本科毕业设计（论文）
外文翻译
连锁实验使我们更深刻的了解物理
作者：丹尼尔·季奥布，Urszula Goacute;rska，托马斯kołodziej
国籍：波兰，荷兰
出处：European Journal of Physics
中文译文：
摘要：连锁实验比赛，首次在2005年的斯洛文尼亚举办，随后波兰在2013年也开始举办，是一年一度的比赛。这个比赛的内容是：每一参赛小组设计和制造一个装置，使得一个小钢球可以从一端被传送到另一端。同时被制造的装置需要使用一些有趣的现象和物理规律。在决赛，所有参赛小组的装置连接到一起，形成一个长链传输钢球。简单的来说，有这么一些方面成为我们评判的标准，例如理论上的创新和进步，又或者是在无人状态下，装置的工作能力。这些学生开发的装置是怎么展现自己优秀的工程技术的呢？又有怎么样的创新和进步让我们见证呢？接下来的文章将带给你惊喜。此外，在与每个小组的PK中，连锁实验不但提高了学生批判性思考的能力，并能向外界展示自己的卓越知识。基于的学习、游戏化和协作测试的问题下，我们进行了讨论。
关键词：连锁实验;物理竞赛；协作学习；游戏化
连锁实验竞赛的主要目的是增加或激发学生学习物理的积极性，鼓励他们自己拓宽知识面。这些目标的实现始于：学生们参与团队特定问题上的合作，例如发现他们在设计过程中产生的想法背后的物理现象。这样，不但达到了基于问题的学习标准，这一系列问题所需要的理论知识和工程技能也得到了体现。通过连锁实验竞赛，学生们以一场游戏的形式提高了合作学习的能力。
概述：
参与连锁实验竞赛的学生的主要任务是设计和建造一个装置，使进入它的钢球被一系列的方式传送。参与者分成2-5人小组，目的是制造一台大小不超过课桌尺寸（120times;70 cm）且不超过150 cm高的机器。 机器从收到球开始运转，直到它将球转移到下一个装置。在120秒内直径2厘米的钢球（数量不限）造成或运用了一系列的物理现象。此外，该装置的设计还需要遵循其他重要的规则，在连锁实验中进行组合。 例如，禁止使用外部电源、动物或危险物质。 在比赛的最后阶段，所有的装置都被连接成一个链中，然后运行（连接部分如图1所示）。因此，每个装置需要独立地将钢球传输到下一个装置。 为了做到这点，要求参赛学生将机器的入口和出口放置在机器中间45 cm的高度处，并为了使其最大限度地灵活，使用塑料软管等材料（例如图2所示的连接方式）。就这样，小钢球在我们的视野里从右而左进行输送。
最后裁判有以下三条作为打分依据：（1）装置运转过程中能否呈现出物理规律，学生能否表述出所使用的物理规律（不同年龄段标准不同）；（2）装置在无人操作下的可靠性，实现该操作的难易程度也决定了小组的分数；（3）装置的质量、创新性、外观，甚至装置的外型与命名是否相匹配也是我们打分的依据。
连锁实验对所有学龄的学生开放，即从幼儿园、小学和高中到大学学生。此外，还可以参加家庭组比赛。由未成年参与者和成年监护人组成的小组参加。 连锁实验起源于2005年的斯洛文尼亚，直到2013年，我们在波兰正式启动了一年一度的竞赛。在此期间，团队将设计、构建和测试这个装置，并为他们的项目准备材料。竞赛时间如表1所示。每年都有几十个队能坚持到比赛最后。详细的统计数据，包括不同年龄类别的划分，如表2所示。 大多数参赛者都是初中生，值得注意的是，在波兰的教育体系中，在初中，物理开始作为一门独立的学科学习。早些时候，比如小学，物理的一些元素被包含在名为“科学”的科目中。正因为这一点，加上教学问题具有各种特殊性，每个类别的团队都由单独的餐盘团队独立评估。 连锁实验的装置不仅充满了吸引力，而且其结构要求对物理定律有更深的更充分的理解。下面的部分介绍了学生们的作品，以及裁判团队问题的一些例子。 此外，我们还向学生和老师征求关于竞赛的意见，以得知他们在这类竞赛中最欣赏的东西，最重要的是，了解在竞赛环境下中物理是如何被感知的。
学生作品举例（介绍了学生的学习用具，并将其分为四个不同的年龄组：小学、初中、高中和大学）：
小学组：图3所示的是小学组的机器，它被命名为“Bat Jaskinia”（英语意为蝙蝠洞），它的灵感来源于克拉克附近波兰侏罗纪的高地洞穴的自然环境。 当第一个金属球落入重力升降机并被提升到排水沟时，它的工作就开始了。然后，球落入塑料管中，塑料管螺旋形地整合成一个像是洞穴中石笋样子的装饰物。在底部，球在斜面的作用下穿过障碍物。之后，球把别的球推到一个小篮子里。吊篮挂在滑轮上，与三角装置相连，在装置的上背部释放出另一个球。 最后，球掉进了弹性管，被转移到下一个小组的机器上。
在小学年龄组的装置中，我们只能看到一点点物理现象。 正如之前说的，小学距离物理被列为正式一门学科之前还有两个阶段，这极大降低了作品的复杂性。所有结构都是基于重力定律（例如斜面），以及用于重力升降机和平衡结构的简单机械滑轮。 然而，学生们制造了一个美丽的的装饰，球的入口和出口也设计的非常精准。多彩的聚氨酯泡沫创造了一幅洞穴的场景和泰迪蝙蝠标本。总之，从这个装置中我们不仅可以学习简单的物理，还可以熟悉自然环境。
初中组：相比于小学，初中组更多的呈现出了一些基本的物理现象。一开始，金属球从上一台机器到达漏斗处，这样得以闭合漏斗下方的电路。 这个时候，电路控制的电风扇开始转动，推动水面上的小船前进，在水槽的尽头，船推着一块放在跷跷板上的多米诺骨牌，导致后面的多米诺骨牌一个个接着倒下。 在最后一块砖上，有一个金属块拉动一根绳子和一个三角板，从这个装置的顶部释放出另一个球。 球自由落进管道，断开了与电磁铁相连的电路，另一个球因为缺少了电磁铁的吸引落在了斜面上。在这个装置的底部（在斜面下），球推动杠杆，释放出一个充满氦气的气球。上升的气球拉动另一个触发器，最后一个球落入下一个装置。
通过这个装置，学生们为我们展现了一些在初中科学中所涉及的现象，整个装置从自由落体和电路开始，然后展现了船在水面上运动，并且很好的呈现出来了帆的作用，最后，为我们展现了翘板上的平衡：当第一块多米诺骨牌倒下时，后面的也会接连倒下。然后，通过配有重物的滑轮拉动绳索（代表简单机器的使用），使球再次自由落进管道中。在下一步中，研究小组展示了他们对电磁学基本规则的理解，当电路断开时，电磁铁没有吸引金属球，而是将其掉进管道和倾斜的地方。 最后一步是释放一个充满氦气的气球，这是一种比空气轻得多的气体。气球的上升可以用简单的热力学和空气动力学来解释。
在初中这一阶段上经过三年的物理教育，学生了解了力学、动力学、热力学、重力、电学、电磁学、静力学和其他类似领域的基础知识。 因此，他们可以将自己的知识结合起来，制造出一台原创又有趣的机器，它运用各种基本物理现象。然而，将这些不同的机制结合起来对刚刚开始物理教育的学生来说是一个巨大的挑战。
