都江堰功能模型教学演示器的设计

温永银（福建省上杭一中，福建  上杭  364200）

摘要：都江堰在中学课本中出现的频率较高，它的伟大之处就是给人们带来幸福，避免了灾难。要使同学们深刻地了解都江堰，单凭课本中的文字和图片是不够的，只有将都江堰的四大功能：分水、灌溉、排沙、泄洪，通过本教学演示器进行直观展示，才能使同学们更进一步了解都江堰对我们人类的生存发展是十分重要的。

关键词：都江堰、功能模型、演示器

一、确立课题

二千多年来都江堰一直在为人类服务。中学课本中：语文、政治、历史、地理、通用技术等都从不同角度阐述了李冰父子率众建造都江堰的伟大工程。其中：高二语文课本必修二课文《都江堰》，作者余秋雨称赞为中国历史上最激动人心的工程，具有不可估量的经济价值；高中《通用技术》必修一（苏教版），第一章“走进技术世界”中的案例分析之一，《都江堰—“活”的水利博物馆》，课文称赞:这项史无前例的水利工程，创造了人与自然和谐共存的长久形式，把成都平原变为“水旱从人，不知饥馑，时无荒年”沃野千里的“天府之国”。由此可见，都江堰在漫长的人类历史长河中在各个方面都起了十分重大的作用。然而光课本的文字和图片中无法体现都江堰的各种功能和作用，目前中学生到过都江堰参观的又寥寥无几。如果设计一个《都江堰功能模型教学演示器》进行教学辅助，使同学们更加直观理解都江堰的功能作用，就是该课题的重要目的。

二、查新发现

在制作模型之前，我们对现有的模型进行对比，分析现有模型存在的不足之处，从而提出新设计模型的最佳方案。通过查新，发现都江堰现有如下模型：

1．都江堰古水利工程模型（图1）

制造：上海嘉育设备有限公司。

产品介绍：始建于战国时代的都江堰水利工程，距今已有2250年之久。它具有防洪、排污、航运多功能的综合水利工程。该工程采用“分流导江、筑堰引水”的科学方法，它能体现的“顺势利导”的治水思想，“深淘难、低做堰”的治水经验，以及内外江轮流岁修理工的办法让岷江水利资源充分得到利用，千年不废。使这一伟大工程经受两千年实践的考验长盛不衰。“都江堰是人类创造的光辉奇迹，是人类历史文化的伟大遗产”，一九八二年国务院将都江堰列为我国重点文物区，国家首批爱国主义教育基地。本模型依照有关资料和实地考察而设计。在教学中可以让学生面对模型演示，更透彻的理解古人治水的风貌。

2. 都江堰现代水利工程教学模型

制造：江苏育龙科教设备有限公司（图2）

3．都江堰展示模型

这是陈列在都江堰文化馆的展示模型（如图3）

4．都江堰灌区电动模型（如图4）

讲解员介绍电动灌区功能：都江堰建成后，成都平原沃野千里，称为“陆海”、“水旱从人，不知饥馑，时无荒年，谓之天府”。使得四川的经济文化有了很大发展，人民受益不浅。单农业用水就灌溉了40多个县，一千多万亩良田。这项工程直到今天还起着巨大的作用。

综上所述：我们通过查新归纳目前都江堰模型主要有四种：模型1是都江堰古水利工程模型；模型2是都江堰现代水利工程模型；模型3是都江堰展示模型，供旅游参观；模型4电动灌区模型，仅演示了都江堰的灌溉情况。它们分别为三个静态模型和一个动态模型，主要体现在都江堰工程的建造和悠久的文化历史上，四种模型无法仿真演示都江堰的四大功能：1、分水，2、灌溉，3、排沙，4、泄洪。设想只有在不动的模型上实现可动性，才能演示都江堰的各项功能。

三、模型制作

根据上述的设计理念和比对研究，本模型制作按照一定的比例形状来制作都江堰的功能模型。在此模型上，将金刚堤做成左右活动可调，便于调节内江、外江的水量（分水）；将飞沙堰做成自动闸门，平时水量自动闸门关，洪水时自动闸门开（泄洪）；将宝瓶口入口处做成V型河床底，把流入成都平原的泥沙用分流管导出（再次排沙）；然后将抽水机出水口固定在金刚堤的上游模拟岷江江水。制作的材料主要由木板、有机玻璃和水泥小型抽水机等，并将都江堰风光及古建筑加以标识装饰。

