机器人教学-7+培训部（能源世界I）课程教案.docx

培训部教学资料Energy IJohnson Zhang前言：Energy I能源世界 I乐高设计与技术活动系列包含动力机械、结构与力、能源世界三大部分。各部分又按照探索、研究、解决问题来划分级别。孩子们在活动中通过动手，循序渐进地理解相关知识，并能够将这些知识与现实生活联系在一起。能源世界 I活动是能源世界的第一门活动，在活动中，孩子们将探索什么是动力。比如一辆小车，如何可以让小车可以动起来呢？风、马达、橡皮筋、挂在一定高度上的重积木-。在活动中孩子们通过比赛，来测试自己的模型，然后改进，循序渐进地来通过动手掌握技能，理解一些物理概念。活动中孩子们还将运用掌握的动力与能量知识来解决一些问题，培养孩子们解决问题的能力。其中涉及到的一些物理知识，只是观察，知道现象，增强孩子们以后获取新知识的能力。设计与技术系列: Design and technology动力机械 IPower Machine I结构与力Structure & Force能源基础 Ie-LAB III动力机械 IIPower Machine II能源基础 IIe-LAB II动力机械 IIIPower Machine III能源基础 IIIe-LAB III活动主题活动目标知识点看谁的小车开得最远观察斜面高度与小车行驶距离的关系。理解质量与行驶距离的关系。质量、高度、距离、刹车让孩子们知道什么如何去阻碍运动.知道阻碍运动的几种方式. 理解摩擦、惯性等物理概念。摩擦、停止、惯性碰撞车让学生观察到碰撞现象。通过探索体会到高度对速度的影响，理解势能。观察影响速度和距离的因素。碰撞、速度、气球小车观察到气球的放气所产生的空气流动现象。通过探索体会到空气流动所产生的力。运用空气的流动.观察影响速度和距离的因素。空气动力、速度、摩擦、空气的流通快艇车让学生观察到风的力量。通过探索体会到不同形状的帆的作用(三角形四边形)。观察影响速度和距离的因素。风、帆、形状、速度橡皮筋小车让孩子们知道什么如何使用橡皮筋作为一种能量。知道势能（长度和能量的关系）。理解收集存储能量。势能、存储、橡皮筋重力小车让孩子们知道势能现象。知道势能（高度和能量）。熟悉坚固的结构。势能、高度，速度、结构惯性小车知道惯性。知道产生惯性产生的方法。惯性、距离、速度登高比赛让孩子们知道什么样的速度可以上坡。知道马达的速度与力量的关系。理解小车在斜面上的受力。理解生活中的倒车档原理。速度、力的大小陀螺转起来让孩子们运用齿轮来加快速度。会运用复合式齿轮传动。体会齿轮的多少与负载的关系。对陀螺的物理运动有一定的认识。陀螺、速度、负载拉上来会使用简单的势能来解决问题。拉、高度、质量飞人魔术观察抛物的运动轨迹。使用橡皮筋来解决问题。知道产生抛物运动的方法。抛、运动轨迹、速度老鼠在厨房使用橡皮筋解决问题。知道能量存储。存储、触碰、力井水在哪里利用风能来解决问题。风、高度、绞盘、结构吹风机使用动力来制造风能。动力、风力有多长?理解测量。知道如何去测量一条非直线的长度。测量、长度、曲线教学过程联系：引导孩子们自己去联系，引导他们的思维兴趣进入活动。建构：初步的常识。Design:培养孩子们先设计后思考的习惯，设计是为更好地搭建，同时也是培养孩子们后面的反思做准备。Building:搭建方法是丰富多彩的, 没有一个正确答案。不要低估孩子们的想象力！反思：对初步建构所出现的问题思考，进一步改进。延续给每个学生足够的符合其各自能力的挑战，所以在每个活动中孩子们都会找到适合自己的那个挑战.就象摘苹果一样,让孩子摘到适合自己高度的的那个苹果.教学准备：活动器材：9645能源世界 I 活动使用 9645 作为活动器材，这套器材是乐高教育部的有悠久历史的经典套装。是笔者的最爱！200 多块组件，包括各种齿轮、马达、能建造上百件与日常生活有关联的工业机械系统模型，是法国“动手做”课程的指定教学工具之一。