Базовый набор SPIKE™ Prime

Подъём в гору

Постройте график энергопотребления для увеличения потенциальной энергии.

30-45 мин.
Продвинутый уровень
Классы 5–8
This is Uphill - Lesson Header

Подготовка к смешанному обучению

(Перед уроком)

При необходимости подготовьте план урока, используя материалы для начала работы, приведенные в приложении. Это поможет поближе познакомить вас и ваших учеников со SPIKE Prime.

— Обязательно посмотрите видео урока, опубликованное на этой странице.
— Ознакомьтесь с материалами для учащихся, которые можно загрузить на этой странице или в приложении SPIKE.
— Вы также можете:
— Выбрать подходящие инструменты и формат проведения урока. Например, смотреть видеоролики, читать материалы в учебнике и готовиться к практическим занятиям можно дома, а проводить эксперименты и собирать фактические данные лучше в классе.
— Использовать различные инструменты и индивидуальный подход к каждому ученику. Это позволит заинтересовать учащихся и улучшит результаты обучения.
— Предоставить различные возможности для виртуального сотрудничества и общения. Например, использовать:
— видеоконференции,
— блоги, чаты и записи на стене,
— цифровые версии рабочих листов учеников.
— Адаптировать планы занятий таким образом, чтобы учащиеся не сидели в классе на протяжении всего урока. Далее приведен пример плана урока.

— Далее приведены ещё несколько способов адаптации заданий к потребностям ваших учеников.
— Предложите учащимся посмотреть видеоролики, рассказывающие о задании, которое им предстоит выполнить. Для этого они могут перейти в приложение SPIKE или использовать URL-адрес, приведенный в рабочих листах учеников.
— Используйте другие материалы, которые уже имеются у вас по данной теме.
— Внесите необходимые изменения в Блокнот изобретателя, чтобы помочь учащимся подготовиться к занятию и сделать выводы на основе своих наблюдений (см. «Дополнительные ресурсы»).
— Используйте Краткие планы уроков (простые в использовании краткие разборы, которые можно распечатать на одной странице), чтобы вдохновить учащихся на поиски различных решений для поставленной задачи (см. «Дополнительные ресурсы»).

Обсуждение

(Перед уроком (20 мин.))

— Тема этого урока — преобразование энергии. Учащиеся узнают, что для поддержания постоянной скорости (и, следовательно, постоянной кинетической энергии) при подъёме в гору (то есть для увеличения потенциальной энергии) велосипедисту необходимо затратить энергию. Для урока используется модель электрического велосипеда. В этой модели энергия будет увеличиваться за счет увеличения энергопотребления мотора. В реальной жизни энергия увеличивается за счет дополнительных усилий велосипедиста.
— Используйте различные материалы, чтобы заинтересовать детей изучением преобразования энергии.

Начало обсуждения

Начните обсуждение, задавая вопросы, связанные с темой урока. Вот несколько примеров таких вопросов.

— Каким образом будет изменяться скорость при движении в гору?
— Какая энергия увеличивается при движении в гору?
— Как поддерживать постоянный уровень энергии во время езды на велосипеде (своём устройстве)?
— Как вы думаете, почему так происходит?

Попросите учащихся записать свои предположения в виде гипотез.

Исследование

(На уроке (30 мин.))

— Дайте учащимся задание собрать умный велосипед, который может фиксировать энергопотребление и угол наклона. Они могут придумать собственные модели или воспользоваться инструкциями в приложении, чтобы собрать предложенную модель умного велосипеда.
— Попросите учащихся испытать свои модели на плоской поверхности, используя программу, предложенную в приложении SPIKE.
— Попросите их посмотреть на график, задокументировать свои наблюдения и ответить на следующие вопросы.
— Как они могут объяснить резкое увеличение энергопотребления в момент начала движения?
— Почему линии на графике выглядят именно так, а не иначе?

Объяснение

(На уроке (45 мин.))

— Попросите учащихся повторить эксперимент на горке, для создания которой они могут использовать коробку от набора SPIKE Prime и доску.
— Попросите учащихся объяснить, каким образом мотор умного велосипеда увеличивает подачу энергии для поддержания постоянной скорости.
— Попросите их объяснить взаимосвязь между энергопотреблением и углом наклона поверхности.
— Пусть они экспортируют свои данные в виде файлов CSV, чтобы при необходимости их можно было использовать в другой программе.

Дополнение

(После урока (25 мин.))