高中组：高中生准备的作品（图5）被称为“Elektroroller”，它提供了大量利用了丰富的物理现象和机制。 图3描述了这个装置最有趣的部分。 第一个值得注意的地方是重力电梯。 到达该装置后，金属球穿过塑料管，落在电梯上，并触发配重。 在这里我们可以看到简单的机器的使用，悬挂在滑轮上的平衡物可以把球提起，改变它的势能，从而改变重力。 经过电梯升高后，钢球落入塑料管中，推动放在钢球末端的杠杆。 杠杆把另一个球推向装置的下一部分。 利用这些机制，学生们展示了一个运动的钢球可以将动量传递到杠杆上，从而进一步移动另一个球。 简单机器组的另一个体现是一系列斜面。 抬起钢球后，钢球落入塑料管中，推动放在钢球末端的杠杆。杠杆把另一个球推向装置的下一部分。利用这些机制，一个运动的球可以将动量传递给杠杆，从而使另一个球通过杠杆进一步移动，学生们很好的展示了这一切。 一系列倾斜平面同样构成了简单机器组。学生们展示了斜面的基本功能。
附：外文原文（原文可直接复印附后）
To cite this article:
Chain Experiment competition inspires learning of physics
Daniel Dziob,Urszula Goacute;rska,Tomasz Kołodziej
Abstract
The Chain Experiment is an annual competition which originated in Sloveniain 2005 and later expanded to Poland in 2013. For the purpose of the event,each participating team designs and builds a contraption that transports a smallsteel ball from one end to the other. At the same time the constructed machineneeds to use a number of interesting phenomena and physics laws. In thecompetitionrsquo;s finale, all contraptions are connected to each other to form along chain transporting steel balls. In brief, they are all evaluated for qualitiesuch as: creativity and advance in theoretical background, as well as thereliability of the constructed machine to work without human help. In thisarticle, we present the contraptions developed by students taking part in thecompetition in order to demonstrate the advance in theoretical basis togetherwith creativity in design and outstanding engineering skills of its participants.Furthermore, we situate the Chain Experiment in the context of other groupcompetitions, at the same time demonstrating that—besides activatingnumerous group work skills—it also improves the ability to think criticallyand present onersquo;s knowledge to a broader audience. We discussed it in thcontext of problem based learning, gamification and collaborative testing.
The main aim of the Chain Experiment competition is to increase or arouse studentsrsquo;motivation to learn physics as well as to encourage them to broaden their knowledge on theirown. The realization of these goals starts when participating teams are working together onspecific problems e.g. on discovering what the real physics is behind the idea that they haveduring the design process. In this way, problem-based learning criteria are achieved and theform of the problem requires both theoretical knowledge and engineering skills. The grouptaken form of the Chain Experiment competition inspires cooperative learning within participating teams, and at the same time all buckled in the form of a game.
General description
The main task of the students involved in the Chain Experiment competition is to design andconstru
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