乐高教育WeDo 2.0 核心套装

拉力

探究平衡力和不平衡力对物体移动的影响。

120+分钟
中级
年级 3-5
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1. 准备

30分钟

• 请阅读“课堂管理”中的备课准备。
• 阅读实验内容,思考如何更好地开展教学。
• 确定如何介绍实验:使用 WeDo 2.0 软件中所提供的视频,或使用自己选择的材料。
• 确定实验的最终结果:展示参数并制作乐高文档。
• 确保充足的教学和实验时间,以达到最终的教学目标。

2. 探究阶段

30-60分钟

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学生通过预览首页视频,了解大致的研究内容,并对其进行讨论。

介绍视频
从人类第一次移动大型物体以来,已经经历了无数个年头。从远古到
现代,人类运用过各种工具来推拉物体。

1.当无法拉动某一物体时,表明反方向的力大于或等于拉力。
2.当开始拉动某一物体时,表明拉动物体方向的力大于其他方向。
3.地球上还存在有摩擦力。
4.表面摩擦力越小,越容易拉动物体;反之,越难拉动。

17世纪著名物理学家牛顿探究出力与运动的存在,并对其做出解释。
学生也将进行相关体验。

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讨论问题
1.有没有其他方法可以移动物体?
要想移动物体,通常需要向物体施加力。
2. 能否解释摩擦力?一个放在粗糙面或平滑面的物体,哪种情况下更
容易拉动?
这个问题引入了摩擦力。在平滑面上的物体比在粗糙面上的更容易
拉动。如果物体体积大,且表面非常平滑,推力或拉力就会减弱(抓
力减弱)。
3.如何测量力的大小?
这个测试需要准备弹簧测力计。老师需要就如何正确使用弹簧测力
计给予指导。
4.当一边的拉力大于另一边时,预测会发生什么?
这个问题是基于学生在实验开始时的预测。学生的答案可能不正
确,但通过实验和关于力的讨论,他们会得出:物体会向推力或拉
力大的一方移动。
5.能否推断平衡力与物体运动状态的关系?
力的不平衡会改变物体的运动状态。(加速移动、减速移动等等)

允许学生们选择最适合获取并分享自己伪代码的工具。鼓励他们使用文本、视频、图像、图注或其它创意性媒介。

3. 创造阶段

40-60分钟

搭建一个拉力机器人,并为其编写程序。
学生根据搭建指导完成拉力机器人的搭建。拉力机器人可以用篮子拉动物体。这个探究实验可以在各种类型的接触面上进行,如:木质面、地毯面,但请在整个实验过程中使用同一种接触面。

1.搭建拉力机器人。
机器人的“摆动行走”需要使用锥齿轮。锥齿轮改变旋转轴方向,从纵
向转为横向,将运动从马达转到轮子上。篮子由平滑的积木组成,可以减少摩擦。

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2.为机器人编写程序,使其可以拉动物体。
编程应该在马达打开两秒后,按 3、2、1 展示(马达调至第 10 档)。

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建议:
在学生开始探究之前,让他们尝试改变程序参数,以便其更好地了解
程序内容。

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测试拉力机器人
通过使用机器人模型,学生能够对拉力进行探究。

1.向篮中加入小物体和一些重物,直至机器人停止移动。
在普通接触面上,一般加入 300 克左右的物体,机器人就会停止前行。学生可以使用不同的物体,但每个物体不应过重,实验的最终目的是使力平衡。当学生找到平衡力后,可以用箭头标示力的方向。

2.不要移除篮中的物体,将大轮胎换上,继续测试。
学生会将大轮胎换上,这会使轮胎与接触面之间的摩擦力增大,也使拉力增大。这时力会突然变得不平衡。实验目的是为了证明:当拉力大于其他方向的力时,物体会移动。

3.找到机器人在大轮胎帮助下仍能拖动的最重物体。
在这里,学生需要研究接触面的摩擦力。

4.将篮中的物体全部卸下,用弹簧测量器的挂钩挂在篮筐的尾端。
学生通过这个测试,可以测量出机器人的最大拉力应该在 300 克左右。

深层探究
“深层探究”是选择性的拓展教学内容。其中的探究内容是为高年级或
高级别的学生所设计的。

学生需要使用锥齿轮来改变马达转动的方向。这一操作不会大幅度加大移动的力。

1.搭建不同的拉力机器人
让学生探索新机器人的设计方案。让他们搭建自己的机器人,并重复之前的三个测试,把实验结果与之前的进行比较。想要获得更多搭建灵感,可以查看设计库。

协同合作建议
找到教室里最强大的机器人
当所有小组完成测试后,可以组织一场拔河比赛:
• 小组两两进行比赛。
• 将两个机器人背对背,用乐高链子连接起来。
• 比赛开始前,小组成员在篮子中放入相等重量和大小的物体。
• 在老师给予指示后,开始比赛,看看哪个机器人是最强大的?

