防范自然灾害

（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。）

本课程的学习内容是比较多个为减少地震对建筑物及其使用者的影响而设计的不同抗震方式。因此，为了能够进行比较，全班必须搭建多个不同的解决方案。示例模型/程序中提供了一些可供选用的建筑物设计，以及用于测试的机器。引导学生从示例中获取灵感，然后设计并搭建一个富有创意的抗震建筑模型。

• 注意：需要让每组学生分别制作一座建筑物。然后让各组比较彼此的设计方案和搭建成果。帮助学生制定比较标准。

• 科学背景 - 地震: 地球的自然运动（例如地壳的突然滑动或火山喷发）可能引发地震。

• 前期知识铺垫 - 防范地震: 利用常备科学材料和视频（如有，则会显示在“材料”部分）、共享信息、图片和定义。

  • 地震是地球在自然运动过程中产生的一种地质灾害（此类灾害还包括：洪水、海啸和火山爆发）。在地震期间，地面会剧烈摇晃，导致建筑物损坏或倒塌，进而威胁人们的生命安全。
  • 人们可以通过多种方式减少地震的冲击（影响），例如设计抗震建筑。这些建筑物通过使用特殊的形状和材料来减少危险。它们还包含一些通过损毁自身来防止整个建筑物倒塌的构件，类似于汽车的翼子板 — 在事故发生时通过吸收激增的能量而扭弯，从而达到保护车内人员的目的。
  • 防范措施，比如安装危险紧急警报系统，同时提醒人们迅速前往安全地点。
  • 关键词汇: 地球运动、自然灾害、地震

• 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“电机”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“事件模块”和“电机模块”部分提供更多支持。

• 材料：查找关于地震强度测试的视频（搜索：抗震结构）。可以根据需要在搭建背景时分享这些内容。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：李欧得知有些地方会发生地震。为了确保人们的安全，快来帮他设计一些在地震中不会倒塌的建筑物吧。

• 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。

  • 哪些形状的建筑物最不容易受到地震的冲击？为什么？（三角形和金字塔形；它们非常稳固，摆动的幅度也最小。）
  • 哪些建筑材料能够很好地承受地震的震动力？为什么？（钢：非常坚固，即使弯曲也不会断裂。）
  • 哪些设计有助于减少建筑物在地震时所受的影响？（使用适当的材料/形状，例如钢 + 三角形；测试并改进设计以找到最佳解决方案。）

• 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。让他们提出一些关于抗震结构的建议。让每个小组分别设计和搭建一种抗震结构。

• 让学生：

  • 用基础模型搭建一座建筑物和一台用来模拟地震的振动机。用振动机测试建筑物的稳固性，看它是否会被震倒。
  • 对模型进行编程，让它能够以不同的电机速度振动建筑物。测试并记录建筑物在不同速度（振动力）下保持伫立的时间。提醒他们从低速开始测试，然后逐渐提高速度（25%、50%、75% 和 100%）。找出立刻会倾倒的建筑物。为什么？

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论可以用哪些方式来搭建乐高^®组件，让建筑物模型因为种种原因能够在测试期间做出不同的反应，可能的原因包括尺寸或形状不同（有的又高又窄，有的头重底宽），或者使用了即使弯曲也不会折断的弹性部件。探究通过提高电机速度来增大建筑物所受振动力的方法。

• 在活动进行到一半的时候，让学生按照他们习惯的方式交流想法，并利用在分享中获得的灵感进一步完善他们的模型。

创意示例

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。 

• 让每个小组用他们的模型和草图来演示和解释：

  • 他们设计的建筑物。（提醒他们在描述材料时，关注材料的尺寸、底部形状、结构或柔韧性等参数。）
  • 他们的测试结果。
  • 他们的建筑物设计方案成功或失败的原因。

• 让学生单独使用所提供的解释和测试结果，选出他们认为能够减少地震对人类影响的最佳设计方案。他们至少要比较两种设计来解释他们做出选择的原因。

• 鼓励学生分享他们为了改善模型性能都进行了哪些修改。

如果要继续学习“B 部分 — 解释”，请让学生保留搭建好的模型，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，让其他小组演示并解释他们的学习成果。

• （5 分钟）分享背景知识，帮助学生更好地进行拓展：美国的某些地区会在地震发生时通过 ShakeAlert^® 系统（一种地震预警系统）鸣响警笛，提醒人们发生了地震，他们很快就会感受到震动。

• （15分钟）让学生迭代并测试模型，完成 App 应用程序中的下一项挑战：

  • 改进他们的建筑物模型，并通过编程使它能够在地震来临时向人们发送警报。

• （10 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：
  • 他们能够搭建一座建筑物和一个地震模拟器模型，并通过编程同时用它们来测试建筑物的抗震性。
  • 他们能够利用标准来评估解决方案在减少地震对人类影响方面的效果。
  • 他们在解释时至少能够比较两种建筑物模型，从而得出哪种效果最好的结论。

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：

• 调整第一项挑战：让学生仅以一种振动速度测试他们的建筑物。设定一个时限（例如 5 秒或 10 秒），用它来判断建筑物是否属于“立刻”倒塌。

可通过下列方式增加难度：

• 扩展“拓展”部分的挑战：让学生修改“拓展”部分的模型，使它能够以其他方式在自然灾害发生时向人们发送危险预警。

• 提供有关古代日本、中国或罗马建筑师使用抗震材料抵御地震破坏的学习材料。（搜索古代中国/日本/罗马的抗震建筑）让学生研究其中一个例子，然后分享他们学到的重要概念和细节。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。