懸浮魔力─ 『磁浮車模型設計與製作競賽』教學活動設計

磁浮車的相關理論最早是在1922年,德國工程師赫爾曼‧肯佩爾(Hermann.Kemper)提出磁力懸浮(Magnetic Levitation),即藉由磁力將物體懸浮。並且於1935年以模型實驗證實了這項技術的可行性。1970年代後,隨著工業發展的進步,為了提升交通運輸能力,德國、美國、英國、日本等已開發國家便著手進行磁浮運輸的開發。磁浮運輸的優點在於其車體懸浮在空中,去除了車體和軌道底部以及車體與軌道邊的摩擦力,以增加列車的速度,縮短行車的時間,列車的最高速度甚至能達到時速500公里以上,行進中同時也能保持高度的寧靜,因此在各國的能源指標以及高速鐵路上,磁浮車往往都能成為一項重要的評比項目。

因此我們將此運輸工具縮小規模並且結合其他課程與知識,設計出磁浮車教學課程,讓學生能體驗並且了解設計運輸工具時,除了如台灣的高鐵或是法國的子彈列車以加強動力的方式增加運輸速度與效率外,還能採取減少能量消耗的方式以增加效能。而要將磁浮車實作活動用於教學,我們需要掌握磁浮車運行上的四大要件:車體、軌道、動力以及能源。

  1. 軌道:每樣交通工具都有它適合的活動空間,一般汽車適合行駛平面道路,但是不適合行走坡度較陡的山路;船需要行駛於水面上;而磁浮車就如同火車,需行駛在鐵軌或是適合的軌道上。因此如果要進行磁浮車實作活動,首先需要準備的就是軌道,在本教案中,我們將以教師自製的便攜軌道進行實作活動。
  2. 車體:磁浮車的車體需要考量車體的平衡以及車子的造型,如果車體的設計不良,造成車體過大或過小,則會影響磁浮車行駛的順暢度,而車體的設計如果影響風扇的運行,也會造成車速緩慢。這部份我們將以另一個實作活動來協助學生在設計方面的知識與能力。
  3. 動力與能源:因為動力將牽涉到能源來源,因此我們將能源與動力合併討論。動力的方式能以磁鐵轉換作吸引,或是採取各類推進的方式作為前進的動力。

在本實作活動中,我們將以風扇作為動力來源、以電池提供能源以驅動磁浮車。在進行磁浮車實作活動時,我們則可以結合兩個生活科技中的課程,讓本實作活動結構更為完整,同時也增加該兩個課程的延續性。第一個課程是在運輸科技中或是能源動力中的風力發電與螺旋槳單元,藉由該課程中對於各類螺旋槳的介紹(風力發電、船、飛機等等螺旋槳),讓學生在磁浮車活動時能有基礎知識,幫助其在動力條件中的選擇,另一者則是結合3D繪圖與設計的課程,讓學生在磁浮車的實作活動中能在電腦上進行實體設計,並利用PU等材料進行模型的形塑,如同真實的交通工具設計流程,增加學生與設計上的真實感受,並延續3D繪圖設計的學習與技術。

磁浮車教案

照片集:

車體工程圖 車體 DSC_1530 DSC_1529 DSC_1528 DSC_1440 DSC_1439 DSC_1438 DSC_00002820140418_114422_Android20140418_160113_Android 120140418_160113_Android 220140418_160113_Android 320140418_160113_Android

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