— Если у учащихся есть наборы SPIKE Prime, предложите им выполнить задания в приложении SPIKE, чтобы применить полученные знания на практике, например:
— Предложите учащимся собрать собственные трассы. Они должны включать в себя как ровные участки, так и спуски и подъёмы.
— Попросите их предположить и нарисовать, как, по их мнению, будет выглядеть график энергопотребления. Затем предложите им начать движение по трассе, чтобы проверить правильность своих предположений.
— Если у учащихся нет наборов, попросите их заполнить Блокнот изобретателя или выполнить одно из следующих дополнительных заданий. Большинство дополнительных заданий можно выполнить, используя данные, собранные во время практических занятий.
— Проведите обсуждение, в процессе которого учащиеся смогут обменяться идеями и поговорить о результатах своей работы. Для этого можно использовать любой метод/инструмент, который будет наиболее эффективным (например, вы можете провести обсуждение очно или в режиме онлайн).

Оценка

— Дайте оценку работе каждого учащегося.
— Для упрощения этой задачи можно использовать раздел «Оценка».

Возможности для оценки

Журнал педагога
Разработайте критерии оценки, максимально соответствующие вашим задачам, например следующие.

Задание выполнено частично.
Задание выполнено полностью.
Результаты превзошли ожидания.

Используйте следующие критерии для оценки успехов детей в обучении.

— Учащиеся могут запрограммировать устройство таким образом, чтобы оно фиксировало полученные данные в виде графика.
— Учащиеся могут рассказать о параметрах, показанных на графике.
— Учащиеся могут объяснить концепцию преобразования энергии, оперируя соответствующими терминами.

Самостоятельная оценка
Попросите каждого учащегося выбрать кубик, который, по его мнению, наилучшим образом соответствует качеству его работы на занятии.

— Синий. Я могу отобразить полученные данные на графике с помощью программы, приведенной в приложении.
— Желтый. Я самостоятельно могу построить график и объяснить результаты своей работы.
— Фиолетовый. Я смог (-ла) придумать собственные эксперименты.

Взаимная оценка

Предложите своим ученикам дать оценку работы друг друга.

— Пусть один ученик оценит работу другого, используя шкалу цветных кубиков, приведенную выше.
— Попросите учащихся предоставить конструктивный отзыв о работе друг друга, чтобы улучшить эффективность работы на следующем уроке. В рамках смешанного обучения у вас есть прекрасная возможность использовать инструменты видеоконференции или публикации в блогах.

assessment-general.png

Индивидуальный подход

Способы упростить задание

— Выделите время на то, чтобы обсудить с учащимися понятие прямой зависимости.
— Попросите учащихся привести примеры прямой зависимости из повседневной жизни.

Способы сделать задание ещё интереснее

— Попросите учащихся собрать свои умные велосипеды.
— Предложите учащимся вести собственные журналы научных исследований и решать, какие именно параметры и каким образом они будут отслеживать.

DIFF.png

Советы

Советы по сборке

Student-03.png

Советы по программированию
Использование режима загрузки
Предполагается, что для выполнения заданий этого урока будет использоваться режим загрузки, однако можно также использовать режим потоковой передачи. Он обеспечивает более высокую частоту сбора данных Хабом. Это позволяет построить более точный график. Это также означает, что после завершения работы программы наборы данных необходимо импортировать.

Использование блока Stop (Остановить программу) для автоматического импортирования наборов данных
Этот блок завершает программу и автоматически запускает загрузку наборов собранных данных с Хаба на ваше устройство, подключенное по Bluetooth.

SPIKE PRIME Science Stop Block - en

Основная программа

SPIKE Prime Science This is Uphill - Step03 - ru-ru

Советы по сбору данных

Далее приведен пример того, какие данные учащиеся могут получить в результате этого эксперимента.

placeholder-image.png

Дополнительно

Развитие математических навыков

Для развития математических навыков дайте учащимся следующее задание.

— Учащиеся должны понять, что графики, построенные на этом уроке, отражают изменения двух параметров с течением времени (например, изменения угла наклона и энергопотребления с течением времени).
— Попросите учащихся выполнить необходимые операции с данными, чтобы построить график зависимости энергопотребления от угла наклона поверхности вручную или с помощью онлайн-инструментов.

*Примечание. Для выполнения этого задания *требуется дополнительное время.

MATH.png

Развитие языковых навыков

Способы развития языковых навыков

— Дайте каждому ученику задание вести журнал научных исследований и записывать свои гипотезы и выводы, как это делают ученые.
— Дайте каждому ученику задание написать газетную статью, сообщающую о грандиозном научном открытии. Попросите их вести журналы научных исследований, как это делают журналисты.
— Покажите детям примеры научных статей и журналов научных исследований. Попросите учащихся сравнить их и задокументировать свои наблюдения.

