Базовый набор WeDo 2.0

Прочность конструкции

Исследуйте характеристики здания, которые повышают его устойчивость к землетрясению, используя симулятор землетрясений, сконструированный из кубиков LEGO.

Более 120 мин.
Средний уровень
Классы 3–4
robust-structures-project-image

1. Подготовка

(15-30 мин.)

• Ознакомьтесь с процессом общей подготовки в главе «Управление
работойв классе»
• Ознакомьтесь с проектом, чтобы хорошо представлять порядок
действий.
• Определите, как вы хотите представить этот проект: используйте
видео, представленное в проекте в ПО WeDo 2.0 или материалы по
своему усмотрению.
• Определите конечный результат данного проекта: параметры для
представления и создания документа.
• Убедитесь, что отведенного времени достаточно для достижения
целей.

2. Исследование

(30-60 мин.)

robust-structures-thumbnail

Вступительный ролик может подготовить почву для рассмотрения и обсуждения с учащимися последующих идей по этому проекту.

Вступительный ролик
Вот несколько предлагаемых тем для обсуждения видео:

  1. Таксложилось, чтоформаземнойповер хностипостоянноизменяется.Как большие куски печенья, лежащие на слое масла, тектонические плиты, из которых сложена поверхность Земли, движутся, трутся друг о друга и сталкиваются.
  2. Приэ томтрениесоз даетвибр ациинаповер хностиземли.
  3. Вовремяземлетрясения, взависимостиотсилыколебанийир азличных других факторов, здания и сооружения могут быть повреждены или разрушены.
  4. Внашидниможнопостроитьболееу стойчивыез дания, чемдесятилетия назад, благодаря научным открытиям, которые стали залогом усовершенствования процесса проектирования.
robust-structures-explore-phase

Вопросы для обсуждения
На этапе исследования эти вопросы нацелены на выявление начальных идей учащихся и обобщение предварительных знаний, чтобы оценить ожидаемые результаты для этого проекта.

Попросите учащихся документировать своё понимание и вернуться к этим вопросам еще раз на этапе создания и после него.

  1. Что вызывает землетрясения, и какую опасность они создают? Землетрясения — это колебания земной коры, вызванные движением тектонических плит.
  2. Как ученые оценивают силу землетрясения?
    Ученые определяют силу землетрясений по шкале Рихтера. Чем выше значение (в диапазоне от 1 до 10), тем сильнее колебания земной коры.
  3. Какие элементы могут влиять на устойчивость зданий во время землетрясений?
    Ответ на этот вопрос должен стать для учащихся гипотезой. Это означает, что на данный момент ответы учащихся могут быть неверными.
  4. Что можно сказать о взаимосвязи между размером опор здания, высотой и способностью выдерживать воздействие землетрясения?
    Высокие или тонкие конструкции, как правило, менее устойчивы и с большей вероятностью обрушатся при поперечных нагрузках.
  5. Как убедиться, что все испытания были достоверны?
    Изменением только одного параметра за один раз.
  6. Какие другие важные факторы можно исследовать?
    Проекты конструкции и различные материалы также являются важными факторами, которые следует учитывать при тестировании сейсмоустойчивости здания.
  7. Каким образом проектируются современные здания, чтобы противостоять землетрясениям?
    Архитекторы и инженеры используют структуры, принципы и моделирование, чтобы проверить уязвимость прототипов.
  8. Означает ли «устойчивый» то же самое, что «прочный»?
    Это зависит от множества факторов. Иногда гибкие структуры или материалы более устойчивы, чем жесткие и прочные.

Дайте учащимся выбрать инструмент (-ы), который (-е) они считают наиболее подходящим (-и) для документирования своих идей и обмена ими Порекомендуйте использовать записи, видео, изображения, конспекты или другие способы документирования.

3. Создание

(45-60 мин.)

Постройте и запрограммируйте симулятор землетрясения и
модели зданий

Учащиеся будут следовать инструкциям по сборке для создания симулятора землетрясения. С помощью этого устройства они будут собирать опытные данные, чтобы решить, пройдет ли здание испытание землетрясением.