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4. 分享阶段

40 分钟(或更多)

完成乐高文档
让学生用不同的方式记录他们的实验,建议包括以下内容:
• 用截屏的方式记录实验结果。
• 比较拍摄的图片与现实的印象。
• 让学生用视频的方式记录下对实验的描述。

建议:
学生可以通过手画表格或电子表格方式收集数据。学生也可以用图标的方式,展示他们的实验结果。

展示实验结果
实验结束后,学生需展示他们的探究结果。

学生的展示包括:
• 专有名词的运用,如:平衡力、非平衡力、拉力、推力、摩擦力和重力。
• 用箭头标示力的方向。
• 需要有文字解释说明。
• 让学生运用现实生活中所观察到的平衡与非平衡力来分析实验。
• 讨论他们的发现与一些特别情况的联系。

实验评估标准

可以使用“观察评估表”做学生评估,详情参照“ WeDo 2.0 测试”。

探究阶段
在探究阶段,学生需要积极参与讨论,提出疑问和回答问题,并正确使
用专业术语:推、拉、力和摩擦力。

  1. 学生无法回答问题,无法充分参与讨论,无法完全说明推和拉两个动 作,或无法将两者联系到力学上。
  2. 学生通过帮助,能够回答问题,或参与讨论,或可以通过一个例子说 明推力和拉力。
  3. 学生能够完整回答问题,并参与各种实验讨论,或通过一个例子说明 推力和拉力。
  4. 学生可以在讨论中延伸对讨论内容的解释,或非常详细地说明推力和 拉力的概念。

创造阶段
在创造阶段,学生需负责小组的一部分工作,对实验做出预测,并能够 运用在探究阶段收集的信息。

  1. 学生无法在小组中正常工作,无法对实验做出预测,或无法使用所收 集的材料。
  2. 学生在帮助下,能够在小组中工作,并对实验做出预测。
  3. 学生在引导下,可以收集和使用信息,参与小组工作和小组讨论,对 实验做出预测,并运用收集的信息在展示阶段做内容解释。
  4. 学生积极参与小组工作,担任引领者的角色,并运用所收集的信息解 释推力和拉力。

分享阶段
在分享阶段,学生能够解释发生在模型上的各种力。在经过多种组合测 试后,能够预测各种实验结果,可以利用从实验中收集到的重要信息,得到解释或结论,完成最后的实验报告。

  1. 学生无法参与探究讨论,无法运用力的概念解释模型,或无法使用信 息来完成最后的实验报告。
  2. 学生在帮助下,能够参与力的讨论,完成多项测试内容,从而对实验 进行预测,使用有限的信息来完成最后的实验报告。
  3. 学生参与力的探究讨论,并用从实验中收集到的信息来完成最后的 实验报告。
  4. 学生积极参与关于实验主题的各项讨论,使用从实验中收集到的信息 来完成最后的实验报告,报告中包括额外要求的内容。

5. 分层教学

为确保实验的成功,请在搭建和编写程序上给予更多的指导:
• 解释马达的使用。
• 解释简单的程序链。
• 解释如何进行探究。
• 限定学生所要集中探究的因素,如:拉力和摩擦力。

明确说明学生应以哪种方式展示和记录其实验发现。

深层探究
作为额外的教学内容,要求在创造、设计、搭建和编程上给予学生更多的时间。深层探究可以让学生了解更多拉力与推力的规律。

为了深层探究,可以要求学生通过拔河比赛,比较他们机器人的力量。

学生容易误解的内容
学生一般认为静止的物体不存在任何力的关系。举例解释:用力推拉着手刹的汽车。因为汽车静止不动,所以学生认为没有任何力的系,而实际其中存在着几种力的作用。科学的理解:不同平衡力的存在,才使物体的运动状态不改变。

教师支持

学生们将会学习:
• 探究什么是力及其怎么能使物体移动。
• 通过创造机器人和给机器人编写程序。 来探究平衡力与非平衡力对
物体运动的影响。
• 记录下实验细节,并展示对各种力的发现。

乐高教育WeDo 2.0 核心套装
WeDo 2.0 软件或编程应用程序

• 提出并明确问题
• 计划并开展探究
• 分析并解读数据
• 运用数学和计算思维
• 以证据来论证
• 获得、评估并沟通信息

学生材料

以 HTML 页面或可打印的 PDF 格式下载、查看或分享学生学习单。

了解详情

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