白天和黑夜
出于安全考虑,苏菲想要照亮营地附近的小路。我们来帮她安装一盏路灯吧,让它能够在天黑时亮起来。
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。)
本课程的重要学习内容是通过绘制图表来展现特定月份明暗的时长。通过编程使得路灯在天黑时亮起、在天亮时关闭,这让学习过程以一种非常有趣的动手实践方式呈现了出来。鼓励学生从图片示例中获取灵感,或者发挥想象力,设计并搭建属于他们自己的可编程路灯。
可以给每个小组指定不同的月份进行编程。
科学背景 - 白天和黑夜:
- 本课程中的重要变量是黑暗程度而不是时间。
- 线形图或饼图将是非常适用的数据展示工具,学生能够 1)利用线形图显示一年中每个月的日照时长,或者 2)利用一系列饼图显示每个月白天时长和黑夜时长的比例。
- 学生可以取某个月白天/黑夜的平均分割点(例如每个月 15 号的数据),而不需要展示这个月每天的数据变化,或者一天中所有时间的数据变化。
- 帮助学生选出合适的图表类型。
前期知识铺垫 - 白天和黑夜:利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
- 太阳每天都会有规律地升起和落下。
- 随着月份和季节的变化,白天和黑夜的长短也会发生改变。
- 不同的数据都有最适合它们的展示方式,比如线形图和饼图。
- 关键词汇:日出、日落
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“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“控制模块”和“灯模块”部分提供更多支持。
- 关于矩阵灯的使用说明,可参考 随机选书大转盘课程中的内容。
材料:查找关于当地日照时间(每月日出/日落时间和每月平均总日照时间)的资讯,要与学生的理解力相匹配。可通过输入“每月白天的平均时长”+ 附近城市的名称进行搜索,并选用来自政府机构等可靠来源的信息。提供绘制图表的工具:绘图纸和铅笔/记号笔。必要时制作线形图或饼图模板,并回顾其使用方式。
A 部分(45 分钟
参与
(全班,5 分钟)
介绍故事的主人公和第一项挑战:出于安全考虑,苏菲想要照亮营地附近的小路。我们来帮她安装一盏路灯吧,让它能够在天黑时亮起来。
思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论:
- 昨天的日出和日落时间大概是几点?这个月大约有多少小时的日照时间?(答案不尽相同。学生应该能够估算出当前月份的白天时长和大致的日出/日落时间。)
- 哪个季节白天最短,哪个季节白天最长?(在北半球,冬季白天最短,夏季白天最长。)
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,40 分钟)
- 在学生搭建和编程的过程中,可以通过分享下面的示例来给他们提供协助。告诉学生,图片中展示了一种解决方案,他们需要根据此方案发挥创造力,搭建可编程路灯。
- 让学生:
- 用基础模型为苏菲的营地搭建一盏路灯,使它能够在天黑时照亮小路,然后确定出需要让路灯亮多长时间。(可以让学生在本节课后面的活动中对营地模型进行扩建。)
- 根据提供的数据:1)利用线形图或一系列饼图展示当地每个月白天和/或黑夜的平均时长; 2)确定出指定月份黑夜(处于黑暗状态)的时长。更多数据相关信息,请参见“课前准备”部分。
- 利用指定月份的图表数据 对路灯进行编程,使它能够在天黑时照亮小路。
- 鼓励学生开展头脑风暴,讨论可以通过哪些方式对路灯进行编程,**例如,用路灯亮一秒钟来代表黑夜中的一小时。这样,他们不用等待一晚上就能观察到整个“夜晚”了。 **
- 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任务。
创意示例
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任务。
B 部分(45 分钟
解释
(全班,20 分钟)
将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。
让每个小组用他们制作好的模型和图表进行演示并解释:
- 他们是如何搭建营地路灯模型的。
- 他们是如何用图表来展现数据的,以及他们发现了哪些模式。
- 指定月份中处于白天和黑夜(处于黑暗状态)的时间分别有多少小时。
拓展
(全班,20 分钟)
(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:增加一条小路和一些树木,扩建苏菲的营地。然后测试模型和程序,确保路灯能够在天黑时照亮小路。通过修改模型和程序提升路灯的性能,然后再次进行测试。
如果时间允许,让学生进一步扩建营地模型,为它增加更多细节(例如,帐篷或植物),或者添加一个颜色传感器,让苏菲能够对路灯进行控制。
(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。
- 他们在制作图表、搭建和编程过程中获得的知识、想法或技能。
让学生整理套装和工作区。
评估
(全班,5 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:
- 他们能够解释如何利用提供的数据展现每月白天和黑夜(处于黑暗状态)时长的变化模式。
- 他们的图表能够准确而清晰地呈现数据。
- 他们的营地路灯模型能够根据指定月份的黑夜(处于黑暗状态)时长打开和关闭适当的时间。
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:
- 支持学生使用纸质材料或其它适当的图表模板和工具。
可通过下列方式增加难度:
- 让学生用“广播消息并等待”和“当接收到消息时”模块编写程序,实现根据指定的月份控制路灯亮起的时间。
- 程序示例
拓展
- 让学生绘制另一张图表,用它来展现另一座(更靠近赤道或更靠近两极的)城市白天和黑夜的时长,然后将这座城市的数据与提供的本地数据进行比较。
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:
- 利用提供的数据找出某地每个月白天时长的模式。
- 利用图表呈现数据。
- 搭建一个能够在晚上亮起、白天关闭的营地路灯模型。
(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
- 请参阅课前准备 - 材料
《义务教育科学课程标准(2022年版)》 5-6年级
- 9.2-1 知道地球的自转轴、自转周期、自转方向,理解昼夜交替和天体东升西落等自然现象与地球的自转有关。
- 9.3-3 测量正午时物体的影长,说明不同季节正午影长的变化情况。
- 13.3-4 利用工具制作简单的实物模型,根据实际反馈结果进行改进并展示。(工程教育标准)
《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》5-6年级
- 4.2.1-1通过体验和认识身边的过程与控制,了解过程与控制可以抽象为包括输入、计算、输出三个典型环节的系统。
《义务教育语文课程标准(2022年版)》5-6年级
- 3.3.4-3初步了解查找资料、运用资料的基本方法。利用图书馆、网络等渠道获取资料,解决与学习和生活相关的问题。尝试写简单的研究报告。
拓展学习:《义务教育数学课程标准(2022年版)》5-6年级
- 4.1-1 根据实际问题需要,经历数据收集、整理和分析的过程,能合理述说数据分析的结论。