BricQ Motion Prime

螺旋桨汽车

虽然帆船或陆地快艇不易逆风航行,但借助巧妙的工程技术是有可能实现的。探究机械力如何改变物体的运动状态,以及如何从远处起作用。

30-45分钟
高级
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,以便螺旋桨汽车移动。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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  • 围绕哪种力可使螺旋桨汽车移动展开快速讨论。
  • 可以提出如下问题:
    • 是什么使风力涡轮机运转的?(是风,风是由于大气压力差而产生的。)
    • 是哪种力使风力涡轮机运转的?(叶片的形状会影响风的力向量,从而产生旋转运动。)
  • 告诉学生,他们将搭建一辆螺旋桨汽车,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螺旋桨汽车模型。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:逆风

  • 要求学生将螺旋桨汽车面向风扇放置在起跑线上。
  • 告诉他们打开风扇并观察汽车如何移动。
  • 让他们在学生学习单上记录自己的观察结果。

实验 2:顺风

  • 要求学生转换螺旋桨的位置,使其向后,或者翻转齿轮模块,使灰色齿轮位于顶部。
  • 让他们打开风扇,观察当汽车朝向前和朝向后时分别会发生什么。
  • 让他们在学生学习单上记录自己的观察结果。
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实验 3:更多风扇叶片

  • 让学生添加额外的风扇叶片,并再次进行实验。如果时间充裕,请让他们尝试下列方式:
    • 螺旋桨齿轮模块朝上
    • 螺旋桨齿轮模块朝下
    • 螺旋桨齿轮模块朝后
    • 4 叶片螺旋桨
    • 6 叶片螺旋桨(请参阅搭建手册第 3 页,获得提示)
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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:
    • 你们可以改变什么使汽车从逆风行驶转为顺风行驶?(传动系统或螺旋桨的方向。)
    • 是什么原因导致螺旋桨汽车逆风行驶(冲向风扇)? (作用于汽车的力向量之和将使其转向逆风。)
    • 一辆风力汽车的行驶速度能超过风速吗?(是的!在我们上课开始时观看的视频中,一些汽车的移动速度要比风快得多。)

拓展

(全班,5 分钟)

  • 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和装置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与齿轮系结合是如何改变物体运动状态的。
    • 蓝色:我能够描述无形力与齿轮系结合是如何改变物体运动状态的。
    • 紫色:我能够描述并解释无形力与齿轮系结合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。他们应该轮流进行调整工作,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:

  • 让学生仅尝试汽车逆风行驶的基本模型变量

可通过下列方式增加难度:

  • 挑战学生,让他们找出使汽车更高效的逆风行驶方法
  • 要求学生找出如何用飞轮更换风扇,以使他们的汽车移动

Extensions

(注意:这将需要额外的时间。)
为了培养学生的数学技能,可让他们探索比率的概念,并使用比率语言来描述螺旋桨叶片转动速率与车轮转动速率之间的传动比。

CCSS.MATH.CONTENT.6.RP.A.1

教师支持

学生将会:

  • 了解力如何改变物体的运动状态。
  • 了解力如何从远处起作用。
  • 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)
使用杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械解决生活中的实际问题'(5-6年级,小学科学课程标准,技术部分)
数学课程标准(2011)
在实际情境中理解比及按比例分配的含义,并能解决简单的问题(小学4-6年级,数学课程标准,正比例,反比例)

学生材料

学生学习单

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