四、模型使用说明

1．金刚堤鱼嘴分水：调节抽水机开关分别二次大小放水，模拟岷江丰水季和枯水季，然后收集内江水量验证枯水季60%和丰水季40%（依据李冰发明）；可左右移动金刚堤按需分水灌溉（本模型创新）。

2．二次排沙：利用弯道环流原理，水流流过弯型河道时，通过冲刷有这样的现象，上层水流入内江，下层水流入外江，泥沙是下层水被抛出外江。第一次排沙是在鱼嘴前，第二次排沙是在飞沙堰。在抽水机出水口处放入一定量的沙子，然后在外江收集沙量，验证排沙量80%左右（李冰发明）。

3．自动泄洪：调节抽水机开关，水量由小到大，飞沙堰闸门自动开启—泄洪；调节抽水机开关，水量由大到小，飞沙堰闸门自动关闭—恢复（本模型创新）。

4．再次排沙：第三次排沙，还有20%左右的泥沙，通过宝瓶口V型河床底导流引出（本模型创新）

五、模型实物演示

（一）都江堰功能模型教学演示器实物

1、抽水机出水口，2、岷江，3、凸岸，4、凹岸，5、金刚堤，6、内江，7、外江，8、宝瓶口，9、泄洪闸门，10、V型河床底。

（二）枯水期水量内江6份外江4份

将抽水机出水口调小，模拟岷江枯水季，通过鱼嘴分水，明显内江水量大于外江水量。

（三）丰水期水量内江4份外江6份

将抽水机出水口调大，模拟岷江丰水季，通过鱼嘴分水，明显外江水量大于内江水量。

（四）可以演示：分水、灌溉、泄洪、排沙功能

1．第一次排沙

在抽水机出水口处散落颗粒，通过弯道、鱼嘴后颗粒流入内江的少，流入外江的多。

2．第二次排沙

依据李冰制作的飞沙堰，堰堤低于水面，它有二个好处，第一个好处保障了宝瓶口的水位，第二个好处进入内江的颗粒又通过弯道飞过飞沙堰，实现了第二次排沙。现在的飞沙堰通过改良，安装了电动闸门便于操控。而本演示器使用弹簧闸门，调节弹簧的松紧实现自动泄洪（本模型创新）。

3． 第三次排沙

根据有关资料统计，二次弯道原理，可以把80%的泥沙排出外江，仍然还有20%成千上百万吨的泥沙流入成都平原，影响灌溉、生活用水。能否在宝瓶口处制作一个V型河床底，把流入的泥沙排除。

4．从宝瓶口收集到的河沙，这样流入成都平原的水就非常干净了。

六、总结

1．用《都江堰功能模型教学演示器》在教学中演示，使学生懂得了古人治水的效果（疏通河道），及都江堰治水的原理（弯道排沙和鱼嘴分水），体现了我们祖先治水的智慧。

2．《都江堰功能模型教学演示器》可以演示都江堰的所有功能以及部分古建筑标识，使同学们不去实地都能了解都江。，四大功能分水、灌溉、排沙、泄洪的演示，在教学中达到了直观明了的效果，可以在同学们的脑海中记忆犹新。

3．本演示器在高中通用技术教学中可以作为学生设计制作的一个案例来进行创新教学。由此引领同学们发现问题、选择课题、设计分析、方案筛选、制作模型、测试优化及评估，达到理论与实践相结合的素质教育的目的。

4．本演示器能够启发引领同学们进行科技创新，目前都江堰还有哪些不够完善的地方，例如人工控制的电动闸门能否实现自动控制，当水位达到一定高度，自动泄洪；又如用什么方法才能把流入成都平原的泥沙排除干净。通过查新别人的都江堰模型有哪些功能作用，与我们制作的模型对比，只要我们的模型优于或超过目前的模型，那么我们就是创新。然后申报一年一度的青少年科技创新大赛活动。

5．本演示器在教学中演示，可以激发同学们学习通用技术课程的积极性，使同学们感受到通用技术是看得见、摸得着、有实用、手脑并用的一门课程，同时也为同学们的探究学习、技术设计起到良师益友的帮助。