SPIKE 科创基础套装

应对恶劣天气

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也能够安然无恙。

45-90 分钟
中级
3-4 年级
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课前准备

(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

参与

(全班,10 分钟)

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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。

探究

(小组,25 分钟)

  • 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。

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SPIKE Essential Science Preparing for the Weather - zh-cn

解释

(全班,10 分钟)

  • 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

解释

(全班,10 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。

拓展

(全班,25 分钟)

  • 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。

评估

(全班,10 分钟)

  • 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……

分层教学

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。

拓展

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。

教师支持

学生将会:

  • 搭建一个能够抵御气候灾害的宠物屋模型。
  • 论述他们的设计能够帮助宠物抵御灾害、确保安全的方式和原因。
  • 使用相关证据来支持他们的论述,如灾害会导致一些问题,他们的设计为什么能够解决这些问题。

(每两名学生 1 套积木套装)

  • LEGO® Education SPIKE 科创基础套装
  • 安装了 LEGO Education SPIKE App 应用程序的设备

《义务教育科学课程标准(2022年版)》 3-4年级

  • 5.6-9列举动物依赖植物筑巢或作为庇护所的实例。
  • 12.3-4 初步说明一些技术产品涉及的科学概念或原理,尝试应用科学原理设计并制作简易装置。
  • 13.3-5 知道制作过程应遵循一定的顺序,制作简单的实物模型;尝试发现实物模型的不足,改进并展示。(工程教育标准)

《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》3-4年级

  • 3.3.2-1能根据需要选用合适的数字设备解决问题,并简单地说明理由。能基于对事物的理解,按照一定的规则表达与交流信息。体验信息存储和传输过程中所必需的编码及解码步骤。

《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级

  • 3.3.4-3 能提出学习和生活中的问题,有目的地搜集资料,共同讨论,尝试运用语文并结合其他学科知识解决问题。

拓展学习:《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级

  • 3.3.4-2结合语文学习,观察大自然,观察社会,积极思考,运用书面或口头方式,并可尝试用表格、图像、音频等多种媒介,呈现自己的观察与探究所得。

学生材料

学生学习单

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