Siła ciężkości

(UWAGA: ta lekcja zawiera część A i część B. Obie są ważne dla zrealizowania pełnego zakresu standardu kształcenia. Jeśli czas na lekcję jest ograniczony, przejrzyj obie części, aby wybrać elementy, które odpowiadają potrzebom uczniów).

Celem ogólnym lekcji jest zbudowanie przez uczniów balansującego ptaka, w oparciu o przykładowe zdjęcia. Zachęć ich do zaprojektowania i zbudowania własnego modelu balansującego ptaka.

• Podstawy naukowe – Siła ciężkości:
  • Środek ciężkości obiektu to punkt, w którym jego ciężar jest zrównoważony. Kiedy środek ciężkości jest położony nisko, obiektom łatwiej jest zachować równowagę.
  • Kiedy uczniowie wychylą model ptaka, jego środek ciężkości przeniesie się wyżej i model będzie mniej stabilny.
  • Zwrócona w dół siła ciężkości będzie zawsze przechylać ptaka z powrotem, tak by jego środek ciężkości znalazł się jak najniżej.
  • Bez względu na to, jak wychylimy model ptaka, działająca na niego siła ciężkości będzie przyciągać go prosto w dół, w kierunku środka Ziemi.
• Przekaż podstawowe informacje – Siła ciężkości: Korzystając ze swoich standardowych pomocy naukowych i przekazanej wiedzy, podziel się z uczniami odpowiednimi informacjami, obrazkami i definicjami.
  • Siła jest wielkością będącą miarą oddziaływania pomiędzy ciałami.
  • Siła ciężkości to siła wywierana przez Ziemię, która przyciąga obiekty w dół, w kierunku środka naszej planety.
  • Argument służy do poparcia jakiegoś twierdzenia lub zdania dotyczącego wydarzeń w świecie przyrody (np. siła ciężkości, z pomocą której Ziemia oddziałuje na obiekty, jest zwrócona w dół). Argumentacja powinna zawierać dowody, na przykład przyczyny, dane, takie jak fakty, i/lub model ilustrujący poczynione obserwacje.
  • Ważne słownictwo: siła, siła ciężkości
• Budowanie i programowanie: Zapoznaj się z sugestiami zawartymi w Planie modułu. W ramach tej lekcji warto również:
  • Poszerzyć wiedzę uczniów, korzystając z samouczka poświęconego czujnikowi żyroskopowemu, dostępnego w menu Rozpocznij w aplikacji SPIKE.
  • Przejść do sekcji Bloki zdarzeń i Bloki dźwięku w menu Pomoc > Bloki słów w aplikacji SPIKE, aby uzyskać więcej informacji. Zobacz sekcję Blok czujnika > Czy jest przechylony? zawierającą wskazówki dotyczące tego czujnika, który wymaga, aby hub był wypoziomowany, gdy model podstawowy jest w spoczynku.
  • Skorzystaj z lekcji Plac zabaw przyszłości, aby uczniowie nabrali doświadczenia w pracy z Blokiem zdarzeń.

CZĘŚĆ A (45 minut)

• Przedstaw głównych bohaterów historii i pierwsze zadanie: Pomóż Danielowi zbudować model balansującego ptaka.

• CHWILA NA ZASTANOWIENIE – poprowadź krótką dyskusję na temat lekcji:

  • Co się stanie, gdy trzymając jakiś przedmiot w powietrzu, puścimy go? Dlaczego? (Przedmiot spadnie na podłoże, ponieważ siła ciężkości przyciąga go w dół.)
  • Co się stanie, gdy odciągniemy w bok huśtawkę lub wahadło, a potem je puścimy? Dlaczego? (Huśtawka powraca do swojego położenia początkowego, ponieważ siła ciężkości przyciąga ją w dół.)

• Rozdaj każdej grupie zestaw SPIKE Essential i urządzenie.

• Podczas gdy uczniowie będą pracować, możesz pokazać im podane poniżej przykłady, żeby pomóc im w budowaniu i programowaniu. Wyjaśnij, że ilustracje przedstawiają tylko przykładowy pomysł, a uczniowie powinni zaprojektować i zbudować własny model balansującego ptaka.

• Poproś uczniów, aby:

  • Wykorzystali model podstawowy i ZBUDOWALI dla Daniela model balansującego ptaka, który pokaże, że zwrócona w dół siła ciężkości utrzyma ptaka w jego pierwotnej pozycji pionowej, po jego przechyleniu.
  • Użyli wbudowanego czujnika żyroskopowego z Blokami zdarzeń i Blokami dźwięków i ZAPROGRAMOWALI swój model tak, aby wydawał inne ptasie dźwięki, gdy zostanie przechylony w prawo, w lewo i gdy znajdzie się w pozycji pionowej.

• Zachęć uczniów, żeby zastanowili się, jak można wykorzystać elementy LEGO do stworzenia modelu ptaka, który po przechyleniu powraca do swojej pierwotnej pozycji pionowej. W razie potrzeby zademonstruj, w jaki sposób Hub znajdujący się w modelu podstawowym jest umieszczony na osi obrotu (np. łączniku lub osi), dzięki czemu może się poruszać i wrócić do pierwotnej pozycji pionowej, kiedy zostanie wychylony i puszczony. Uczniowie mogą modyfikować model podstawowy, o ile hub będzie zawsze zawieszony na pojedynczej osi obrotu.

• W połowie pracy poproś uczniów, aby wymienili się pomysłami, tak jak to zwykle robią podczas lekcji, a następnie aby zmodyfikowali swoje modele, inspirując się sugestiami innych.

Przykładowe pomysły

• Zbierz uczniów, aby mogli wymienić się spostrzeżeniami. 

