重力

（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。）

在本课程中，学生将从图片示例中获取灵感，搭建一只平衡力超群的小鸟。鼓励他们发挥创造力，设计并搭建一只平衡力超群的小鸟。

• 科学背景 - 重力：
  • 重心是物体的重量平衡点。重心低有助于物体保持稳定。
  • 当小鸟模型发生倾斜时，重量平衡点变高，因此稳定性会变差。
  • 向下的重力总是能够将小鸟拉回来，所以需要保持尽可能低的重心。
  • 无论小鸟如何倾斜，其自身受到的重力都会将它径直拉向地球的中心。
• 前期知识铺垫 - 重力：利用常备科学材料以及提供的背景知识、共享信息、图片和定义。
  • 力是施加在特定方向上的推力或拉力。
  • 重力是一种来自地球的牵引力，能够将物体拉向地球的中心。
  • 支撑关于某种自然现象的观点或陈述（例如，地球对物体施加向下的重力）的论据。可以是理由之类的证据、事实之类的数据和/或展示观察结果的模型。
  • 关键词汇：力、重力
• 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”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“声音模块”部分提供更多支持。查看“传感器模块>是否倾斜？”部分，获取有关此传感器的指导信息，需要满足的要求是当基础模型静止时，智能集线器必须处于水平位置。
  • 关于“事件模块”的使用方法，可参考高科技游乐场课程中的内容。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：帮助丹尼尔搭建一个平衡力超群的小鸟模型。

• 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论：

  • 如果把一个物体举到空中，然后松开，会发生什么？为什么？（物体会落到地上，因为重力会将它向下拉。）
  • 如果把秋千或钟摆向后拉，然后松开，会发生什么？为什么？（秋千会返回最低点，因为重力会将它向下拉。）

• 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，设计并搭建一只平衡力超群的小鸟。

• 让学生：

  • 用基础模型为丹尼尔搭建一个平衡力超群的小鸟模型，演示在向下的重力的作用下，无论小鸟如何倾斜，最终都能回到最初的直立位置。
  • 用内置陀螺仪传感器、“事件模块”和“声音模块”对模型进行编程，使它能够在向右倾斜、向左倾斜和直立时发出不同的鸣叫声。

• 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，从而让小鸟模型能够在倾斜后返回到最初的直立位置。必要时可以向学生演示如何将基础模型的智能集线器悬挂在一个支点（例如连接器或轴）上，使它能够在倾斜和释放后返回到最初的直立位置。学生可以对基础模型进行修改，但前提是智能集线器必须始终悬挂在一个支点上。

• 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进行演示并解释：

  • 小鸟承受的重力方向（“朝向地面”）
  • 当模型倾斜时，重力如何使其恢复到初始位置。
  • 程序是如何用声音来指示小鸟所在的不同位置的。

• 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）分享并构建背景知识，帮助学生更好地进行拓展。
• 让学生将小鸟旋转 160 度（接近于倒立），然后松开。
• 必要时可以再次提醒学生观察的重点：
  • 要想让小鸟模型达到预期效果，智能集线器的位置必须要高于支点，因为这时它才能够在自然规律的作用下返回最稳定的位置，即悬挂在支点的下方。由于重力会将智能集线器向下拉回，因此如果支点上方的质量很重，将无法保持稳定。
• （10 分钟）让学生反复测试和修改模型，完成 App 应用程序中的下一项挑战：
  • 搭建一个平衡力超群的小鸟模型，使其在不使用智能集线器的情况下仍能够保持直立，即使发生倾斜也能够返回到初始位置。（提示：小鸟模型支点下方部分的重量要大于支点上方部分的重量。）
  • 展示小鸟模型的底部比顶部更重，并利用重力原理解释这种情况的正确性。（如果小鸟模型的顶部比底部更重，那么重力会将质量较重的顶部向下拉，这样模型就会翻转过来。）
• （15 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）。
• 他们能够为“地球对物体施加向下的重力”这一论点提供佐证。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们的模型包含一只能够自动返回直立位置的小鸟。
  • A 部分：他们在解释时能够指出，重力会对模型施加向下的作用力。质量较重的智能集线器在重力的作用下处于低位，让质量较轻的小鸟保持在高位。
  • B 部分：他们在解释时能够指出，为了让小鸟能够保持在直立位置，新模型的下半部分要比上半部分更重。“拓展”部分搭建的小鸟和“解释”部分搭建的小鸟有着显著的不同：它的支点下方没有较重的智能集线器来帮助它保持直立。

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：

• 在第一项挑战结束后停止：搭建一个下半部分带智能集线器的平衡力超群的小鸟模型。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：

• 扩展“A 部分 — 探究”中的挑战：让学生搭建不同于小鸟的另一种动物（比如松鼠或猴子）并对它进行编程，这次可以继续使用 A 部分用到的智能集线器，以便模型能够在倾斜时自动返回初始位置。

• 提供介绍各类防倾倒产品（例如赛车和婴儿水杯）的学习材料。让学生研究其中一个例子，然后制作一个书面分享文件，比如，可以为某个产品的视频广告写一段广告词。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。