防风设计

（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比较同一个问题的多种解决方案。每组学生都将设计并搭建一个解决方案，用它来减缓或消除风给（公园）的地貌带来的影响，然后通过全班集体活动对各组的解决方案进行比较。
本课程给出了一些启发性的建议。鼓励学生发挥想象力，设计并搭建属于自己的防风物或其它防风装置。强调说明，不存在唯一正确的模型。

• 科学背景 - 防风设计: 在本课程中，防风物模型可以包含不同的设计方案，比如几排树木或灌木丛、围墙等。防风物模型要能够经受得住风扇产生的风力。
• 前期知识铺垫 - 防风设计: 利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
  • 风会裹着颗粒冲击岩石和悬崖等地貌的表面，这种现象称为风化。这些地貌的表面在风化作用下会慢慢磨损，进而碎裂成更小的颗粒。
  • 风能够将地表土壤中较轻的颗粒（例如淤泥和沙子）吹走，这种现象称为风蚀。随着时间的推移，地表将只剩下较重的颗粒，变得更薄、更硬。
  • 为了减缓或消除风或水流的冲击给地貌带来的改变，人们想出了各种办法，包括用围墙、树木或灌木来充当防风物。在一些多风的地区，当地的农民会在地上种一些类似于草的植物，这样风就不会将土壤吹走了。
  • 关键词汇: 侵蚀、风蚀、风化（可选——颗粒、地貌）
• 搭建和编程提示: 考虑学习单元中的建议。针对本课程的建议：
  • 尝试学习神奇游乐园单元中的一节或多节课程，以培养学生必要的搭建和编程技能，并为完成本课程的挑战做好准备。
• 材料:
  • 查找与学生的理解力相匹配的关于风化和风蚀的资料（供“拓展”部分分享），以及一些手工材料（供学生在搭建模型时使用）。确定与学生分享这些内容的方式。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：丹尼尔、苏菲、李欧和玛利亚正在公园散步，这时，忽然刮起了大风。风吹走了很多土壤。公园里的动物不会有事吧？你能帮他们想一些办法来保护土壤吗？

• 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：

  • 如果公园里的土壤长期受到大风的侵袭，会发生什么情况？这会让地貌产生哪些变化？（土壤可能会被风吹走。长期的大风会吹走地表的土壤，让地表变得越来越硬，或者外形发生改变。）
  • 什么是风化？什么是风蚀？都是什么原因造成的？这会给公园里的动物带来什么问题？（可能的答案：风化是一种大片的地貌或岩石在水或风的长期冲击下逐渐碎裂成更小颗粒的过程。风蚀是一种地表中最轻的颗粒被风吹走或被水冲走的过程。风吹、海浪冲击、雨水冲刷和冰冻都会导致这两种情况的发生。这两种情况都会让地貌发生改变。风蚀会导致公园的土壤被吹走，从而破坏动物栖息和觅食的环境，让它们陷入困境。）
  • 可以通过哪些方式来保护公园的土壤免受风蚀？（可能的答案：设置防风物，例如种植成排的树木或灌木，以及/或者建造围墙。）

• 给每个小组分发一套 SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在活动进行的过程中，告诉学生，这节课是一个开放式项目，他们可以设计和搭建自己喜欢的任何模型。可以设计某种防风物。还可以从应对恶劣天气 课程的模型中获得灵感。学生还可以通过来回扇动套装盒的盖子来制造刮风的效果。强调说明，不存在唯一正确的模型。

• 让学生：

  • 设计一个解决方案，防止公园因为风而发生改变。画出他们的想法。
  • 让学生按照他们习惯的方式交流想法，分享他们认为模型应该具有的特征，并利用在分享中获得的灵感找出最佳设计，以进行反复测试和搭建。
  • 开始搭建和编程，制作一个能够帮助丹尼尔、苏菲、李欧和玛利亚保护公园的土壤免受大风侵袭的模型。

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论如何使用乐高^®组件来搭建防风物，例如，用绿色植物积木代表树木；用电机来控制防风林等。

• 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；

  • 他们选择哪些设计理念来进行搭建？为什么？
  • 他们的设计是如何保护公园免受风蚀的？（它应该具有挡风的作用。）
  • 在搭建或编程过程中经历了哪些成功或失败？
  • 他们做了哪些修改，从而让模型变得更有效？

• 让学生观察并记下他们认为最有效的设计，以及他们做出这种判断的依据。他们在本课程后面的活动中将会对这些设计进行比较。

• 让学生保留部分完成的模型，以便在 B 部分继续使用，或者给他们一些时间重新进行搭建。

B 部分（45 分钟

• 组织学生以某种熟悉的方式进行分享，例如“画廊漫步”（每对学生中，由一名同伴展示设计，另一名同伴沿环形路线逐一查看其他同学的设计。在活动进行到一半时，同伴之间互换角色，再次进行分享）。

  • 让学生判断每个设计是否能够减缓或防止土壤被风吹走，以此来评估它的有效性。（为了能够起到效果，设计应该具有挡风的作用。）

• 让学生：

  • （10 分钟）继续搭建他们保护土壤免受大风侵袭的解决方案模型，并对它进行编程。
  • （10 分钟）用完成的模型分享他们发现的各种能够保护公园的土壤免受大风侵袭的方法。
  • （10 分钟）根据他们在“解释”活动中所作的笔记和观察结果来评估所有模型，并根据每个模型是否具有保护土壤不被大风吹走的挡风效果，投出赞成或反对票。将投票数相加，确定出最佳解决方案。

• （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

• 查看主要目标（教师支持部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们的设计方案和草图能够展示各种能够减缓或消除风给地貌带来影响的解决方案。
  • 他们的模型和程序能够展现一种可以保护公园的土壤免受风蚀的设计方案（例如，防风林）。
  • 从他们的观察笔记和对班内多种设计方案的最终投票可以看出，他们能够认识到，防风物必须具有挡风效果，这样才能有效地保护土壤免受风蚀。

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：

• 指定设计方案，例如，建造围墙，或者种植成排的树木。

可通过下列方式增加难度：

• 向学生提出挑战，让他们设计更具体的参数值，例如增大的风速，或延长的吹风时间。哪个更加难以减缓或抵御？

• 提供有关水蚀如何改变地貌的学习材料。让学生查看一个例子，并口头讲述能够消除或减缓这一问题的解决方案。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。