体操运动员

• 查看在线学生学习材料。上课期间可使用投影仪与学生分享此材料。
• 考虑提前搭建体操运动员模型，以帮助搭建有困难的学生。
• 请确保在前面的课程中已介绍过相关概念（即牛顿三大运动定律）。
• 请考虑所有学生的能力水平和背景。进行分层化教学，让每个学生都可以参与其中。有关建议，请参阅下面的分层教学部分。

• 请在此处观看学生学习视频，也可通过在线学习材料获得视频链接。

• 围绕促使体操运动员在单杠上摆动的力展开一次快速讨论。
• 可以提出如下问题：
  • 使体操运动员移动需要哪种力？（体操运动员利用肌肉的推力和拉力来产生向前的动力，从而克服下拉他们的重力）。
  • 是什么使体操运动员保持运动？（牛顿第一定律指出，运动中的物体将一直保持运动状态，直到受到外力作用。当他们的肌肉停止推动后，体操运动员的手和单杠之间摩擦力、空气阻力及重力的下拉作用会最终使其停止在单杠底部。）
• 告诉学生他们将搭建一辆由体操运动员驱动的汽车。
• 向每组分发一套套装。

• 让学生两人一组合作搭建体操运动员模型。告诉他们轮流进行搭建，一位寻找积木，另一位进行搭建，每个步骤完成后交换角色。
• 搭建此模型仅需 15-20 分钟。模型搭建完成后，让学生寻找一个开阔的空间，尝试自己的模型。
• 可从下面的提示部分找到搭建方面的帮助。
• 接下来，要求他们进行学生学习材料中的 3 个实验。

实验 1：

• 让学生使用胶带标记一条线，然后在棘轮蜗杆折叠状态下摆动体操运动员，并观察发生了什么。

实验 2：

• 接着，让他们探索如何借助棘轮蜗杆使车向前移动。
• 要求学生翻转汽车前部的棘轮蜗杆。
• 让他们把模型放在起跑线上，将体操运动员拉回 90 度，然后松开。
• 告诉他们使用乐高^®积木来标记汽车所行驶的距离，并在学习单上记录所测量的距离 (教师支持 - 附加资源)。
• 现在让他们预测，如果把体操运动员往回拉得尽可能远（即约 160 度），汽车将行驶多远。告诉他们放置另一块积木来标记预测距离 (p)。
• 让他们测试自己的预测是否正确，并在学习单上记录实际行驶距离 (a) (教师支持
• 附加资源)。

实验 3：

• 让学生将两个棘轮蜗杆折叠起来。说明如果将汽车倚靠在他们的手上，然后释放体操运动员，他们会观察到什么。

• 召集学生一起分享他们在各自小组中观察到的内容。  
• 可以提出如下问题：
  • 为什么汽车在两个棘轮蜗杆折叠时会来回移动？（由于合力为零，所以它前后移动。）
  • 哪些力在起作用？（重力对体操运动员具有下拉作用。摆动的力量被固定在顶部支点上，而车轮/轴上的摩擦力很小，因此当体操运动员摆动时，汽车会前后小幅移动。向前运动与向后运动几乎相当，因此汽车实际上只会停留在原地。）
  • 你从汽车的运动中观察到了什么规律？（在体操运动员每次摆动之间，汽车的移动速度会减慢。）
  • 为什么在每次摆动之间汽车的行驶距离会减少？（由于车轮和车轴上的摩擦力及空气阻力，摆动会慢慢失去动力，因此当摆动停在最低点时，汽车也会随之停止）。
  • 更大幅度的摆动对行驶距离有什么影响？（更大的摆动能够产生更多的动量，使汽车跑得更远。）
  • 在不使用棘轮蜗杆且用手抵住汽车的情况下，当释放体操运动员时，你观察到了什么？（当汽车推离并挤压你的手时，可以感觉到相等 的反作用力）
  • 如果学生在回答问题时碰到困难，请通过提出下列问题给予提示：
    • 你推它了吗？
    • 那它是如何移动的？

• 如果时间允许，可鼓励学生探索如何让汽车向后移动。
• 为学生留出一些时间拆解模型，将积木分类放回托盘，并清理工作台。

• 为每位学生的课堂表现提供反馈。
• 让学生进行自我评估。
• 可借助所提供的评价量表来简化此环节。

观察检查清单 

• 评估学生描述以下内容的熟练程度：物体的质量与作用于物体的力如何改变物体运动状态。
• 可根据教学需要设定评估等级，例如： 
  1. 需要额外支持
  2. 能够独立工作
  3. 能够教别人

自我评估 

• 让每位学生选择一块最能代表自己当前水平的积木： 
  • 绿色：借助一些帮助，能够描述力和质量如何改变物体的运动状态。 
  • 蓝色： 知道自己能够描述力和质量是如何改变物体运动状态的。
  • 紫色：能够描述并解释力和质量是如何改变物体运动状态的。

同伴反馈

• 鼓励学生通过下列方式评估他们的同伴：
  • 使用上述积木标准进行相互评分
  • 表达他们的观点并给予建设性反馈

搭建要诀

• 学生在搭建体操运动员手臂时很容易出错（即他们把手臂向后搭建）。如果发生这种情况，向他们展示已完成的模型，并指出结构差异。
• 提醒学生，计算梁和板上孔的数量有助于他们正确放置积木。

可通过如下方式简化本节课：

• 让学生只做实验 1 和 3，跳过棘轮实验

可通过下列方式增加难度：

• 让学生自己想办法使汽车向后移动，然后重复实验 2（他们必须把前棘轮蜗杆折叠，并将后棘轮蜗杆降至齿轮。）
• 让学生重新设计模型，以使汽车跑得更远，同时仍然使用与体操运动员质量相同的积木重量

（注意：这将需要额外的时间。）
为了培养学生的数学技能，可让他们在使用其中一个棘轮蜗杆的情况下，实验以五种不同的角度拉回体操运动员。让他们记录每种角度下所行驶的距离。如想添加额外的挑战，可让他们在 x-y 轴上绘制体操运动员下落高度与汽车移动距离的关系图。让他们解释图形的形状及原因。

CCSS.MATH.CONTENT.6.SP.B.4

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