹方向，顺着木纹方向切割更省力且不易断裂。

（2）塑料（如ABS板、吸管）：有一定韧性，防水，可通过热弯或专用胶水粘接。

（3）金属（如铝丝、铁片）：强度高，耐用，但加工难度大，需要专用工具。

2、车轮与车轴材料：

（1）成品车轮：市面上有各种尺寸的塑料或橡胶模型车轮，安装方便，转动顺滑。

（2）DIY车轮：可用瓶盖、光盘、硬纸板等制作，但需要保证其圆度和中心孔的精确度，否则会导致行驶颠簸。

（3）车轴：通常使用光滑的金属棒（如铁丝、自行车辐条），确保车轮能绕其顺畅转动。车轴与车身的连接处需要安装轴套或轴承以减小摩擦。

3、连接材料：

（1）白乳胶：适合粘接木材，干后透明，但干燥时间较长。

（2）热熔胶枪：粘接速度快，适用范围广，但胶体较脆，不适合受力过大的部位。【非常重要】使用时务必注意安全，防止烫伤。

（3）AB胶（环氧树脂）：粘合力极强，适合金属、塑料等多种材料，但固化时间较长。

三、制作与装配阶段的操作要点

（一）【核心技能·★★★★★】测量与切割技术

1、精确测量：使用直尺、三角板、游标卡尺等工具，准确测量所需材料的长度、宽度和厚度。测量时应做到“一次测量，多次核对”，避免因误差导致零件无法装配。

2、安全切割：【安全规范·★★★★★】

（1）切割木板：使用美工刀时，刀片推出长度要适中，用直尺压住板材作为导向，刀刃紧靠直尺边缘，多次、轻缓地划刻，直至板材被划穿，切忌一刀切下，以免跑偏或伤手。

（2）切割金属丝：使用钢丝钳剪断时，要握紧钳柄，夹住金属丝，并让断口朝向无人处，防止金属碎屑飞溅伤人。

（二）【难点·★★★★☆】动力系统的组装

1、电机安装：电机必须牢固地固定在车架上，否则启动时会发生位移，导致动力损失。可以采用电机座、扎带或热熔胶进行固定，但要确保电机轴能自由转动，不被胶水粘死。

2、车轮安装：

（1）确保车轮与车轴紧密连接，不会打滑。可以在车轮孔内滴入少许胶水或使用紧定螺丝。

（2）车轴与车身的连接处要留有微小间隙，保证车轮能灵活转动。可以在车轴穿过车架孔的位置套上一小段塑料吸管作为轴套，既起到支撑作用，又能减少摩擦。

3、传动系统调试：

（1）齿轮传动：安装两个啮合的齿轮时，齿轮之间的间隙要合适，太紧会卡死，太松会打滑。

（2）皮带传动：皮带要保持适当的张紧度，过松会打滑，过紧会增加电机负担。

（三）【基础·★★★★★】电路的连接与检测

1、导线处理：【易错点】连接电路前，需将导线两端的绝缘皮剥去约1厘米，露出内部的铜丝，并将铜丝拧紧，防止出现“短路”（即正负极导线直接接触，导致电池迅速耗尽甚至发热起火）。

2、连接顺序：推荐从电源（电池）一端开始，依次连接开关、用电器（电机），最后回到电源另一端。连接开关时，要分清哪两个接线柱是控制电路通断的。

3、电路检测：【高频考点】电路连接完毕后，先不要急于装上电池。使用万用表（电阻档或蜂鸣档）检测电路是否为通路。如果检测显示断路（电阻无穷大），应检查导线是否断开、接头是否松动、开关是否闭合；如果检测显示短路（电阻接近零），应立即排查导线是否在非接头处发生了接触。

