BricQ Motion Prime

陆地快艇

陆地快艇能逆风行驶吗?探究隐形力如何改变物体的运动状态,以及这种力如何从远处作用。

30-45分钟
中级
年级 6-8
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课前准备

  • 查看在线学生学习材料。上课期间可使用投影仪与学生分享此材料。
  • 请确保在前面的课程中已介绍牛顿三大运动定律。
  • 请考虑所有学生的能力水平和背景。进行分层化教学,让每个学生都可以参与其中。有关建议,请参阅下面的分层教学部分。
  • 把风扇设置在地板上,在每台风扇前方至少预留 3 米的空间,以便陆地快艇移动。在每台风扇前方使用胶带标记起始位置(垂直于风扇)。

参与

(全班,5 分钟)

  • 请在此处观看学生学习视频,也可通过在线学习材料获得视频链接。
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  • 围绕哪种力可使陆地快艇移动展开一次快速讨论。
  • 可以提出如下问题:
    • 在视频中观看帆船和风筝时,你能看出哪些力在起作用?(拉力/推力)
    • 是哪种力使帆船移动的?(风的推力。)
  • 在什么情况下帆船不能航行?(如果风直吹帆船,则其不能逆风航行。)
  • 告诉学生,他们将搭建一艘陆地快艇,并探究风力如何改变其运动。

探究

(小组,30 分钟)

  • 让学生两人一组合作搭建陆地快艇模型。告诉他们轮流进行搭建,一位寻找积木,另一位进行搭建,每个步骤完成后交换角色。
  • 可从下面的提示部分找到搭建方面的帮助。
  • 引导他们开展学生学习材料中的三个实验,并分发学生学习单。

实验 1:顺风

  • 要求学生将陆地快艇背对风扇放置在起跑线上。
  • 告诉他们打开风扇,让他们的陆地快艇位于下风处(直接远离风扇),并观察它们的运动情况。为了优化陆地快艇的运动,可以转动小齿轮调整帆角,也可以移动红色衬套以改变帆的形状。
  • 挑战学生,让他们找到最佳的帆角和形状,使陆地快艇行驶的距离最远。
  • 让他们在学生学习单上记录最佳帆角和形状。

实验 2:侧风

  • 要求学生将陆地快艇垂直于风扇(90 度)放置在起跑线上。
  • 让学生打开风扇,看其陆地快艇是否移动到风扇的一侧。(他们必须再次调整船帆的角度,以优化陆地快艇的运动。)
  • 挑战学生,让他们找到最佳的帆角,并将其记录在学习单上。

实验 3:逆风
-让学生将其陆地快艇稍微转离起跑线,并朝向风扇,看看哪个帆角可使陆地快艇“逆风”(朝风吹来的方向)行驶。他们可以使用自己套装中的角度测量工具测量陆地快艇偏离起跑线的迎风角。通过正确调整,学生将能够使他们的陆地快艇逆风行驶,但不能直接逆风。

解释

(全班,5 分钟)

  • 召集学生一起回顾并讨论他们的实验结果。
  • 可以提出如下问题:
    • 每次实验中哪个角度效果最佳?
    • 限制条件是什么?(采用错误的角度接受太多的风会使陆地快艇倾翻。这就是为什么帆船会通过收帆来减少船帆的表面积,从而使船不被吹翻并倾覆)。
    • 为什么陆地快艇不能以超过 45 度的迎风角逆风行驶(朝向风扇)? (作用于陆地快艇的力向量之和将使其转向顺风。)

拓展

  • 如果时间允许,请详细解释作用力(力向量)。
  • 为学生留出一些时间拆解模型,将积木分类放回托盘,并清理工作台。

评估

(贯穿整节课)

  • 为每位学生的课堂表现提供反馈。
  • 让学生进行自我评估。
  • 可借助所提供的评价量表来简化此环节。

观察检查清单

  • 评估学生对不同的力如何改变物体运动状态进行描述的熟练程度。
  • 可根据教学需要设定评估等级。例如:
    1. 需要额外帮助
    2. 能够独立工作
    3. 能够教别人

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:
    • 绿色:借助一些帮助,我能够描述无形的力是如何改变物体运动状态的。
    • 蓝色:我知道自己能够描述无形的力是如何改变物体运动状态的。
    • 紫色:我能够描述并解释无形的力是如何改变物体运动状态的。

同伴反馈

  • 鼓励学生通过下列方式评估他们的同伴:
    • 使用上述积木标准进行相互评分
    • 表达他们的观点并给予建设性反馈
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提示

搭建要诀

  • 让各小组在完成搭建后立即开始测试。他们应该轮流调整风帆,以确保每个人都有机会尝试模型。
  • 为所有测试选择一种风扇速度。任何速度都可以。
  • 如果风扇尺寸或风力太大,可尝试将其距离起跑线更远一些。也可以使用一件家具阻挡风扇的一部分气流。
  • 如果风扇太小,可将其移近模型,或者尝试手持风扇跟随模型移动。

分层教学

可通过如下方式简化本节课:

  • 让学生在每次测试中以 90 度起航

可通过下列方式增加难度:

  • 鼓励学生调整三角帆的形状
  • 挑战学生,让他们找出如何使陆地快艇逆风行驶的方法
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拓展

(注意:这将需要额外的时间。)
为了培养学生的数学技能,可让他们的陆地快艇偏离起跑线 60 度角行驶,通过计算后轮在停车前旋转了多少圈来测量陆地快艇的行驶距离。他们可以使用角度和行驶距离来计算所形成的三角形的面积。

后轮直径 = 43.2mm
轮子的周长 = (π x D = C)

CCSS.MATH.CONTENT.6.G.A.1

教师支持

学生将会:

  • 理解从远处作用的风力如何改变物体的运动状态
  • 探索能量与力的关系
  • LEGO® Education BricQ Motion Prime 套装(每两名学生一套)
  • 胶带
  • 中型桌面电风扇(理想情况:每 10 名学生 1 台)

科学课程标准(2017)
举例说明给物体施加力可以改变物体运动的快慢,也可以使物体启动或停止。(3-4年级,科学课程标准,力部分)
数学课程标准(2011)
了解圆的周长与直径的比成定值,掌握圆的周长公式(小学4-6年级,数学课程标准,测量)

学生材料

学生学习单

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