Примечание. Для выполнения этого задания требуется дополнительное время.

LA.png

Перспективы профессионального развития

Учащиеся, которым было интересно данное задание, могут попробовать себя в следующих сферах деятельности:

— здравоохранение;
— образование и обучение;
— естественные науки, технология, инженерное дело и математика;
— транспорт, распределительная логистика.

ФГОС ООО. Предметные результаты обучения

11. 1 Филология. Русский язык. Родной язык

  1. совершенствование видов речевой деятельности (аудирования, чтения, говорения и письма), обеспечивающих эффективное овладение разными учебными предметами и взаимодействие с окружающими людьми в ситуациях формального и неформального межличностного и межкультурного общения;
  2. использование коммуникативно-эстетических возможностей русского и родного языков;
  3. обогащение активного и потенциального словарного запаса, расширение объема используемых в речи грамматических средств для свободного выражения мыслей и чувств адекватно ситуации и стилю общения;
  4. овладение основными стилистическими ресурсами лексики и фразеологии языка, основными нормами литературного языка (орфоэпическими, лексическими, грамматическими, орфографическими, пунктуационными), нормами речевого этикета; приобретение опыта их использования в речевой практике при создании устных и письменных высказываний; стремление к речевому самосовершенствованию.

11.3 Математика и информатика
5) овладение системой функциональных понятий, развитие умения использовать функционально-графические представления для решения различных математических задач, для описания и анализа реальных зависимостей;
8) овладение простейшими способами представления и анализа статистических данных; формирование представлений о статистических закономерностях в реальном мире и о различных способах их изучения, о простейших вероятностных моделях; развитие умений извлекать информацию, представленную в таблицах, на диаграммах, графиках, описывать и анализировать массивы числовых данных с помощью подходящих статистических характеристик, использовать понимание вероятностных свойств окружающих явлений при принятии решений;
9) развитие умений применять изученные понятия, результаты, методы для решения задач практического характера и задач из смежных дисциплин с использованием при необходимости справочных материалов, компьютера, пользоваться оценкой и прикидкой при практических расчетах;
10) формирование информационной и алгоритмической культуры; формирование представления о компьютере как универсальном устройстве обработки информации; развитие основных навыков и умений использования компьютерных устройств;
11) формирование представления об основных изучаемых понятиях: информация, алгоритм, модель – и их свойствах;
12) развитие алгоритмического мышления, необходимого для профессиональной деятельности в современном обществе; развитие умений составить и записать алгоритм для конкретного исполнителя; формирование знаний об алгоритмических конструкциях, логических значениях и операциях; знакомство с одним из языков программирования и основными алгоритмическими структурами - линейной, условной и циклической;

11.5. Естественнонаучные предметы

  1. овладение научным подходом к решению различных задач;
  2. овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты;
  3. овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни.

11.5 Естественнонаучные предметы. Физика

  1. формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы, об объективности научного знания; о системообразующей роли физики для развития других естественных наук, техники и технологий; научного мировоззрения как результата изучения основ строения материи и фундаментальных законов физики;
  2. формирование первоначальных представлений о физической сущности явлений природы (механических, тепловых, электромагнитных и квантовых), видах материи (вещество и поле), движении как способе существования материи; усвоение основных идей механики, атомно-молекулярного учения о строении вещества, элементов электродинамики и квантовой физики; овладение понятийным аппаратом и символическим языком физики;
  3. приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения физических явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов; понимание неизбежности погрешностей любых измерений;
  4. понимание физических основ и принципов действия (работы) машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов, влияния их на окружающую среду; осознание возможных причин техногенных и экологических катастроф;
  5. развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний законов механики, электродинамики, термодинамики и тепловых явлений с целью сбережения здоровья.

11.7 Технология
2) овладение методами учебно-исследовательской и проектной деятельности, решения творческих задач, моделирования, конструирования и эстетического оформления изделий, обеспечения сохранности продуктов труда;
4) формирование умений устанавливать взаимосвязь знаний по разным учебным предметам для решения прикладных учебных задач;
5) развитие умений применять технологии представления, преобразования и использования информации, оценивать возможности и области применения средств и инструментов ИКТ в современном производстве или сфере обслуживания;
6) формирование представлений о мире профессий, связанных с изучаемыми технологиями, их востребованности на рынке труда.

В помощь преподавателю

Учащиеся смогут:
— провести эксперимент, демонстрирующий преобразование электрической энергии в потенциальную.

