SPIKE™ Prime 科创套装

蹲跳练习

绘制跳跃最高点的势能图。

30-45分钟
高级
年级 6-8
Squat Jumps - Lesson Header

准备混合式学习

(课前)

如有需要,可使用应用程序中的入门教程设计课程。这将有助于您及您的学生熟悉 Prime 科创套装。

——请务必观看此页面上的课程视频。
——可通过此页面上的链接,或在 SPIKE 应用程序中,阅读本节课的学生学习材料。
——可能需要考虑:
——请选择合适的工具和地点。例如,观看视频、阅读教材或动手体验的准备活动更适合在家中进行。实验和“动手”收集数据适合在课堂环境中进行。
——可以使用各种工具,允许存在广泛差异。这将提高学生的参与度和学习效果。
——提供各种虚拟协作方式。示例如下:
——视频会议
——博客、聊天工具或留言 (wall posts)
——电子版学生学习单
——调整课程流程,以应对整节课都不能在线下进行的情况。下面提供了一个课程流程示例。

——以下是根据学生需求调整课程流程的其它方法:
——让学生观看视频,了解他们的后续任务。可以指引学生在 SPIKE 应用程序中观看,或使用学生学习单中的网址。
——使用为此主题准备的其它材料。
——定制“学生创意笔记本”,让学生整理自己的学习经验,反思自己的发现。(请参阅“附加资源”)
——使用“课程简介”(便捷易用的课程概述,1 张可打印的页面),通过开放式挑战来启发学生,激发他们的兴趣。(请参阅“附加资源”)

参与

(课前,20 分钟)

——本节课探索势能。势能方程式为 Ep=mgh。式中 “g” 值已知,“m” 值可以获取或估算。本节课的未知量是跳跃高度,学生将会测量它。首先,他们将使用指向下方的距离传感器测量自己的最大跳跃高度(确保他们站在平面上)。接着,他们将探索使用智能集线器加速度传感器的其它方法。

发起一次讨论

通过提出与本节课相关的问题,展开一次讨论。以下是一些示例:

——什么是势能
——你能跳多高?
——这具有多少能量(势能)?

让学生写下自己的猜测。

探究

(课中,30 分钟)

——让学生搭建壶铃,使其能够记录与跳跃相关的数据。他们既可以创建自己的壶铃模型,也可以根据应用程序中的搭建手册搭建壶铃模型。
——让学生使用示例程序来试验自己的模型。
——确保他们以非常可控的方式跳跃 ,将壶铃直接指向光滑的表面(避免指向地毯或地毯)。

解释

(课中,15 分钟)

——给学生一些时间调整他们的程序,提高模型性能。
——鼓励他们在实验过程中记录尽可能多的数据。
——让学生将数据导出为 CSV 文件,这样他们可以根据需要在其它软件中对其进行操作。

拓展

(课后,25 分钟)

——如果学生仍然可以使用 Prime 科创套装,让他们完成 SPIKE 应用程序中的任务,通过动手实践方式深入探究,例如
——让学生负重跳跃(如背上背包),然后描述相对于空身跳跃,他们使用背包跳跃时的势能变化情况。
——如果学生受条件限制无法使用套装,可让他们完成“学生创意笔记本”,或向他们布置一项下方建议的扩展活动。大多数扩展活动可以通过动手实践期间收集的数据完成
——组织一次分享,提供交流信息的机会。可以使用最有效的方法/工具(即面对面或在线)进行。

评估

——对每位学生的课堂表现给予反馈。
——可借助所提供的评价准则来简化此环节。

评估环节

教师观察清单
可根据教学需要设定评估等级,例如:

——部分完成
——全部完成
——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:

——能够对设备进行编程, 实现在线形图上记录数据。
——能够解释线形图中的值。
——能够用自己的语言解释势能,并绘制精确的势能与质量和高度的关系图。

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。

——蓝色:能够使用应用程序中提供的程序将数据绘制成图形。
——黄色:能够创建自己的线形图并解释结果。
——紫色:能够独立创建新实验。

同伴互评

鼓励学生通过下列方式为同伴提供反馈:

——让一位学生根据上述彩色积木评价标准对另一位学生的表现进行评分。
——要求学生相互提供建设性反馈,改善下一堂课的表现。这是一个在混合式学习情境中使用视频会议工具或博客发布工具的好机会。

assessment-general.png

分层教学

可通过如下方式简化本节课:

——让学生仅使用智能集线器(也可以包含距离传感器)重新进行实验。
——确保学生调整 SPIKE 应用程序中示范的程序,匹配他们的模型配置。
——只要智能集线器保持与地面垂直,所采集的数据应与记录加速度值相关。

可通过如下方式提高学生的学习水平:

——要求学生找到其它方法来确定跳跃高度:
——使用智能集线器的加速度传感器
——通过跳跃视频
——仅使用时间

DIFF.png

提示

搭建要诀

Student-02.png

编程要诀
使用下载模式
本节课在“下载模式”下进行。“下载模式”使智能集线器具有更高的数据采样率。这意味着线形图有更高的分辨率,也意味着在程序停止后必须导入数据集。

使用“停止模块”自动传输数据集
使用此模块将终止你的程序,并在通过蓝牙建立连接后,自动将智能集线器中收集的数据集上传至你的设备。若使用 USB 连接,则需要手动上传数据集。

SPIKE PRIME Science Stop Block - en

主程序

SPIKE Prime Science Time for Squat Jumps - STEP03 - zh-cn

科学数据使用诀窍
下面示例展示了学生可从实验中获得的数据。

placeholder-image.png

拓展

数学拓展

引入数学能力培养环节:

——让学生不要直接使用距离传感器记录壶铃底部与地面之间的距离,而要通过加速度值获得跳跃高度。
——让学生使用每种方法(测量距离和通过加速度值计算)来获取势能,然后描述他们认为哪种方法最难或最有效,以及为什么。

注意:这将需要额外的时间。

MATH.png

语言艺术拓展

引入语言艺术能力培养环节:

——让学生写一篇论文,解释跳跃过程中会发生什么。让他们研究肌肉力量和生物力学,然后比较人类与几种动物的跳跃表现。
——让学生调查可以跳跃的机器人原型,然后写一篇论文,描述制造机器人的工程师如何复制肌肉发力。

注意:这将需要额外的时间。

LA.png

职业连接

喜欢这节课的学生可能会对以下相关职业产生兴趣:

——医疗服务
——工程与技术

教师支持

学生将会:
——探究测量跳跃高度的方法
——使用高度值计算势能

LEGO® Education SPIKE Prime 科创套装
安装 LEGO Education SPIKE 应用程序的设备

义务教育物理课程标准(8-9)
通过实验,认识能量可以从一个物体转移到另一个物体,不同形式的能量可以互相转化。

初中科学课程标准(7-9)
了解动能和势能与哪些因素有关;知道动能和势能可以相互转化以及机械能守恒的含义。

义务教育语文课程标准(7-9年级)
写简单的说明性文章,做到明白清楚;

中小学综合实践活动课程指导纲要(信息技术,7-9年级)
知道人与计算机解决问题方法的异同,尝试编写、调试程序。
通过计算机程序获取传感器实时采集的信息,验证之前的假设,甚至发现新的规律。

学生材料

学生学习单

下载、查看或分享在线 HTML 页面或可打印的 PDF 文件。

了解详情

LEGO, the LEGO logo, the Minifigure, DUPLO, the SPIKE logo, MINDSTORMS and the MINDSTORMS logo are trademarks and/or copyrights of the LEGO Group. ©2020 The LEGO Group. All rights reserved. Use of this site signifies your agreement to the terms of use.