计步器
探索匀速运动中的动能。
参与
(课前,20 分钟)
——本节课探讨人以匀速行走时的动能。学生将从统计自己所走的步数开始。他们将使用该值来计算这种运动的移动距离、平均行走速度和平均动能。智能集线器内置加速度计,其可以检测沿 3 个轴(即上下、左右、前后)的移动。将智能集线器别在一个人的髋部上时,它会随着他们行走而移动,并记录加速度值。生成的图形显示加速度记录值的最大值和最小值。 这些最大值和最小值的精度将取决于学生行走时智能集线器的垂直位置。“步数”精度将取决于这些最大值和最小值的精度,以及程序中使用的校准值。
——利用各种教学材料,鼓励学生参与到学习动能的主题中。
发起一次讨论
通过提出与本节课相关的问题,展开一次讨论。以下是一些示例:
——如何测量你的行走速度?
——如何测量或计算运动物体的能量?
——是哪种类型的能量?
让学生写下自己的猜测。
探索
(课中,30 分钟)
——让学生搭建计步器,使其能够统计所行走的步数。他们既可以创建自己的模型,也可以根据 App 应用程序中的搭建手册搭建计步器模型。
——让学生使用建议的程序来试验自己的模型。
——让他们观察加速度随时间变化的图形,并描述什么是“步”。
解释
(课中,15 分钟)
——给学生一些时间调整他们的程序,提高模型性能。
——鼓励他们在实验过程中记录尽可能多的数据。
——让学生将数据导出为 CSV 文件,这样他们可以根据需要在其它软件中对其进行操作。
拓展
(课后,25 分钟)
——如果学生仍然可以使用 SPIKE™ Prime 科创套装,让他们完成 SPIKE App 应用程序中的任务,通过动手实践方式深入探究,例如:
——请学生说明他们行走时的动能,或将行走动能作为他们程序的一部分。他们可将扩充基座作为一个设备,进行编程,从而完成此任务。
——如果学生无法使用他们的套装,可以让他们完成“学生创意笔记本”,或向他们布置一项下面建议的扩展活动。大多数扩展活动可以通过动手实践期间收集的数据完成
——组织一次分享会,促进学生交流信息。可以使用最有效的方法/工具(即面对面或在线)进行。
评估
——对每位学生的课堂表现给予反馈。
——可借助所提供的评价标准来简化此环节。
评估环节
观察检查清单
可根据教学需要设定等级,例如:
——部分完成
——全部完成
——超额完成
请使用下列成功完成任务的标准来评估学生的进度:
——能够对设备进行编程,实现在线形图上记录数据。
——能够解释线形图中的值。
——能够解释动能与速度的关系。
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。
——蓝色:能够使用 App 应用程序中提供的程序将数据绘制成图形。
——黄色:能够创建自己的线形图并解释结果。
——紫色:能够独立创建新实验。
同伴互评
鼓励学生通过下列方式向同伴提供反馈:
——让一位学生根据上述彩色积木评价标准对另一位学生的表现进行评分。
——要求学生相互提供建设性反馈,提高他们在下一堂课中的表现。这是一个在混合式学习情境中使用视频会议工具或博客发布工具的好机会。
分层教学
可通过如下方式简化本节课:
——让学生仅使用智能集线器重新进行实验。只要智能集线器保持与地面垂直,所采集的数据应与统计的步数相关。
可通过如下方式提高学生的学习水平:
——要求学生搭建自己的计数器
——让学生用手机或平板电脑作为计步器重复实验,并比较两次实验的结果
——这将用到 App 应用程序,其可使设备的传感器数值可视化。
提示
搭建要诀
编程要诀
本课的设计是在通过 USB 或蓝牙连接智能集线器时开始动起来。连接后,智能集线器收集的数据将直接传输到设备,并可通过线形图进行实时跟踪。
主程序
解决方案程序
科学数据使用诀窍
下面示例展示了学生可从实验中获得的数据。
扩展
数学拓展
引入数学能力培养环节:
——让学生找出需要近似的实验元素。让他们记住,步长并不总是一致,计步器表现出的是有限的成功率(即它们在一定误差范围内精确)。
——让学生通过描述理想曲线如何展现步数,来设计理论实验。
注意:这将需要额外的时间。
语言艺术拓展
引入语言艺术能力培养环节:
——让学生研究智能手表或手机如何记录步数。让他们写一段简短的解释,说明计步技术的工作原理,包括误差百分比。
——让学生从人工智能的角度进行探索,模式识别如何帮助这些智能设备检测步数。
注意:这将需要额外的时间。
职业连接
喜欢这节课的学生可能会对以下相关职业产生兴趣:
——医疗服务
——工程与技术
教师支持
学生将会:
• 学习识别所行走的步数,如加速度与时间的关系图所示
• 在步行时,将步数转换为平均速度和平均动能
LEGO® Education SPIKE™ Prime 科创套装
安装了 LEGO® Education SPIKE™ App 应用程序的设备
义务教育数学课程标准(7-9年级)
结合具体情境体会一次函数的意义,能根据已知条件确定一次函数的表达式。能画出一次函数的图像。
义务教育语文课程标准(7-9年级)
写简单的说明性文章,做到明白清楚;
中小学综合实践活动课程指导纲要(信息技术,7-9年级)
知道人与计算机解决问题方法的异同,尝试编写、调试程序。
通过计算机程序获取传感器实时采集的信息,验证之前的假设,甚至发现新的规律。