— Базовый набор LEGO® Education SPIKE Prime
— Устройство с установленным на нем приложением LEGO Education SPIKE
— Доска или другой предмет, который может служить горкой

ФГОС ООО. Предметные результаты обучения

11.1 Филология. Русский язык. Родной язык
1, 3, 6, 7
11.3 Математика и информатика
5, 8, 9, 10, 11, 12
11.5 Естественнонаучные предметы
1, 2, 3
11.5 Естественнонаучные предметы.
Физика
1, 2, 3, 4, 7
11.7 Технология
2, 4, 5, 6

Изучаемые темы по ПООП ООО

Русский язык

Речь. Речевая деятельность

  • Текст как продукт речевой деятельности. Формально-смысловое единство и его коммуникативная направленность текста: тема, проблема, идея; главная, второстепенная и избыточная информация.
  • Создание устных высказываний разной коммуникативной направленности в зависимости от сферы и ситуации общения.
  • Информационная переработка текста (план, конспект, аннотация).
  • Написание сочинений, писем, текстов иных жанров.

Математика

Понятие функции

  • Декартовы координаты на плоскости. Формирование представлений о
    метапредметном понятии «координаты». Способы задания функций: аналитический, графический, табличный. График функции. Примеры функций, получаемых в процессе исследования различных реальных процессов и решения задач. Значение функции в точке.
  • Свойства функций: область определения, множество значений, нули, промежутки знакопостоянства, промежутки возрастания и убывания, наибольшее и наименьшее значения. Исследование функции по ее графику.
  • Непрерывность функции. Кусочно заданные функции.

Линейная функция

  • Свойства и график линейной функции. Угловой коэффициент прямой.
  • Расположение графика линейной функции в зависимости от ее углового коэффициента и свободного члена.

Графики функций

  • Преобразование графика функции y = f (x) для построения графиков функций вида y = af (kx + b) + c
  • Графики функций
    y = a + k / (x + b), y = √x, y = ∛x, y = |x|.

Информатика

Исполнители и алгоритмы

  • Программное управление роботом.
  • Управление. Сигнал. Обратная связь.

Алгоритмические конструкции

  • Линейный алгоритм.
  • Конструкция «ветвление». Условный оператор: полная и неполная формы.
    Выполнение и невыполнение условия (истинность и ложность высказывания). - Простые и составные условия. Запись составных условий.
  • Конструкция «повторения»: циклы с заданным числом повторений, с условием выполнения, с переменной цикла.
  • Запись алгоритмических конструкций в выбранном языке программирования.

Разработка алгоритмов и программ

  • Переменная: имя и значение.
  • Задачи на обработку данных, сравнение данных, вывод данных на экран.

Робототехника

  • Примеры роботизированных систем. Исполнительные устройства, датчики. Система команд робота. Конструирование робота. Моделирование робота парой: исполнитель команд и устройство управления. Ручное и программное управление роботами;
  • Анализ алгоритмов действий роботов. Испытание механизма робота, отладка программы управления роботом.

Физика

  • Физика и физические методы изучения природы
    Физика – наука о природе. Физические тела и явления. Наблюдение и описание физических явлений. Физический эксперимент. Моделирование явлений и объектов природы.
  • Физические величины и их измерение. Точность и погрешность измерений. Международная система единиц.
  • Физические законы и закономерности. Физика и техника. Научный метод познания. Роль физики в формировании естественнонаучной грамотности.

Механические явления

  • Физические величины, необходимые для описания движения и взаимосвязь между ними (путь, перемещение, скорость, ускорение, время движения).
  • Потенциальная и кинетическая энергия. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения полной механической энергии.

Технология

  • Технологическая система как средство для удовлетворения базовых и социальных нужд человека. Входы и выходы технологической системы. Управление в технологических системах. Обратная связь. Развитие технологических систем и последовательная передача функций управления и контроля от человека технологической системе.
  • Робототехника. Системы автоматического управления. Программирование работы устройств.
  • Сборка моделей. Исследование характеристик конструкций. Проектирование и конструирование моделей по известному прототипу. Испытания, анализ, варианты модернизации. Модернизация продукта. - Разработка конструкций в заданной ситуации: нахождение вариантов, отбор решений, проектирование и конструирование, испытания, анализ, способы модернизации, альтернативные решения.

Построение образовательных траекторий и планов в области профессионального самоопределения

  • Предпрофессиональные пробы в реальных и / или модельных условиях, дающие представление о деятельности в определенной сфере.

Учебные материалы

Рабочий лист ученика

Загрузите и просмотрите эти материалы или разошлите их учащимся в формате HTML-страницы или документа PDF, который можно распечатать.