官渡之戰與投石車(學生工作紙)

STEM聯繫投石器設計比賽
學習技能: 立體打印 編程訓練 DIY
學習範圍: 0
  • 能量轉換
  • 投石器發射時涉及的運動
0
  • 應用「Scratch」進行投石器遊戲
  • 應用立體打印機製作立體模型
0
  • 設計和製作投石器
  • 考慮勝出比賽的因素
0
  • 角度計算

任務Task
  • 認識官渡之戰。
  • 設計和製作一個投石器,並嘗試勝出「投石器比賽」。

注意:在進行投石器活動時必須注意安全,並依從老師指示,以免發射的物體擊中別人致受傷。

官渡之戰與投石車

中國象棋中,黑色一方時有用以「石」為部首的「砲」字。早於春秋戰國時代已出現「砲」字,在古代是專指一種投石器,以徒手或機械拋發石頭攻擊敵人。

官渡之戰是三國時期的「三大戰役」之一,亦是中國歷史上以少勝多的著名戰役之一。公元200年,曹操與袁紹相持於官渡。袁紹大軍以泥土堆起小山,築高櫓,以弓箭俯射曹軍。曹軍後來製作了一種裝有車輪可自由移動的投石車,擊毀了袁軍的櫓樓及戰車。因「投石車」發射時會發出巨響,故又稱「霹靂車」。「霹靂車」令曹軍得以與袁軍抗衡,為曹操爭取時間以發現袁軍的糧倉,最後得以派兵奇襲,擊敗袁紹。

中國象棋
曹操雕像
投石器的運作

在古代,投石器是戰爭中使用的簡單機械。投石器利用了能量可以從一種形式轉換為另一種形式,並可從一個物體轉移至另一個物體的原理來運作。

當你使用投石器投擲物件時,額外的能量會加入其中。這種能量是儲存在橡皮圈或投石器繩子中的勢能。當你把要發射的物體(如石頭)放入桶中,並讓投石器的臂部移動時,儲存的勢能會被釋放並轉化為發射物體的動能,使它能拋射出去。

投石車模型
投石車使用的情境
討論問題
如果曹軍當時未有發明「霹靂車」,官渡之戰的形勢會變成怎樣?三國的歷史又將會如何改寫?

第一部分設計和製作投石器
1.
在互聯網搜尋製作投石器的方法。列出設計所要的物料。
2.
在以下的空位內繪畫你的設計,並在各部分加上標註。試簡單描述製作投石器的步驟。
3.
寫下你的設計的參考來源。
4.
和組員合作完成投石器。

第二部分投石器測試比賽
測試比賽的時候到了!
比賽1Game 1

每組需使用自己的投石器來發射橡皮擦,能夠使橡皮擦飛得最遠的組別獲勝。

你會考慮甚麼因素來增加獲勝機會?

比賽2

每組需使用自己的投石器,並自行決定發射的物體,然後盡可能擊落最多的汽水罐。能夠擊中最多汽水罐的組別獲勝。

你會考慮甚麼因素來增加獲勝機會?


第三部分評價和改良
1.
在班上分享製作投石器的經驗。
2.
讓老師根據以下標準評價你組製作的投石器:
投石器 5
優異
4
良好
3
普通
2
尚可
1
差劣
(a) 外觀
(b) 遊戲1的結果
(c) 遊戲2的結果
(d) 堅固程度
3.
你認為哪一組的設計是最好的?寫出他們的設計的兩個優點。
4.
你可以如何改良自己的投石器?
5.
在課堂後提交學生工作紙

第四部分進階活動及附加資源
進階活動
為蒙古人設計和製作一座回回砲。

在這裡觀看示範影片:
https://e-aristo.hk/r/chihist2018STEM09.c

在這裡觀看示範影片:
https://e-aristo.hk/r/chihist2018STEM10.c

附加資源
編程
你可以在Scratch試玩以下投石器及回回砲遊戲。如果你熟悉編程,也可以自行修改遊戲。

立體打印
如果學校有立體打印機,你可以在我們的網站下載可供立體打印的模型。如果你會使用立體製圖軟件(例如Blender),更可以設計和製作自己的立體打印模型。


在這裡觀看示範影片:
https://e-aristo.hk/r/chihist2018STEM12.c
回回砲
下載模型(供桌面/筆記型電腦使用)Download model for desktop/laptop computers
建議打印設定:Suggested printing settings:

trebuchet_part1.stl, trebuchet_part1a.stl

層片厚度Layer Thickness 0.25mm0.25mm
填充InFill 0
質素Quality 一般Normal
密封表面Surface 2層2 layers
支撑Support 有支撐With support
密封層Dense 2層2 layer
角度Angle 10 Deg10 Deg
面積Area 5 mm25 mm2
間距Space 8 lines8 lines
基底Raft 有基底With raft

trebuchet_part2.stl, trebuchet_part2b.stl, trebuchet_part3.stl, trebuchet_part3b.stl

層片厚度Layer Thickness 0.25mm0.25mm
填充InFill 0
質素Quality 一般Normal
密封表面Surface 2層2 layers
支撑Support 有支撐With support
密封層Dense 2層2 layer
角度Angle 30 Deg30 Deg
面積Area 5 mm25 mm2
間距Space 8 lines8 lines
基底Raft 有基底With raft

其他Others

層片厚度Layer Thickness 0.25mm0.25mm
填充InFill 0
質素Quality 一般Normal
密封表面Surface 2層2 layers
支撑Support 沒有支撐No support
基底Raft 沒有基底No raft
Terms and conditions:

This work, ‘回回砲’, is a derivative of ‘Trebuchet’ by danowall under Creative Commons - Attribution - Share Alike license. ‘回回砲’ is licensed under Creative Commons - Attribution - Share Alike license by Aristo Educational Press Ltd.

沒有使用權限No access right

你的學校未有使用本系列資源之權限。

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