SPIKE 科创基础套装

物质

玛丽亚注意到,她一打开窗户,纸张就被风吹得满屋子都是。为什么会这样呢?

45-90 分钟
中级
3-6 年级
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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。)

在本课程中,学生将从图片示例中获取灵感,搭建一台风扇。鼓励他们设计并搭建一台富有创意的风扇。

  • 科学背景 - 物质
    • 物质是指构成物体的基础要素。
    • 物质具有一定的质量,并以固体、液体或气体形式占据一定的空间。
  • 前期知识铺垫 - 物质:利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
    • 风是流动的空气。空气和所有物质一样,是由看不见的微观粒子组成。(请注意,学生不需要了解分子的概念,以及空气中气体的种类。)
    • 关键词汇:物质、空气、粒子
  • 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“传感器模块”部分提供更多支持。
  • 材料:按照下面的步骤制作纸塔:1)将每张复印纸纵向裁成三等份。2)将每等份的两个长边对折,形成支架的形状。3)确认纸张能够在无风条件下直立,在微风条件下倾倒(参见模板)。也可以让学生在课堂上按照自己的想法来制作纸塔。

A 部分(45 分钟

参与

(全班,10 分钟)

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  • 介绍故事的主人公和第一项挑战:玛丽亚注意到,她一打开窗户,纸张就被风吹得满屋子都是。为什么会这样呢?

  • 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论:

    • 什么是空气?它真的是里面什么都没有的空间吗?(不是的,空气是由小到看不见的粒子组成的。)
    • 你可以用日常生活中的哪些例子来证明,空气并不是里面什么都没有的空间?(例子可能会五花八门。学生可能会提到充气气球或轮胎、吸气和呼气、感受到风吹等。)
  • 给每个小组分发一套 LEGO® Education SPIKE 科创基础套装和一台设备。

探究

(小组,25 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,设计并搭建自己的风扇。

  • 让学生:

    • 用基础模型搭建一台风扇,让它产生的微风能够吹倒纸塔。
    • 对模型进行编程,让扇叶能够以 100% 的速度开始旋转。他们可以尝试将纸塔放置在不同的位置来测试和观察风扇的效果:1)风扇前方,2)风扇一侧,或者 3)与风扇保持不同的距离。
    • 测试模型能否将纸塔吹倒。
    • 不断修改设计,反复进行测试,直至达到满意的效果。
  • 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,制作出能够将纸塔吹倒的扇叶。

  • 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

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SPIKE Essential Matter - zh-cn

解释

(全班,10 分钟)

  • 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。 

  • 让每个小组用他们的模型进行演示并解释:

    • 风扇能否让空气粒子发生运动。
    • 风扇能否在不接触纸塔的情况下将它吹倒。
  • 鼓励学生分享他们为了提高模型的性能都进行了哪些改善。

  • 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

解释

(全班,10 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。

拓展

(全班,30 分钟)

  • (5 分钟)分享背景知识,帮助学生更好地进行拓展:用硬纸板或其他材料来制作扇叶可能会比乐高积木更有效,因为它们能够推动更多的空气。

  • (20 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:用硬纸板或其他材料设计效果更好的扇叶。再次测试风扇。发生了什么?

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  • (5 分钟)鼓励学生分享:
    • 帮助他们完成挑战的方法,或者在搭建过程中学到的知识。
  • 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:
    • 他们的风扇能够将不远处的纸塔吹倒。
    • 他们在解释过程中能够指出,风扇吹动小到无法看见的空气粒子,从而将纸张推倒。

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:

  • 在第一项挑战结束后停止:搭建一个风扇模型,演示空气粒子能够将纸塔推倒。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:
  • 让学生研究和比较不同电机速度(例如,75% 默认值与 100% 最大值)下的效果。让他们画一张图并做上标记,用它来说明风扇对于空气和其他物质粒子的影响。

拓展

  • 提供一些有关蒲福风级(用于测量风力)的学习材料。让学生制作一份关于蒲福风级的说明或广告,解释为什么要用风级来测量风力,而不是依靠人的主观印象。

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:

  • 开发一台能够将不远处的纸塔吹倒的电风扇。
  • 解释风扇可以推动小到无法看见的空气粒子流动,从而将纸张吹倒。

(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)》3-4年级

  • 1.2-6知道风是一种空气流动的现象,列举生活中常见的形成风的一些方法。
  • 12.3-4初步说明一些技术产品涉及的科学概念或原理,尝试应用科学原理设计并制作简易装置。(工程教育标准)
  • 13.3-5知道制作过程应遵循一定的顺序,制作简单的实物模型;尝试发现实物模型的不足,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)》3-4年级

  • 4.2.1-7 在学习和生活中,能用数据记录并描述规律性发生的事件,简单地表达自己的想法或预测结果。

《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级

  • 3.3.4-2 结合语文学习,观察大自然,观察社会,积极思考,运用书面或口头方式,并可尝试用表格、图像、音频等多种媒介,呈现自己的观察与探究所得。

拓展学习:《义务教育语文课程标准(2022年版)》3-4年级

  • 3.3.4-2结合语文学习,观察大自然,观察社会,积极思考,运用书面或口头方式,并可尝试用表格、图像、音频等多种媒介,呈现自己的观察与探究所得。

学生材料

学生学习单

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