• Niech każda grupa zademonstruje na swoim modelu i wyjaśni:

  • kierunek siły ciężkości działającej na ptaka („w kierunku podłoża”);
  • jak dzięki sile ciężkości model wraca do pierwotnej pozycji, gdy jest przechylony;
  • jak ich program za pomocą dźwięków pokazuje różne pozycje ptaka.

• Jeśli chcesz przejść do części B – Wytłumacz, poproś uczniów, aby nie rozkładali swoich modeli lub przewidź czas na ich ponowne zbudowanie.

CZĘŚĆ B (45 minut)

• Powtórz kroki z części A – Wytłumacz i poproś kolejne grupy, aby zademonstrowały i wyjaśniły, czego się nauczyły.

• (5 min) Przekaż uczniom dodatkowe informacje, aby ułatwić im dalszą pracę nad tematem.
• Poproś uczniów, aby obrócili swoje ptaki o 160 stopni (tak, by wisiały prawie do góry nogami) i puścili je.
• W miarę potrzeby opowiedz o tym, co zobaczą:
  • Aby model ptaka zadziałał, hub musi się znajdować powyżej osi obrotu, ponieważ w naturalny sposób powraca do swojej najbardziej stabilnej pozycji, czyli zwisania poniżej osi obrotu. Duży ciężar umieszczony powyżej osi obrotu jest niestabilny, ponieważ siła ciężkości ściąga hub z powrotem w dół.
• (10 min) Poproś uczniów, żeby przebudowali i przetestowali swoje modele, tak aby ukończyć kolejne zadanie w aplikacji:
  • Zbudujcie model z balansującym ptakiem, który nie będzie zawierał hubu, ale będzie pozostawał w pozycji pionowej, nawet po przechyleniu. (Wskazówka: część modelu ptaka znajdująca się poniżej osi obrotu powinna mieć większą masę niż część znajdująca się powyżej).
  • Pokażcie, że dolna część ptaka ma większa masę niż górna i wyjaśnijcie, w oparciu o własności oddziaływań grawitacyjnych, dlaczego musi tak być. (Gdyby to górna część ptaka była masywniejsza niż dolna, siła ciężkości ściągnęłaby cięższą górę w dół, przewracając ptaka do góry nogami).
• (15 min) Poproś uczniów, żeby podzielili się wiedzą, pomysłami lub umiejętnościami, które:
  • pomogły im ukończyć zadanie;
  • poznali podczas budowania.
• Poproś uczniów, żeby sprzątnęli zestawy i uporządkowali miejsca pracy.

• Zadawaj pytania naprowadzające, aby skłonić uczniów do myślenia i podejmowania decyzji podczas wymyślania, budowania i programowania.

Obserwacje – lista kontrolna

• Przejrzyj ponownie główne cele edukacyjne (sekcja Wsparcie dla nauczyciela).

• Przedstawiają argumenty za tym, że siła ciężkości, z jaką Ziemia działa na obiekty, jest zwrócona w dół.

• Korzystając z listy kontrolnej, odnotuj postępy uczniów:

  • Ich model zawiera ptaka, który samodzielnie wraca do pozycji pionowej.
  • Część A: W swoim wyjaśnieniu wykazują, że działająca na model siła ciężkości działa w dół. Siła ciężkości ściąga masywniejszą część hubu w dół, dzięki czemu lżejsze części ptaka pozostają na górze.
  • Część B: W swoim wyjaśnieniu wykazują, że dolna część nowego ptaka musi być cięższa niż górna, aby ptak pozostał w pozycji pionowej. Ptak z części „Weryfikuj” różni się od ptaka z części „Wytłumacz” w istotny sposób: nie ma ciężkiego hubu poniżej osiobrotu, który utrzymywałby go w pozycji pionowej.

Samoocena

Poproś uczniów o wybranie klocka, który ich zdaniem najlepiej pokazuje, jak im poszło.

• Niebieski klocek: wydaje mi się, że potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami.
• Żółty klocek: potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami.
• Zielony klocek: potrafię stworzyć program, kierując się instrukcjami, a do tego potrafię pomóc koledze lub koleżance.

Wrażenia ze wspólnej pracy

Niech uczniowie w swoich małych grupach porozmawiają na temat tego, jak układała się ich wspólna praca.
Zachęcaj ich do używania na przykład takich wyrażeń:

• Podobało mi się, kiedy ty…
• Opowiedz coś więcej o tym, kiedy ty…

Jeśli chcesz, żeby lekcja była łatwiejsza:

• Zakończ lekcję po pierwszym zadaniu: budowanie modelu balansującego ptaka, którego częścią jest hub, w dolnej połowie. Zadawaj uczniom pytania, na które mogą odpowiedzieć „tak” lub „nie”, aby uzyskać wyjaśnienie.

Jeśli chcesz, żeby lekcja była trudniejsza:

• Rozszerz zadanie z Części A — Wymyśl: poproś uczniów, żeby zbudowali i zaprogramowali inne zwierzę (nie ptaka), wykorzystując hub tak, jak w modelu z Części A, które po przechyleniu będzie wracało do pozycji pionowej. Może to być na przykład wiewiórka albo małpa.

• Przygotuj dla uczniów materiały edukacyjne na temat projektowania różnych przedmiotów, np. samochodów wyścigowych albo kubków dla małych dzieci, tak żeby się nie przewracały. Poproś uczniów, żeby zapoznali się z jednym takim przykładem, a następnie podzielili się tym, czego się dowiedzieli w formie pisemnej, na przykład przygotowując scenariusz reklamy takiego produktu.

Jeśli wykorzystasz to dodatkowe ćwiczenie, czas zajęć przekroczy przewidziane 45 minut.