器材补充：9637 测速器由于能源世界 I 是向孩子们介绍速度，动力等物理概念，加入测速器的补充可以向孩子们更好地呈现速度的快慢！也是为能力更强的孩子们向更高挑战提供了准备。活动补充器材：老师需要自己准备电吹风卷尺斜面活动手册:能源世界 I 活动是没有具体的搭建卡的，孩子们尽情地发挥自己的想象和创造力来解决问题。活动手册每个孩子人手一本,活动手册更多的是孩子们的成长手册,每个活动的进步都呈现在上面.教学过场中,活动手册也提供了孩子们设计的提示和设计的环境.也是孩子们回家继续延续的参考.关于这本教参：能源世界 I活动由 16 个活动内容组成，由浅入深。每个活动内容为 1 小时，所以进行完所有活动需要 16 小时。活动的年龄对象为 7 岁以上，无需乐高搭建基础.这本教学参是提供给上能源世界 I活动的老师的。只是活动的说明，不是教案。老师在教参的基础上拓展出自己上课的风格和方法,作为教参,里面的每个活动都力争给老师们足够的资源.教参如果有任何问题，联系人：章森看谁的小车开得最远The farther the better教学目标:观察斜面高度与小车行驶距离的关系。理解质量与行驶距离的关系。掌握打搭建小车结构的基本方法。观察到摩擦、势能等物理现象。器材:9645、斜面关键词势能、高度、质量、速度、摩擦凯文和苏珊正在比赛,他们正在想办法,让小车可以从斜面上开得更远!你也来参加吧!Design：设计并搭建一辆车,要让它可以从斜面上开下来,开得越远越好!Building：参考搭建方法：孩子们第一次搭建，老师可以适当地引导他们。引导孩子们使用尽量少的零件来搭建出小车，孩子们使用的零件越少，能够完成任务，他的结构就越合理！搭建完成之后，滚动轮子，是否可以飞快地滚动起来，轮子可能与梁之前有摩擦，阻碍轮子的滚动，可以使用轴套来防止。注意轴套不要太紧！1比赛：看谁的小车从斜面上可以开下来，开得更远？斜面不要太高，适中即可！老师用尺测量，让孩子们把成绩记录下来！第一次第二次第三次前进距离老师在黑板上记录下全班的成绩过程！2比较一下，为什么有的孩子们的车可以开得比较远呢？有什么办法可以让小车从斜面上下来后开得更远？首先是结构，结构好的小车会开得更远，轮子的摩擦太大的小车开不远！其次是小车的质量，质量越大的小车可以开得更远！让孩子们在原来的小车上添加重积木来试一下！第一次第二次第三次第四次小明小丽聪聪3改进你的小车，比比看谁开的最远？（第二回合，第三回合，-）孩子们在得到了质量与行驶距离的关系后，自己会搭建出各种重的小车！注意：小车的结构是首先重要的，检查一下你小车的轮子是否能够顺利滚动！所有的 LEGO 零件都是积木，套装中最中的是电池箱，上面有凸点，下面有凹点。参考：电池箱小车，注意你们的小车的结构！谁的小车最象 F1 呢 ！坚固，摩擦性能高的底盘是最基本的保证！孩子们的搭建始终是有创造力的！他们会试图使用完所有的零件！4停止比赛，观察黑板，你从比赛中得出什么结论？质量越大的小车，可以从斜面上下来开得更远！1增加斜面高度，比较观察，两个斜面的小车的行驶距离！孩子们通过小车的行驶距离，可以得出结论，斜面越高，小车行驶得越远！注意：不要再让孩子们改进小车的结构！2小车为什么会停下来！摩擦，使小车的能量逐步消耗掉了！3让下车从斜面上开下来后,走一段很小距离后,再冲上另一个斜面,看看它能不能再冲到原来的那个斜面的高度了呢?这段距离要适中，不能太长，否则小车会在这段途中停下不能了，能量已经逐步消耗掉了。刹车Stop the car!教学目标:让孩子们知道什么如何去阻碍运动.知道阻碍运动的几种方式.理解摩擦、惯性等物理概念。器材:9645、斜面关键词摩擦、停止、惯性朱蒂现在有个大麻烦了,她的车停不下来了!你来帮帮她!Design：设计一种方法可以帮助朱蒂可以安全地把车子给停下来!