四、美学与创意表现阶段

（一）【创新思维·★★★★☆】造型设计的艺术法则

1、统一与变化：电车的整体风格要统一（如流线型、机甲风），但在细节处（如车灯、涂装、轮毂造型）可以有所变化，避免单调。

2、对称与均衡：大多数车辆采用对称设计，给人以稳定、可靠的感觉。但也可以通过色彩的轻重、体块的大小来达到视觉上的均衡。

3、节奏与韵律：通过车身上的线条、色块、窗户的有序排列，可以营造出如同音乐般的节奏感。

（二）【重要·★★★★☆】色彩搭配与情感表达

1、色彩三要素：色相（是什么颜色）、明度（颜色的明暗程度）、纯度（颜色的鲜艳程度）。

2、常见配色方案：

（1）同类色搭配：如深蓝和浅蓝，和谐统一，富有层次感。

（2）邻近色搭配：如黄色和绿色，活泼明快，过渡自然。

（3）对比色搭配：如红色和绿色，黄色和紫色，视觉冲击力强，能迅速吸引眼球，但需注意比例，避免过于刺眼。

3、色彩的情感：红色代表热情、活力；蓝色代表科技、冷静；绿色代表环保、自然；黄色代表明亮、警示。色彩的选择应与电车的功能定位相呼应。

（三）【拓展·★★★☆☆】装饰与细节表现

1、废旧材料创意利用：瓶盖做车灯，旧光盘做车轮，吸管做天线，布料做车篷。这既是环保行为，也是独特的创意来源。

2、数字技术辅助：有条件的可以运用简单的电脑绘图软件（如画图、酷家乐等）进行外观涂装设计，或使用3D建模软件设计独一无二的个性化零件。

五、测试、优化与评价维度

（一）【非常重要·★★★★★】功能测试与问题排查

1、行驶测试：将电车放在平坦的地面上，接通电源，观察其是否能直线行驶。

（1）问题1：不走直线？可能原因：两侧车轮大小不一、车轴不平行、一边车轮转动不灵活。

（2）问题2：动力不足或走走停停？可能原因：电池电量不足、导线接头接触不良、齿轮啮合过紧、传动皮带打滑、车身过重。

（3）问题3：电机转但车不走？可能原因：车轮与车轴打滑、齿轮脱落或损坏。

2、承重测试：在车身上逐渐增加重物，观察车架是否变形，车轮能否正常转动。

（1）问题：车架变形？可能原因：结构设计不合理，缺少三角形支撑；材料强度不够；连接处不牢固。

3、爬坡测试：找一块木板或书本搭成斜坡，测试电车的爬坡能力。

（1）问题：爬不上去？可能原因：动力不足、车轮摩擦力不够（可考虑在车轮上套橡皮筋增加摩擦）、重心过于靠后导致前轮翘起。

（二）【核心素养·★★★★☆】作品评价的多元视角

对一件“创意电车”作品的评价，不能只看它跑得快不快，更要从多角度进行综合评价，这既是反思，也是学习。

1、科学性（30%）：电路设计是否合理，结构是否稳固，动力与传动系统是否高效，是否体现了相关的科学原理。【基础】

2、创新性（30%）：设计思路是否有独特之处，在造型、功能、材料使用或解决问题的方式上是否有创意。【非常重要】

3、美观性（20%）：整体造型是否美观协调，色彩搭配是否舒服，细节处理是否精致。【重要】

4、工艺性（20%）：制作是否精良，连接是否牢固，表面是否平整，工具使用是否规范。【基础】

（三）【思维方法·★★★★☆】反思与迭代优化

1、问题记录：在测试过程中，详细记录下遇到的问题和可能的改进方向。

2、方案改进：针对发现的问题，提出具体的解决方案。例如：为增强稳定性，可以加宽轮距或降低车身高度；为了更美观，可以重新设计车身涂装。

3、迭代升级：根据改进方案，对作品进行修改和调整，甚至可以制作2.0版本。这种不断优化、精益求精的过程，正是工程设计思维和工匠精神的体现。

六、跨学科融合与拓展视野

（一）【数学应用·★★★☆☆】比例与尺度

在设计草图和制作模型时，需要确定一个合适的比例，如1：10。这意味着图纸上的1厘米，对应实际模型的10厘米。所有零部件的尺寸都必须按照这个比例进行缩放，才能保证整体协调。

（二）【语文与社会·★★☆☆☆】人文情怀的融入

1、设计说明撰写：为自己的电车作品撰写一份设计说明，清晰阐述设计理念、功能特点、创新之处以及制作过程中的感悟。这既是语文表达能力的锻炼，也是对项目成果的深度梳理。

