الجاذبية

(ملاحظة: يتألف هذا الدرس من جزأين (أ) و(ب)، وكلاهما مهم لتعلم المعيار بشكل كامل. إذا كان الوقت محدودًا، فراجع كلا الجزأين لاختيار العناصر التي تلبي احتياجات طلابك.)

في هذا الدرس، سيقوم الطلاب ببناء طائر متوازن، باستخدام صور نموذجية للإلهام. شجعهم على تصميم وبناء فكرتهم الخاصة لطائر متوازن.

• الخلفية العلمية - الجاذبية:
  • مركز ثقل الجسم هو المكان الذي يكون فيه وزنه متوازنًا. يساعد مركز الثقل المنخفض في الحفاظ على استقرار الأجسام.
  • عندما يُمِيْلُ الطلاب نموذج الطائر، يتحرك متوسط وزنه أعلى ويصبح أقل استقرارًا.
  • قوة الجاذبية الهابطة ستسحب الطائر دائمًا للخلف بحيث يكون مركز ثقله منخفضًا قدر الإمكان.
  • بغض النظر عن كيفية إمالة الطائر، فإن قوة الجاذبية المؤثرة عليه ستسحبه مباشرة نحو مركز الأرض.
• بناء المعرفة المسبقة - الجاذبية: باستخدام المواد العلمية الأساسية والخلفية العلمية المقدمة، شارك المعلومات والصور والتعريفات.
  • القوى هي قوى دفع أو سحب تؤثر في اتجاه معين.
  • الجاذبية هي قوة تمارسها الأرض تسحب الأجسام لأسفل نحو مركز الكوكب.
  • حجةٌ تدعم ادعاء أو بيانًا بشأن أمر يحدث في الطبيعة (على سبيل المثال، قوة الجاذبية التي تمارسها الأرض على الأجسام هي لأسفل). يجب أن تتضمن الحجة أدلة كالأسباب و/أو بيانات كالحقائق و/أو نموذجًا يفسِّر الملاحظات.
  • المفردات الرئيسية: قوة، جاذبية
• خبرة البناء والبرمجة: راجع الاقتراحات الواردة في خطة الوحدة. في هذا الدرس، قد ترغب أيضًا في:
  • تعزيز التعلم باستخدام الدرس التعليمي "مستشعر الدوران" من قائمة "ابدأ" في تطبيق SPIKE.
  • استخدام أقسام قوالب "الحدث" و"الصوت" من قائمة "التعليمات>قوالب الكلمات" في تطبيق SPIKE لمزيدٍ من الدعم. انظر قسم "قالب المستشعر>مائل؟" للحصول على إرشادات حول هذا المستشعر، والذي يتطلب أن يكون الموزع مستويًا عندما يكون الطراز الأساسي في حالة سكون.
  • استخدم درس ملعب التقنيات المتقدمة لتوفير تجربة مع قالب الأحداث.

الجزء "أ" (45 دقيقة)

• قدِّم الشخصية (الشخصيات) الرئيسية بالقصة والتحدي الأول: ساعد دانيال في بناء نموذج طير متوازن.

• التفكير - اعقد مناقشة موجزة عن موضوع (مواضيع) الدرس:

  • ماذا يحدث عندما ترفع جسمًا في الهواء وتتركه؟ ولماذا؟ (يسقط الجسم على الأرض لأن قوة الجاذبية تسحبه إلى أسفل.)
  • ماذا يحدث عندما تسحب أرجوحة أو بندولًا وتتركه؟ ولماذا؟ (تعود الأرجوحة إلى أدنى موضع استقرار لها لأن قوة الجاذبية تسحبها لأسفل.)

• وزِّع مجموعةَ SPIKE Essential، وجهازًا على كل مجموعة.

• أثناء عمل الطلاب، حاوِل مشاركة الأمثلة أدناه كوسيلة دعم للبناء والبرمجة. وضح أن الصور تعرض فكرة واحدة، ويجب على الطلاب تصميم وبناء فكرتهم الخاصة عن طائر متوازن.

• اطلب من الطلاب:

  • استخدام النموذج الأساسي لبناء نموذج طائر متوازن لدانيال، يبرهن أن قوة الجاذبية الهابطة ستبقي الطائر في وضعه الأصلي المنتصب عند إمالته.
  • استخدم مستشعر الدوران المدمج مع قالبي الحدث والصوت لبرمجة نموذجهم لإصدار أصوات طيور مختلفة عندما يميل إلى اليمين أو إلى اليسار وعندما يكون في وضع منتصب.

• يسِّر جلسة عصف ذهني حول طرق استخدام عناصر LEGO لإنشاء نموذج طائر يعود إلى وضعه الأصلي المنتصب عند إمالته. حسب الحاجة، اشرح كيف يتدلى موزع النموذج الأساسي من نقطة محورية (على سبيل المثال، موصل أو محور)، مما يمكنه من التحرك والعودة إلى وضعه الأصلي المنتصب عند إمالته وإفلاته. يستطيع الطلاب تغيير النموذج الأساسي طالما أن الموزع متدلٍ من نقطة محورية واحدة.

• في منتصف زمن العمل، اطلب من الطلاب تبادل الأفكار متبعين روتينًا معتادًا داخل الفصل، ثم تحديث نماذجهم مستلهمين من الأفكار التي تبادلوها.

أفكار نموذجية

• اجمع الطلاب للمشاركة. 