1. Создайте симулятор землетрясения.
В модели вибрации, использованной в проекте, применяется поршень, чтобы толкать и тащить тестовую пластину. Уровень мощности мотора в программе определяет амплитуду созданного землетрясения.

earthquake-instructions-preview

2. Запрограммируйте симулятор.
Эта программа начнется с демонстрации символа .0. на экране. Затем серия действий будет повторена 5 раз. К значению на экране добавится 1, это будет означать мощность вибрации, мотор проработает 2 секунды на этой мощности, а затем программа перейдет в режим ожидания на 1 секунду.

earthquake-program

Важно
Если учащиеся хотят испытать более сильное или более слабое землетрясение с помощью данной программы, необходимо изменить количество циклов. Учащиеся должны с легкостью использовать программу самостоятельно.

earthquake-model

Исследуйте проект здания
Теперь, когда учащиеся поняли принцип работы симулятора землетрясения, предложите им исследовать различные факторы, изолируя по одной переменной единовременно.

buildings-a-b-c

1. Изменение высоты.
Учащиеся должны использовать низкие и высокие здания с узкими
основаниями (строения А и Б).

Установив высокое здание на вибрирующую основу, учащиеся должны найти наименьшую силу землетрясения, при которой оно обрушится. Затем, с помощью той же программы, они должны проверить, будет ли узкое или низкое здание более устойчивым.

Учащиеся должны быть способны обнаружить, что при той же площади основания низкое здание более устойчиво, чем высотное.

Важно
Поскольку не все моторы реагируют одинаково, возможно, что группы получат в исследовании различные величины.

2. Изменение ширины основания.
Используя ту же программу, попросите их проверить, может ли высотное здание с узким основанием (здание B) быть устойчивее, чем высотное здание с широким основанием (здание С).

Учащиеся должны быть способны обнаружить, что при большей площади основания высотное здание гораздо устойчивее.

Создание (дополнительно)
Используйте раздел «Дополнительные исследования» учебного проекта, чтобы расширить задание. Имейте в виду, что эти задачи выходят за рамки раздела «Исследование» и предназначены для старших или более подготовленных учащихся.

Попросите учащихся изучить дополнительные элементы, которые влияют на устойчивость зданий к вибрациям.

1. Изменение силы землетрясения.
Попросите учащихся спрогнозировать, что произойдет со зданиями A, B, C, если сила землетрясения будет увеличена, например, до 8 баллов.

Попросите их записать свои прогнозы и изучить каждый случай.

2. Изменение зданий.
Используя тот факт, что большее основание поможет зданию противостоять более сильной вибрации, попросите класс построить самое высокое здание, которое сможет сопротивляться землетрясению 8-го уровня.

Попросите учащихся изучить различные строительные композиции.
• Исследуйте различные структурные формы.
• Используйте новые материалы.

Предложение для совместной работы
Предложите группам сравнить их строительные проекты. Пусть одна группа опишет и испытает конструкцию другой группы.
• Каковы сильные стороны данной конструкции?
• Каковы слабые стороны конструкции?
• Пройдет ли здание испытание на землетрясение?

4. Обмен результатами

(Более 45 мин.)

Создание документа
Попросите учащихся документировать свой проект несколькими способами.
• Попросите учащихся снять видео каждого испытания, чтобы
подтвердить свои утверждения.
• Попросите учащихся сравнить эти выводы с реальными случаями.

Предложения
Учащиеся могут собирать данные в формате диаграммы или таблицы.
Учащиеся могут построить график результатов своих испытаний.

Представление результатов
В конце этого проекта учащиеся должны представить результат своих
исследований.

Чтобы улучшить презентации учащихся, выполните следующее:
• попросите их описать, какой фактор влияет на устойчивость здания;
• попросите их сравнить эти идеи с их выводами;
• попросите их изложить объяснение в контексте;
• попросите их задуматься о своих выводах;
• обсудите, отражают ли их результаты реальность.

Категории оценки проекта согласно ФГОС

Можно использовать эти категории оценки вместе с сеткой категорий
наблюдения, приведенной в главе «Оценка с помощью WeDo 2.0».

Исследование
На этапе исследования убедитесь, что учащийся активно участвует в
обсуждении, задает вопросы, отвечает на них и может своими словами
ответить на вопросы о землетрясениях.