2、未来城市畅想：将电车的设计与对未来城市交通、环境问题的思考相结合，探讨科技如何让生活更美好，培养社会责任感。

（三）【前沿科技·热点·★★★★☆】智能控制初探

对于学有余力的同学，可以尝试引入简单的智能控制模块，让电车更“聪明”：

1、遥控功能：增加红外或蓝牙接收模块，配合遥控器或手机APP，实现对电车前进、后退、转向的无线控制。

2、避障功能：在车头安装超声波传感器，通过编写简单的程序（如使用Arduino或Micro:bit），使电车在遇到障碍物时能自动停下或转弯。

3、循迹功能：在车底安装红外传感器，使其能沿着黑色的轨迹线自动行驶，模拟现代工厂的AGV（自动导引运输车）。

七、安全规范与习惯养成

（一）【安全红线·★★★★★】工具使用安全

1、锋刃工具（美工刀、剪刀）：刀口不对人，传递时合上刀片或握住刀刃部分，用后及时收好。

2、热熔胶枪：插电后勿碰枪头，用后放在专用支架上，防止烫伤自己或他人，甚至引发火灾。

3、钳子、锤子：使用时注意力集中，防止敲击或剪切时误伤手指。

（二）【行为规范·★★★★☆】制作习惯

1、桌面整洁：工具和材料分类摆放，废弃材料及时清理，为自己和他人创造一个安全、高效的操作环境。

2、垃圾分类：区分可回收材料（如废纸、塑料瓶）和不可回收材料（如胶带、沾染胶水的废料），养成环保习惯。

3、合作与分享：在小组合作中，学会倾听他人意见，分工协作，共享材料与工具，遇到困难时主动寻求帮助，乐于分享自己的成功经验。

八、典型题型与考查方式解析

（一）【基础题】填空题

1、一个完整的电路通常由电源、导线、开关和______四部分组成。（答案：用电器/电机）

2、在框架结构中，形状是最稳定的，不易变形。（答案：三角形）

3、在设计表达中，能够同时展示物体长、宽、高三个维度尺寸的图是。（答案：三视图）

（二）【理解题】选择题

1、为了使爬坡能力更强的电车获得更大的牵引力，在传动系统上应该选择（B）。

A、大齿轮带动小齿轮B、小齿轮带动大齿轮C、相同大小的齿轮

（考查点：齿轮传动的扭矩变化原理）

2、下列哪种情况最容易导致电路短路？（C）

A、电池没电了B、开关没有闭合C、连接电源的正负极导线直接接触

（考查点：对电路短路这一危险概念的识别）

（三）【应用题】简答题与方案设计

1、请简述：如果你设计一辆专为老年人买菜用的电动购物车，你会从哪些方面考虑你的设计？（考查点：需求分析与功能定位）

【解答要点】：会从安全性（行驶平稳、易操控、有刹车）、便捷性（车身小巧、转弯灵活、有购物篮）、舒适性（座椅舒适、有遮阳挡雨棚）等方面考虑。

2、问题排查：你的电动小车在接通电源后，电机发出嗡嗡声，但车轮却不转动。请列出至少两种可能的原因，并给出相应的检查或解决方法。（考查点：动力系统故障分析与排查）

【解答要点】：

可能原因一：传动齿轮卡死或啮合过紧。解决方法：检查齿轮间是否有杂物，调整齿轮间隙，或滴入少许润滑油。

可能原因二：车轮与车轴之间打滑。解决方法：检查车轮是否固定在车轴上，如有松动，重新用胶水固定或拧紧紧定螺丝。

可能原因三：动力不足，无法克服阻力。解决方法：更换新电池，或检查车身是否过重。

（四）【实践题】项目设计与制作

【常见考查方式】：

提供有限的材料（如：2根电池、1个小电机、2个轮子、若干木条、导线等），要求在规定时间内设计并制作一辆能载重一定重物行驶规定距离的电车。

【解答要点与评分标准】：

1、设计环节：能绘制出清晰的设计草图，标出主要结构尺寸，并简要说明设计思路。（考查规划能力）

2、制作环节：车架结构稳固，运用了三角形原理；电路连接正确，开关有效；车轮安装顺畅，动力传动可靠。（考查动手能力）

3、测试环节：电车能成功完成任务，跑得直，跑得稳。（考查实践效果）

4、团队合作：分工明确，配合默契，操作安全规范，桌面整洁。（考查综合素养）

九、【易错点·高频考点】深度剖析

1、电路连接极性错误：电机有正负极性之分，接反了会导致电机反转，即电车向后跑。

2、车轴不平行：安装两个车轴（前轴和后轴）时，如果没有保证它们完全平行，电车行驶时就会自动转弯，无法走直线。

3、忽视摩擦力：