白天和黑夜

（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

• 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。

• 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

• 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。

• （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。

• 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……

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

• 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。