  1. Учащийся не может дать ответы на вопросы или адекватно участвовать в обсуждении.
  2. Учащийся с помощью подсказок может дать ответы на вопросы, адекватно
    участвовать в обсуждении или описывать факторы, которые могут повлиять
    на устойчивость конструкции при землетрясениях.
  3. Учащийся может дать ответы на вопросы, адекватно участвовать в обсуждениях или описывать факторы, которые могут повлиять на устойчивость конструкции при землетрясениях.
  4. Учащийся может дополнять объяснения в ходе обсуждения и подробно
    описывать факторы, которые могут повлиять на устойчивость конструкции
    при землетрясении.

Создание
На этапе создания убедитесь, что учащиеся используют документацию для
записи прогнозов и выводов и изменяют только по одной переменной в ходе
проводимого исследования.

  1. Учащийся не заполняет всю необходимую документацию и хаотично
    изменяет переменные в ходе исследований.
  2. Учащийся использует документацию, но некоторые важнейшие элементы
    отсутствуют, и иногда не соблюдает принцип изменения только одной переменной в ходе исследований.
  3. Учащийся адекватно использует документацию для записи прогнозов и выводов или в целом демонстрирует последовательность при изменении по одной переменной в ходе исследований.
  4. Учащийся отлично использует документацию для записи прогнозов и выводов или постоянно демонстрирует последовательность в изменении по одной переменной в ходе исследований.

Обмен результатами
На этапе обмена результатами убедитесь, что учащийся может эффективно
использовать документы и устное общение, чтобы объяснить, что происходит
с симулятором землетрясений и какие выводы можно сделать из результатов
испытаний.

  1. Учащийся не предлагает объяснения ни в своем документе, ни в ходе устного общения.
  2. Учащийся неэффективно использует документы и устное общение для
    объяснения происходящего и возможных выводов. Объяснение может быть неполным или неточным.
  3. Учащийся эффективно использует документы и устное общение для объяснения происходящего и возможных выводов.
  4. Учащийся эффективно использует документы и устное общение для сложного и точного объяснения происходящего и возможных выводов.

5. Индивидуальный подход

Чтобы обеспечить дополнительный успех, можно предложить дополнительные рекомендации по сборке и программированию. Например:
• объясните, как проводить исследование;
• используйте доказательства для обоснования;
• предложите ученикам провести дополнительные опыты с
изолированными переменными для проверки гипотез.

Кроме того, ясно опишите требования к представлению и документированию учащимися своих выводов.

Предложение
Предоставьте более подготовленным учащимся дополнительное время для строительства и программирования, чтобы они могли использовать свои знания для разработки собственных исследований. Учащиеся могут изменять параметры, такие как уровень мощности симулятора землетрясений, материалы, используемые для строительства зданий, или поверхность, на которой они испытывают свои здания.

Дополнительное исследование
Учащиеся будут проектировать самое высокое здание, способное противостоять землетрясению силой 8 баллов. Они будут применять выводы из предыдущего исследования.

Возможные ошибочные представления у учащихся
Учащиеся могут полагать, что землетрясения происходят в случайных местах по всей Земле. Большая часть сейсмической активности в мире связана с границами тектонических плит. Хотя во время землетрясения могут образовываться мелкие трещины из-за оползней или обрушений грунта, земля не «открывается» вдоль линии разлома._

В помощь преподавателю

Учащиеся смогут:
изучите происхождение и природу землетрясений;
создадите и запрограммируете устройство, которое позволит испытывать проекты зданий;
задокументируете результаты испытаний и представите свои выводы о том, какой проект или проекты наиболее сейсмоустойчивы.

Формирование типов деятельности ученого и инженера и универсальных учебных действий в процессе учебно-исследовательской и проектной деятельности с использованием WeDo 2.0

Постановка вопросов и формулирование проблем
П-1-6; П-2-5; К-1-6; К-2-5

Планирование и проведение исследований
П-1-2; П-1-8; П-2-2; П-2-7

Анализ и интерпретация данных
П-1-7

Применение математики и алгоритмического мышления
ИКТ-1-13; ИКТ-1-14

Построение аргументации на основе фактов
П-1-9; К-1-4

Поиск и оценка информации
П-1-1

Обмен информацией
П-1-4; К-1-1; К-1-2

Взаимодействие и сотрудничество
К-1-3; К-1-5; К-1-7; К-2-1;
К-2-2; К-2-3; К-2-4; К-2-6

Учебные материалы

Загрузите и просмотрите рабочий лист или разошлите его в формате HTML-страницы или PDF.