乐高教育WeDo 2.0 核心套装

坚固的建筑结构

通过乐高积木构建的地震模拟器来探究建筑的那些特征可帮助其抵御地震。

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,思考如何能够更好地开展教学。
• 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,了解大致的实验内容,并对其进行讨论。

介绍视频
以下是关于视频的讨论点,仅供参考:

  1. 地表的形状已经被改变。就像一块巧克力曲奇,从上面被按压后,
    该板块导致地面滑动,相互摩擦和碰撞。
  2. 发生以上现象后,会产生地面的震动。
  3. 地震中,房屋和其他建筑可能会被损坏或摧毁,这取决于震动的强
    度和其他各种因素。
  4. 现在,我们拥有抵御地震的房屋建筑,这要归功于在科学设计上的
    进步。
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讨论问题
探究阶段的问题,旨在激发学生初步的思考和/或总结之前的学习,从而评估实验学习的表现。

1.地震是什么?它会造成什么灾害?
由于地球板块的移动,导致地壳之间的摩擦,从而产生地震。
2.科学家如何测量地震的强度?
科学家运用里氏地震规模来测量地震。地震分为 1-10 级,数字大,
地震强度就越大。
3.什么因素能使房屋抵御地震?
这个回答需要学生的假设,这意味着学生可能会给予不正确的案。
4. 建筑的大小、高度和承受能力之间是否有什么联系?这会对地震有
什么影响?
高且纤细的建筑一般不够稳定,在侧力的作用下,更容易倒塌。
5. 如何确保每次实验的公平性?
每次试验中,只改变一个参数。
6. 有无其他重要因素需要探究?
建筑的设计与材料都是重要因素,可以在实验过程中予以考虑。
7. 模型建筑如何抵御地震?
建筑师与工程师根据建筑结构、建造原理和模拟数据来测试模型的
弱点。
8.坚硬材料与弹性材料,哪个能更好地抵御地震?
地震抵御能力取决于多种因素,但一般弹性比较大的材料比坚硬的
材料能更好地抵御地震。

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

搭建一个地震模拟器和房屋模型,并为其编写程序。
根据搭建指导,学生要搭建一个地震模拟器。通过这个设备,进行地震测试,并收集有效证据,最终确定哪个建筑的抗震能力最佳。

1.搭建一个地震模拟器。
模拟器通过活塞来推拉测试盘。马达功率的强度决定了地震的振幅。

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2.为模拟器编写程序。
开始屏幕上会显示数字“0”,之后程序链将重复运动 5 次。当屏幕上显
示数字“1”时,开始地震晃动,马达运行 2 秒,之后等待 1 秒。

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注:
如果学生想要尝试更强烈或更微弱的地震震级,他们可以通过更改程序链中的数字来加以实现。给学生更多的自由空间来编写自己的程序。

建议:
教师可以通过视屏或其他模型引入纵波(P 波),并结合 WeDo 2.0 的地震模拟器(S 波),让学生更全面地认识和了解地震。

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探究所设计的建筑
既然学生知道了地震模拟器的工作方式,就让他们按照每次只改变一个变量的方式来探究不同的因素。

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1.改变高度
学生应使用两个基盘比较小的建筑(A 和 B)。

学生会发现,基盘小的高建筑,在震级最小的时候,就会倒塌。通过同样方式,学生需要探究基盘小的矮建筑能否更好地抗震。

学生能够发现,基盘大小相同时,高度较矮的建筑抗震性更好。

注:
因为每个马达的功率不同,所以每个小组的探究震级结果会有所不同。

2.改变地基的宽度
采用同样的方式测试两个高度相同、基盘一大一小的建筑(B 和 C)。

学生能够发现,高度相同时,基盘较大的房屋抗震性更好。

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。

运用地震模拟器做深层探究
让学生探究更多关于影响建筑抗震的因素。

1.改变震级
让学生预测,如果震级增加,在房屋 A、B 和 C 上会发生什么?(震级可
调至 8 级)

让学生记录下自己的预测,并测试每一种情况。

2.改变建筑
运用科学事实(基盘大的建筑抗震性更好),让学生搭建一个可以抵
抗 8 级地震的最高建筑。

让学生探究不同的建筑组合?
• 探索不同的建筑形状。
• 介绍新建筑材料(需要老师自行准备,如:硅胶、纸、金属等)。

协同合作建议
让小组之间比较建筑设计,并向对方描述建筑结构和地震测试:
• 建筑结构中,最坚固的是什么?
• 建筑结构中,最薄弱的是什么?
• 建筑能否抵御地震测试?

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:
• 要求学生拍摄每个实验过程,以证实他们的探究结果。
• 要求学生用生活实际案例与探究结果进行比较。

建议:
学生可以通过手画表格或电子表格方式来收集数据。
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
在实验结束时,学生应展示他们的探究结果。

学生的展示包括:
• 影响建筑稳定性的因素。
• 比较他们的预测与他们的发现。
• 需要有文字解释说明。
• 对自己的总结做反思。
• 讨论他们的实验结果是否反映了现实情况。

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,学生应积极参与讨论,提出疑问和回答问题,并可以用自 己的话来回答关于地震的问题。

1.学生无法完全回答问题或参与讨论。
2. 学生通过帮助,能够回答问题,参与讨论,或说明可能抵御地震的建 筑结构因素。
3. 学生能够完整回答问题,参与各种实验讨论,并说明可能抵御地震的 建筑结构因素。
4. 学生可以在讨论中延伸对讨论内容的解释,且能非常详细地说明可能 抵御地震的建筑结构因素

创造阶段
在创造阶段,学生能够利用文档记录预测和发现,在每次的探究测试
中,只改变一个参数。

  1. 学生无法在探究过程中完成所有的记录,在探究实验中,无法精确地 改变一个参数。
  2. 学生记录实验内容,但缺少关键信息,在探究实验中,常常无法精确 地改变一个参数。
  3. 学生能够完整记录下实验预测和发现,在探究实验中,可以精确地改 变一个参数。
  4. 学生能够充分利用文档工具,完全记录下实验预测和发现,在探究实 验中,能够精确地改变一个参数

分享阶段
在分享阶段,学生能够充分利用文档工具,相互交流,解释地震模拟器
的实验内容,并做测试后的最终总结。

  1. 学生无法提供解释,且无法参与交流。
  2. 学生无法有效地利用文档工具,能够参与交流,但对实验内容的解释 不够完整或精确。
  3. 学生能够有效地利用文档工具,参与交流,并对实验内容做出解释 。
  4. 学生能够充分有效地利用文档工具,积极参与交流,并对实验内容做 出完整且精确的解释

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:
• 解释如何进行探究。
• 利用实验证据来做解释。
• 通过独立变量测试来增加更多的实验经验。

明确说明学生应以哪种方式展示和记录其实验发现。

建议:
为了让学生可以尝试更多的实验,应在搭建和编程上给予更多的间,
以便他们可以运用自己的方式去探索和设计。学生可以改变参数:地震模拟器的震级、搭建房子的材料或测试房子的接触面。

深层探究
学生将设计一座可以抵抗 8 级地震的最高建筑。他们需要应用之前的探究经验。

学生容易误解的内容
学生可能认为地震会随机地在世界各地发生。大部分地震活动与地球的板块构造有关。地壳的浅层断裂也会引发地震,导致山体滑坡、地面崩裂或地面沿崩裂线隆起。

教师支持

学生们将会:
• 探究地震的来源和性质。
• 创造一个可以测试建筑设计的地震模拟器。
• 展示最有效的抗震建筑设计,并对实验结果做记录

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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