应对恶劣天气

（注意：本课程包含 A 和 B 两个部分，它们对于完全达到教学标准都至关重要。如果时间有限，请根据学生的需要从这两部分中选取一些内容进行讲解。）

本课程的主要学习内容是用模型来支持他们的论述，即他们宠物屋的设计能够解决某个特定的问题。学生将从图片示例中获取灵感，设计并搭建一个宠物屋。鼓励他们设计并搭建一个富有创意的宠物屋。

• 科学背景 - 应对恶劣天气：面对不同类型的气候灾害，可以通过多种方式来缓解建筑物所受的冲击：
  • 风速、风向和形状都会影响建筑的稳定性。稳固的连接有助于建筑物抵御大风，另外一种行之有效的方法是将建筑物建在某些物体（例如，一排树）的后面，从而起到改变风向的作用。
  • 积雪会对屋顶施加很大的压力，一旦分布不均，很可能就会导致屋顶坍塌。增加支撑物能够提高抗压性；倾斜的表面有助于积雪滑落。
  • 应对洪水灾害的方式包括：将建筑建在更高的位置、选用耐水材料，以及让地面保持一定的坡度从而避免积水。
  • 雷暴有时会伴随闪电，这可能会导致建筑物直接受损，或者被击倒的树木砸中而间接受损。
• 前期知识铺垫 - 应对恶劣天气: 利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
  • 气候灾害包括大风、洪灾、闪电或雪灾。
  • 建筑物正确的建造位置和方式能够削弱风暴的破坏力。
  • 论述是针对某个问题提出一种解决方案，可以通过用证据和理由进行论证来为其提供支撑，阐述这个解决方案为什么能够将问题解决。证据可以是理由、事实和逻辑因果关系（暴雨会导致洪灾；闪电会导致火灾）。
  • 关键词汇: 灾害、论述、证据
• 搭建和编程提示: 请查看学习单元中的建议。针对本课程的建议：
  • 利用 SPIKE App 应用程序“开始”菜单中的“陀螺仪传感器”和“灯”教程强化教学效果。
  • 利用 SPIKE App 应用程序“帮助”>“词语模块”菜单中的“传感器模块”、“声音模块”和“灯模块”部分为以下教学内容提供更多支持：对陀螺仪传感器、矩阵灯和声音选项灵活运用和编程，从而模拟出各种风暴条件。
  • 关于倾斜传感器的使用说明，可参考悬停的直升飞机课程中的内容。

A 部分（45 分钟

介绍故事的主人公和第一项挑战：丹尼尔得知，宠物屋经受不住强风暴的冲击。快来帮他设计一个宠物屋，确保动物在遇到风暴时能够安然无恙。

• 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论，期间可根据需要使用故事图片。

  • 诸如风暴之类的恶劣天气会造成哪些灾害？（洪水、暴雪、大风、闪电、龙卷风）
  • 哪些设计能够帮助建筑物更好地抵御这些灾害？（可能的答案包括：用耐水材料将建筑物垫高到洪水高度以上；建造足够坚固的屋顶，使它能够承受大雪的重压，同时使用倾斜式屋顶，让积雪能够及时滑落，避免容易被吹翻的大面积平面设计；利用植物来转移风向；安装避雷针；以及建造防风地窖以抵御龙卷风。）
  • 选择一种风暴灾害，然后设计并搭建一个能够抵御这种灾害的宠物屋模型。

• 给每个小组分发一套 SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在学生搭建或编程的过程中，可以通过分享下面的示例来给他们提供协助。提醒他们，宠物屋要带有一片用电机控制的防风林。学生的模型应能够展现出所选风暴灾害的破坏性，以及他们的设计方案对这种破坏的抵御作用。

• 让学生：

  • 开始为丹尼尔搭建宠物屋，并通过编程使它具备一项抵御所选风暴灾害的功能，必要时，可以查看提供的基础模型和程序，从中获取搭建和编程灵感。

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论如何通过为风暴和模型编程，让宠物在遇到风暴时能够安然无恙，例如，如何用矩阵灯和雷暴音效来模拟雷电，用倾斜传感器来检测房屋是否倾翻，或者如何仿照示例添加一个用电机控制的防风林。

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。 

• 让每个小组用他们搭建中的模型进行演示并解释：

  • 他们的设计能够解决哪些风暴灾害问题（需要提供证据）。
  • 他们的设计是如何抵御灾害的（需要提供证据）。
  • 他们以当前的设计作为问题解决方案的理由（证据）。
  • 他们的程序做了什么工作。

• 引导学生分享进行中的工作，并鼓励他们从彼此的分享中获取灵感。

• 让学生保留部分完成的模型，以便在 B 部分继续使用，他们将以此为基础继续进行搭建、编程和解释。或者，给他们一些时间重新进行搭建。

B 部分（45 分钟

• 重复“A 部分 — 解释”中的步骤，促使学生在继续搭建模型和编程的过程中进行分享、开展头脑风暴和获取灵感。

• 让学生：

  • （10 分钟）继续搭建和编程，加入从“解释”部分的分享活动中获取的灵感。例如，可以让他们通过添加更多的传感器并编写相应的程序来改进设计。
  • （10 分钟）用完成的模型来论述他们的设计方案对宠物的保护作用，可以对他们此前在搭建过程中阐述的证据和理由进行补充或澄清。

• （5 分钟）鼓励学生分享：

  • 帮助他们完成挑战的知识、想法或技能。
  • 在搭建过程中获得的知识、想法或技能。

• 让学生整理套装和工作区。

• 在学生构思、搭建和编程的过程中，利用引导性问题促使他们进行思考和做出决策。

教师观察清单

• 查看学习目标（_教师支持_部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们的模型具备一项能够抵御特定气候灾害的功能。
  • 他们能够论述他们的设计是如何帮助宠物抵御灾害的。
  • 他们能够用证据来支持他们的论述，证明灾害会导致一些问题（例如，冬季风暴会在宠物屋的屋顶上留下大量的积雪，当积雪足够重时，就会把屋顶压塌），以及他们的设计能够帮助宠物屋解决相关问题的原因（例如，倾斜式屋顶有助于积雪滑落，从而消除了屋顶被压塌的风险。）

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。

• 蓝色积木：我觉得自己能够按照说明创建程序。
• 黄色积木：我能够按照说明创建程序。
• 绿色积木：我能够按照说明创建程序，还能帮助同伴达到相同水平。

同伴反馈

让学生在各自小组内讨论他们的合作经验。
鼓励他们使用如下表达方式：

• 当你……我非常感兴趣
• 我想了解更多关于你如何……

可通过如下方式简化本节课：

• 将内容局限在一两种风暴灾害的解决上，例如基础模型/程序中的防风林。通过用“是/否”句询问结果来引导学生进行解释。
  可通过下列方式增加难度：
• 让学生设计一个能够抵御两种或更多种气候灾害的解决方案。

让学生研究，为了抵御气候灾害，当地的建筑物采用了哪些有针对性的设计。鼓励学生以自己擅长的方式（例如文字描述、口头讲述或视频展示）分享他们的研究成果。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。