• اطلب من كل مجموعة استخدام نموذجها لتطبيق وشرح:

  • اتجاه قوة الجاذبية على طائرهم ("نحو الأرض")
  • كيف تعيد الجاذبية نموذجهم إلى موضعه الأصلي عند إمالته.
  • كيف يستخدم برنامجهم الأصوات لعرض الأوضاع المختلفة للطائر.

• إن أردت المتابعة إلى "الجزء (ب) - الشرح"، فاطلب من الطلاب أن يحافظوا على نماذجهم سليمة أو امنحهم بعض الوقت لإعادة البناء.

الجزء "ب" (45 دقيقة)

• كرر الخطوات من "الجزء (أ) - الشرح" بهدف جعل مجموعات إضافية تطبق ما تعلمته وتشرحه.

• (5 دقائق) قم بمشاركة وبناء الخلفية لمساعدة الطلاب على التطبيق العملي.
• اطلب من الطلاب تدوير طيورهم بمقدار 160 درجة (رأسا على عقب تقريبا) وإفلاتها.
• حسب الحاجة، أعد ذكر ما سيكتشفونه:
  • يجب أن يكون الموزع فوق النقطة المحورية حتى يعمل نموذج الطائر لأنه يعود بشكل طبيعي إلى موضعه الأكثر استقرارًا، وهو التدلي أسفل النقطة المحورية. الوزن الثقيل فوق النقطة المحورية غير مستقر لأن قوة الجاذبية تسحب الموزع إلى أسفل.
• (10 دقائق) اطلب من طلابك تكرار نماذجهم واختبارها لإكمال التحدي التالي في التطبيق:
  • بناء نموذج طائر متوازن لا يتضمن الموزع ولكنه يظل في وضع منتصب، حتى عند إمالته. (تلميح: يجب أن يزن الجزء من الطائر أسفل النقطة المحورية أكثر من الجزء أعلاها.)
  • إثبات أن الجزء السفلي من طائرهم أثقل من الجزء العلوي واشرح لماذا يجب أن يكون هذا صحيحًا بدلالة قوى الجاذبية. (إذا كان الجزء العلوي من الطائر أثقل من الجزء السفلي، فإن قوة الجاذبية ستسحب الجزء العلوي الأثقل لأسفل، مما يؤدي إلى انقلاب الطائر.)
• (15 دقيقة) ادعُ الطلاب إلى مشاركة المعرفة أو الأفكار أو المهارات التي:
  • ساعدتهم على إكمال التحدي.
  • تعلموها أثناء البناء.
• اطلب من الطلاب تنظيف مجموعات الألعاب ومناطق العمل.

• اطرح أسئلة إرشادية لاستثارة فكر الطلاب وقراراتهم أثناء المفاكرة والبناء والبرمجة.

قائمة الملاحظات

• راجِع أهداف التعلم (مربع دعم المعلم).
• يدعمون الحجة التي مفادها أن قوة الجاذبية التي تمارسها الأرض على الأجسام تتجه إلى أسفل.
• استخدم قائمة الملاحظات لمراقبة تقدم الطلاب:
  • يتضمن نموذجهم طائرًا ذاتي التوازن.
  • الجزء (أ): يوضح تفسيرهم أن قوة الجاذبية على النموذج تؤثر لأسفل. يُسحَب الموزع الثقيل لأسفل بفعل الجاذبية، مما يُبقي الأجزاء الأخف من الطائر في الأعلى.
  • الجزء (ب): يوضح تفسيرهم أن النصف السفلي من الطائر الجديد يجب أن يكون أثقل من النصف العلوي حتى يظل الطائر منتصبًا. يختلف الطائر في قسم "التطبيق العملي" عن الطائر في قسم "الشرح" من نواحٍ مهمة: فهو لا يحتوي على موزع ثقيل أسفل النقطة المحورية لإبقائه في وضع منتصب.

التقييم الذاتي

اطلب من كل طالب اختيار وحدة البناء التي يشعر أنها تصف أداءه الوصف الأفضل.

• وحدة البناء الزرقاء: أعتقد أنه يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج.
• وحدة البناء الصفراء: يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج.
• وحدة البناء الخضراء: يمكنني اتباع التعليمات لإنشاء برنامج، بل وأستطيع مساعدة صديق في القيام بذلك أيضًا.

ملاحظات الأقران

اطلب من الطلاب، ضمن مجموعاتهم الصغيرة، مناقشة تجاربهم في العمل الجماعي.
شجّعهم على استخدام عبارات كهذه:

• أعجبني عندما...
• أود أن أسمع المزيد عن طريقتك في....

بسِّط هذا الدرس عن طريق:

• التوقف بعد التحدي الأول: بناء نموذج طائر متوازن حيث يكون الموزع في النصف السفلي. اسأل الطلاب أسئلة نعم/لا للحصول على تفسيرهم.

زِد الصعوبة عن طريق:

• توسيع الجزء (أ) - تحدي "الاستكشاف": اطلب من الطلاب بناء وبرمجة حيوان مختلف (وليس طائرًا) يشمل الموزع كما هو مستخدم في الجزء (أ) بحيث يصحح وضعه عند إمالته. بعض الأمثلة تشمل السناجب أو القرود.

• وفِّر مواد تعليمية حول الطرق التي يتم بها تصميم الأشياء المتنوعة، مثل سيارات السباق وأكواب الشرب للأطفال، لمنع انقلابها. اطلب من الطلاب التعرف على مثال واحد ثم مشاركته كتابيًا، مثل تطوير برنامج نصي لإعلان فيديو لمنتج ما.

في حالة تيسيره من قبل المعلم، فسيتجاوز مدة الدرس البالغة 45 دقيقة.