优秀STEAM案例 家用垃圾桶改造

　　本设计方案是针对家庭里的垃圾桶，是否可以把该设计的应用范围扩大到其他环境和领域？哪些地方需要收纳但是单手不便完成？比如商场的垃圾桶，快餐运送包装箱■◆■，残疾人便利项目等，而且我们不需要拘泥于一定是垃圾桶★★■■、收纳盒，甚至在我们上面设计中用到的一些材料、方法都可以进行拓展。比如■★◆■，自清洁纳米材料，我们还可以用在生活中的哪些地方◆■★■★？餐桌可以吗★★？墙壁可以吗◆◆◆★★★？再比如★■■◆◆，按钮式可控长度开关我们还可以用在哪些地方？可控升降座椅可以用到吗？引导学生将设计的成果扩大化，应用到更加广阔的领域中◆★■■■，方便我们的日常生活，在解决实际问题过程中，提升学生的综合应用能力，也即提升学生的物理核心素养★★◆◆。

　　在班级内部评选，选出２－３件优秀作品参加校级科技创新作品展。学生可在学校范围内进行宣讲，介绍自己的作品，全体学生不记名投票，选出最佳作品，颁发证书，并在学校宣传栏和网站上公布。

　　文章原名《践行STEM教育理念 提升物理核心素养——以★■◆■★◆“家用垃圾桶改造■★◆■”为例》

　　根据上述存在的问题，对垃圾桶进行改进，如何才能做到既可以用手又可以用脚将垃圾桶盖打开？学生们会想到生活中常用的传感器★■■◆，比如，人走进银行门时◆◆，门自动打开，手靠近公共洗手间水龙头时水自动流出★★★■★◆。设计成手靠近传感器桶盖就打开■★■，远离到一定距离桶盖就关闭．分小组思考设计方案。

　　请学生阐述卫生间的垃圾桶一般需要具备哪些功能？并且说出现实生活中卫生间的垃圾桶还有哪些不方便的地方，这将是我们的改造方向■■★★★◆。

　　选择最原始的机械装置◆■★◆，如何做到用手就可控制桶盖的打开和关闭呢■★■？要是有一个按钮◆■，一按桶盖打开■★◆◆■★，再一按桶盖关闭就好了。这个按钮的位置应该放在哪儿呢？学生不难想到，按钮应该放到图３上Ａ处，再用连杆压下方的踏杆■■★★◆★，从而控制桶盖的打开。手一松，桶盖又会落下来■■，一只手依旧没法完成开盖和丢卫生纸的操作■◆■★★◆。有没有一种方法可以控制桶盖的关闭？想让它什么时候关就什么时候关？问题就聚焦到这上面，如何解决？

　　改进这两个地方的垃圾桶就必须解决以下问题：一是厨房的垃圾桶如何使更换垃圾袋变得方便★◆？如何让泔水不残留在垃圾桶内部。即使稍有残留★◆■★★◆，也易清理？二是卫生间的垃圾桶如何让桶盖根据需要及时■■★◆◆、方便打开与关闭★◆■■★。

　　通过按钮上下按动，可以控制笔芯向下的高度◆★★■◆■。对比此处的垃圾桶，在按钮Ａ处下方也装上自动圆珠笔这样的装置，按下按钮，连杆向下的长度变长■◆★◆★，从而控制桶盖的打开。当我们再按下按钮，连杆向下的长度变短■■■★★，桶盖关闭。到此为止，控制桶盖打开和关闭的问题就得到了解决■◆。但是我们依旧要保留原来的脚踏结构，因为有时候会遇到需要脚踩的情况◆■★，例如上肢残疾人士就非常需要。

　　二是打开桶盖和丢卫生纸一只手完成不了，对于一些下肢残疾人士而言脚踩式垃圾桶更不合适。

　　根据设计图进行制作■★■，受材料和工具的限制，我们通过模拟制作◆★■■◆，用三合板■◆★■◆、硬纸板代替塑料。在制作的过程中主要问题是尺寸的测量，一旦尺寸不符，在安装过程中是很难完全吻合的。在学生安装测试过程中，可能有以下两个方面需要改进：一是厨房垃圾桶，在提垃圾桶袋的时候可能把整个垃圾桶一起提起来；二是卫生间垃圾桶，在脚踩踏板的时候，垃圾桶可能会不稳。

