乐高MINDSTORMS头脑风暴EV3机器人核心套装

换档

搭建齿轮传动车辆,探究不同齿轮组的影响。

45-90分钟
中级
年级 6-8
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课程计划

1.课前准备

  • 浏览 EV3 课堂 App 应用程序中的学生学习材料。
  • 收集与齿轮传动系统有关的信息,其有助于学生理解升档降档等概念。

2.参与(5 分钟)

  • 根据下面发起一次讨论部分的想法组织学生围绕本节课程展开讨论。
  • 将班级学生分为两人一组。

3.探究(20分钟)

  • 让每组学生搭建齿轮传动车辆
  • 给他们一些时间进行测试运行,以确保模型搭建正确且能够按预期工作。

4.解释(10 分钟)

  • 让每个小组对每种建议的齿轮组至少重复进行三次实验,并记录结果。
  • 确保他们能够创建自己的测试表。

5.拓展(10 分钟)

  • 让学生分析齿轮传动比与车辆行驶距离和速度的关系。
  • 要求每组简要总结实验结果。
  • 请记得预留整理时间。

6.评估

  • 就每位学生的课堂表现提供反馈。
  • 可借助所提供的评价准则来简化此环节。

发起一次讨论

骑自行车上坡或逆风骑行是一件很费力的事情。良好的齿轮系统有助于调节运动所需的动力。在水平地面上驾驶时,可以以低速档起动,而当达到较高速度时切换至高速档。

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通过提出相关问题来围绕换档展开一次讨论,例如:

  • 术语传动齿轮减速是指什么?
  • 为什么齿轮装置经常被封闭起来?
  • 齿轮传动比与行驶距离之间有什么关系?
  • 在哪些情况下需要减速?而在哪些情况下不需要?

搭建要诀

搭建手册

模型使用
将车辆放置在距离墙壁至少 10 厘米的地方,同时将超声波传感器垂直于墙壁放置。运行程序并等待,直到 EV3 图标出现在显示屏上。按压 EV3 程序块上的“中间按钮”,开始测试运行。使用超声波传感器测量从车辆到墙壁的初始距离,并重置计时器。车辆将通过让大型电机进旋转一圈而远离墙壁。再次测量从车辆到墙的距离,并记录经过时间,以计算行驶距离、速度和转速。计算出的数值会一直显示在显示屏上,直到再次按下“中间按钮”,准备进行另一次测试运行。

超声波传感器使用
超声波传感器能够产生声音脉冲,而这些脉冲会形成一个锥形区域,能够探测到位于该区域内的物体。开始实验后,请勿站在车辆的旁边或超声传感器的锥形感应区域内;最佳位置是超声传感器后面。

进行实验
当学生进行实验时,提醒他们注意以下事项:

  • 行驶距离(厘米)、速度(米/秒)和旋转速度(转/秒)会显示在显示屏上。
  • 在测试表中记录实验编号、传动比、他们的预测、行驶距离和速度。确保留出足够的空间来记录其它观测值。
  • 对于每种齿轮组,至少重复进行三次实验并使用平均值,以确保获得最可靠的结果。
  • 参考“提示”部分的图像,了解如何更换齿轮组。

编程要诀

程序

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分层教学

通过如下方式简化本节课:

  • 与学生合作,帮助他们分析传动与车辆行驶距离和速度的关系
  • 减少学生必须探究的齿轮组的数量

通过如下方式提高学生的学习水平:

  • 解释平均值(例如算术平均值与中位数、对异常值的敏感性)的重要性,其能够均衡一系列实验的测量误差
  • 鼓励学生定义一个函数,以根据齿轮传动比预测行驶距离
  • 鼓励学生想出提高实验准确性的方法

评估环节

教师观察清单
可根据教学需要创设评价准则,例如:
1.部分完成
2.全部完成
3.超额完成

请使用下列成功完成任务的标准来评估学生的进度:

  • 学生能够描述齿轮传动比在预测实验结果方面的作用。
  • 学生能够运用数学概念和/或数学方法来确定齿轮传动比与行驶距离之间的关系。
  • 学生能够评估实验过程,并识别自变量、因变量和控制变量。

自我评估
让每位学生选择最能代表自己当前水平的等级。

  • 铜章:能够进行实验,但不能描述齿轮传动比在预测实验结果方面的作用。
  • 银章:在帮助下能够描述齿轮传动比在预测实验结果方面的作用。
  • 金章:能够根据自己对齿轮传动比在实验中的作用的理解,来预测运输重物的车辆应该采用哪个齿轮传动比。
  • 铂金章:能够根据自己对齿轮传动比在实验中的作用的理解,来预测运输重物的车辆应该采用什么样的齿轮传动比。此外,还能够预测快速车辆应该采用什么样的齿轮传动比。
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语言艺术拓展

整合语言艺术能力的培养,要求学生:

  • 围绕他们的实验结果和现实世界中使用升降档的例子,准备一份简短的报告
  • 准备演示文稿,说明他们的实验结果和学习成果

备注:这部分内容可用作拓展课程。

职业连接

喜欢这节课的学生可能会对以下相关行业产生兴趣:

  • 制造与工程(工程预科)
  • 科学、技术、工程、数学(科学与数学)
  • 交通运输(汽车技术)

教师支持

学生将会

  • 学习在哪种情况下升档或降档
  • 了解改变传动比会改变速度。

中华人民共和国教育部
义务教育初中科学课程标准
主题4:能与能源(8年级)
知道常用简单机械(杆杠、滑轮、斜面等)的特点,并用它们解释生活中的一些实例。
中小学综合实践活动课程指导纲要
设计制作活动(劳动技术)(7年级)
主题6. 智能大脑
能够实现传感器、控制电路、执行器的简单电路搭建,完成一定的功能,如模拟红绿灯、车库抬杆控制器等。

学生材料

学生学习单

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了解详情

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