BricQ Motion Essential

举重运动员

探索举重运动员在健身房训练时的动作。机械装置如何帮助他们举起更多的重量?

30-45分钟
高级
年级 3-5
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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。考虑提前搭建举重运动员模型,以便在课堂中使用,用以帮助搭建有困难的学生。
  • 请确保在前面的课程中已介绍过相关概念(即重力、加速和减速)。
  • 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。

参与

(全班,5 分钟)

  • 请在此处观看学生学习视频,也可通过在线学生学习材料获得视频链接。
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  • 视频中不同类型的举重包含了不同的力,围绕这些力展开一次快速讨论。
  • 可以提出如下问题:
    • 哪些力有助于举重运动员举起重物?(肌肉拉动可以移动身体,而身体可通过推或拉来举起和放下重量。)
    • 哪种力可使重物回落?(重力)
    • 什么是滑轮,什么是滑轮组?这些装置如何帮助举重运动员进行训练?(滑轮是绳索可以绕其滚动的轮子。滑轮组是由两个或两个以上的滑轮组成的系统,滑轮之间有绳索穿过,此系统在拉动负载时具有一定的机械优势。)
  • 告诉学生,他们将搭建一个举重运动员模型,然后通过实验探究平衡力和非平衡力。

探究

(小组,25 分钟)

  • 让学生两人一组合作搭建举重运动员模型。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。
  • 搭建步骤 21-29 对学生可能具有挑战性。在这些步骤中,他们将开始在自己的模型中采用更多的乐高机械部件,并运用他们的观察技能,正确排布绳索。可使用教师预先搭建的模型来帮助学生自我识别搭建中的错误。
  • 可从下面的提示部分找到搭建方面的帮助。

实验 1:

  • 让学生使用搭建手册所示的滑轮位置 1 测试模型,升起杠铃。
  • 告诉他们在学生学习单上记录自己的观察结果。(此模型没有机械优势,因为它不能增加或减少所需的工作量或工作速度,只能改变运动方向。)
    • 在此配置中模型不够“强大”,无法提起装有 4 个杠铃片(轮子)的杠铃。它只能提起较少的轮子。
  • 要求学生一次从杠铃上取下一个轮子,用更少的轮子重复进行实验,并让他们记录发生的情况。

解释

(全班,10 分钟)

  • 召集学生一起分享他们所学到的内容。
  • 提问:作用在举重运动员身上的力是平衡的还是不平衡的?(力是平衡的,因为模型除非被手上下推动/拉动时,它才会移动。)

实验 2:

  • 向学生展示如何将模型更改为滑轮位置 2。
  • 让他们在此位置测试模型,并在学生学习单上记录观察结果。

拓展

(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:
    • 当更改绳索的位置时,你注意到举重运动员运动的哪些方面?(重物更容易被移动了,且重物自身能移动,但移动得没有那么高。)
    • 什么使得举重运动员能够举起重物?(重量[即重力]下拉配重积木,滑轮将向下运动转换为向上拉动。)
    • 为什么滑轮位置 2 与滑轮位置 1 的结果不同?(位置 2 使模型具有 2:1 的机械优势。这意味着模型将提升负载所需的力减半,但负载的提升高度也会减半。你需要拉动两倍长度的绳索才能将负载提升到与滑轮位置 1 相同的高度。)
  • 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)

  • 在上课过程中通过询问“为什么”和“如何”之类的问题,让学生思考他们正在探究的概念。
  • 向学生提出引导性问题,鼓励他们用“出声思维 (Think Aloud)”的方式,解释他们在模型搭建过程中进行决策时的思考和推理过程。

观察检查清单

  • 评估学生对作用于模型的平衡力和非平衡力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. 我能够独立工作
    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:我觉得自己能够描述平衡力和非平衡力。
    • 蓝色:我知道自己能够描述平衡力和非平衡力。
    • 紫色:我不仅能够描述平衡力和非平衡力,还能帮助同伴理解。

同伴反馈

  • 让学生在各自小组内讨论其合作经验。
  • 鼓励他们使用如下表达方式:
    • 当你......我非常感兴趣
    • 我想了解更多关于你如何......
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提示

搭建要诀

  • 可以像这样设置滑轮:
    • 位置 1
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  • 位置 2
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分层教学

可通过如下方式简化本节课:

  • 让学生首先尝试没有“杠铃片”的模型,用一只手向下推动黄色轴,而另一只手放在配重积木上
  • 要求他们描述自己在推下黄色轴时的所见所感

可通过下列方式增加难度:

  • 让学生使用套装中的积木或其它轮子为杠铃和后部配重 (rear weight) 增加额外重量,然后互相挑战以使模型重新平衡
  • 要求学生使用套装中的积木为模型增添特色

拓展

(注意:这将需要额外的时间。)
为了培养学生的数学技能,可使用滑轮位置 1 设置举重运动员模型,并使重量模块抬升得尽可能高。模型将保持平衡。让学生计算他们需要拆下多少轮子才能让举重运动员上升和配重下降(即非平衡力)。

以下是举重运动员模型各部分的重量:

  • 重量模块 121 克
  • 举重运动员 40 克
  • 轮子 23 克(每个)

滑轮的对齐情况和滑轮上的摩擦力会对重量产生轻微影响,所以每侧的重量会有所不同。

CCSS.MATH.CONTENT.3.MD.A.2

教师支持

学生将会:

  • 试验和测量平衡力与非平衡力对物体的影响。
  • 探究滑轮组系统的机械优势
  • LEGO® Education BricQ Motion Essential 套装(每两名学生一套)

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)
知道地球不需要接触物体就可以对物体施加引力(小学5-6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)

学生材料

学生学习单

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