　　优秀：造型美观★★■★◆，有新意，能够很流畅的发挥既定的功能★◆■，组装时部件的契合度高，协调性强；

　　及格：基本功能可以发挥，但外形一般◆■◆★★，部件间衔接粗糙★■★★■，有较大缝隙，契合度差；

　　既然电子的行不通，就采用机械的，市面上就有脚踩式垃圾桶◆■◆◆★，脚踩式垃圾桶有它独到的优点★★★，通过脚踩来控制桶盖的打开。让学生分析脚踩式垃圾桶的工作原理★■，如图所示，建议学生在此基础上进行改进。

　　对于厨房垃圾桶，可以在隔层中增加配重物，这样就不会在提垃圾袋的同时将垃圾桶也一起提起来。对于卫生间垃圾桶，可以将底盘做的稍大一点，以增强垃圾桶的稳定性★★◆。

　　良好：基本功能能够发挥★★，外形漂亮，但部件间组装时有较大缝隙，整体契合度不强◆■；

　　主要从实用、美观、可操作性角度去评价，分四个等级，分别是优秀、良好◆★◆■、及格、不及格。

　　在我们家庭中，垃圾桶是一件必不可少的东西，一个家庭少到１、２个★◆■，多的甚至８、９个，从厨房到客厅、卧室到卫生间，到处都有它的身影★◆■■。在家里有两个地方的垃圾桶更引起我们的重视，一个是厨房，一个是卫生间。厨房的垃圾桶因为更换垃圾袋频次高■◆◆，麻烦，若泔水残留在垃圾桶内难清理，易滋生细菌。而卫生间的垃圾桶一般都带盖，人坐在坐便器上不方便边打开盖子边丢卫生纸，而如果不带盖又会有异味。

　　本项目的另一个问题是如何让垃圾桶不易残留泔水，且便于清理。这样，一些前沿材料可能会用到。可从淘宝上购买到该类材料（纳米液体），价格也很便宜，２０元左右就可以买到一瓶◆◆。同时给学生介绍一些现实生活中运用到疏油材料的例子，比如现在家里用的不粘锅，如图所示，炒完菜★◆★★，油质没有残留在锅内，原因是锅里涂了一层自清洁纳米材料。另外■◆，手机屏幕上也涂有疏油层◆■◆★★，避免留下手指痕迹。同时★★■◆，提供给学生关于自清洁纳米材料的网络链接★■◆★，供学生自主上网查阅、学习。

　　在此基础上◆■◆◆★◆，学生不难联想到◆★，可以在垃圾桶内壁也涂上一层这样的纳米材料★■★★■，这样就可以解决问题了■◆。另外还要考虑，万一厨房垃圾中有一些尖■★◆、硬的物体时，很有可能把垃圾袋给扎破★■★★，泔水会破袋而出，虽然不粘在桶壁上■◆★，但还是会残留在垃圾桶底◆■★◆■★，甚至会流到下面没使用的垃圾袋上面去。怎么解决这个问题呢？学生想到能不能把泔水导出去。又出现了新的问题，导出的泔水会污染地面，怎么办◆◆？学生会想到用东西接住。这时引导学生联想家里的电饭煲★◆★◆★，当盛饭的时候，锅盖上的蒸汽水会流到一个收纳容器中，如图所示，故垃圾桶也可以增加这样一个装置■■■★★◆。

　　让学生讨论——如何使垃圾袋更换更方便。从垃圾袋距离垃圾桶的远近，操作是否复杂等角度来思考，给学生提供思考的方向。然后学生分组，以小组为单位，得出本组的讨论结果■★◆★■。

　　让学生观察常见的垃圾桶款式，并能够说出各款式垃圾桶所具有的功能或者优点，分析这些垃圾桶的经济性和实用性。

　　学生们普遍会想到运用传感器来设计这个方案★■■■★，请学生分享他们的设计方案，比较各小组的方案◆◆。让学生从实用、方便、经济■★★◆■★、可操作方面对各自的设计方案进行评价。

　　比较各小组的结果★■◆■，从可操作性来考虑，我们可以把垃圾袋就放在垃圾桶底部夹层内，这样就节约了到处找垃圾袋的时间。同时从面巾纸的抽取设计中得到启发，通过拿走第一个垃圾袋来把下一个垃圾袋给带上来★★，从而使垃圾袋更换变得更加方便容易。