要让车子停下来,你认为最重要的是要:Building：方法 I：棘轮可以通过棘轮来让齿轮停止转动，从而让轴停止转动，最终让轮子停止转动。是比较有效的方法论也可以加上方向盘！方法 II：摩擦摩擦可以阻碍物体原来的运动的状态。染让车子停下来，就是要让轮子停止转动。用摩擦轮子的方法可以使车子停下来。让两边的轮子都要受到摩擦，那更有效。方法 III：利用重力的方向产生摩擦重力的方向永远是向下的！所以重积木是自然垂直的可以通过重积木的垂直来对在斜面上的轮子产生摩擦，从而使轮子停止！测试：放在斜面上测试！比较谁的擦车下滑的距离最短？分析原因！用尺来衡量，比较！（黑板记录数据）你有几种方法可以让车子停下来? 哪种方法可以最快地把车停下来?如何避免车子停下来以后可能会又下滑呢?车子的质量一定要轻，尽可能地减少重力！因为小车向下的力主要是来自于重力的作用的分力1分析：重积木是套装里面最重的积木零件！还有马达、电池箱！如果一辆车很重，你还能顺利刹车吗？比较谁的车最重的同时，刹车性能最好！黑板记录，分析比较！2测速：给你的下车添加上测速器，观察小车在斜面上下来的速度变化！测速器上的轴孔是可以转动的，要很好地通过轴与轮子连接！你的小车在斜面上哪个位置速度最快？最快速度为多少？哪个位置小车可以停下来！碰撞车hit the car教学目标：让学生观察到碰撞现象。通过探索体会到高度对速度的影响，理解势能。观察影响速度和距离的因素。教学材料：9645 动力机械套装关键词汇：碰撞、速度、玛丽和苏珊在做撞车游戏，他们要想办法使得小车可以顺利地被撞进球门！但是他们的小车总是被撞翻，你来帮帮他们！Design:设计并搭建一台撞车架和碰撞小车！Building：架子的结构要坚固！碰撞的摆摇要保证可以非常好地运动，没有摩擦。所以注意轴的连接。电池箱很重，可以起稳定作用。重及木在摇摆时，架子的结构不适很稳固。车子与架子的摆接触的地方很关键，重积木拉得越高就能量越大重力势能 E=mgh，h 越大，所以 E 就越大，然后传递给小车。小车的能量E=mv2/2所以 h 越大，E 越大，所以小车的 V 就越大。预备！发射！Are you ready？比比看，谁的车最远？你用的什么方法使小车不翻车？小车与重力摆接触的地方搭建一定要好。重力摆可以不需要固定住，只用一个销，让摆处是可以活动的，这样在接触的时候可以有效地避免撞翻车！你让小车被撞得更远的方法是？重积木拉的更高（也可以改进架子）小车不能太重。可以将摆 180 度地拉高，可以增加摆的高度，从而增加摆的撞击能量。1来个撞车接力赛，你最多可以撞几辆车？如果撞两辆，第二辆车与第一辆车的距离有 25 厘米，第二辆车最多可以被撞多远？2如果把重力摆装载车的身上，小车会怎么样运动？让学生观察！会使往复运动！可以让重力摆敲打你小车的本身吗？气球小车air balloon car教学目标：让学生观察到气球的放气所产生的空气流动现象。通过探索体会到空气流动所产生的力。解决搭建过程中的摩擦.运用空气的流动.观察影响速度和距离的因素。教学材料：9645 动力机械套装、气球、卷尺关键词汇：空气动力、速度、摩擦、空气的流通、玛丽和麦克正在想办法给他们刚做完的小车安装上一个动力，让它开起来！玛丽好像找到了一个很好的办法！Design设计并搭建一辆由气球来驱动的小车!气球就是小车的发动机!气球是要固定在小车上的,不能掉下来.Building：搭建参考 I：气球要象发动机一样，可以固定在小车的上面。气体排出学生可能会遇到，气球吹大，然后会与轮子的摩擦，所以在气球与轮子之间需要有阻隔。用板把气球给架起来！保证气球的顺利的空气流动，要留有足够的单位！搭建参考 II：小车的结构很重要由于气球的大小是一定的情况下，所以车的结构要牢固的同时必须“轻”，那才可以开得远！垫气球的积木，防止与轮子的摩擦！通气孔，留有了一个单位！（视气球而定）要保证轮子的轻松地滚动！轴套要非常好地利用！1 为什么气球可以成为动力？2 热气球为什么可以飞上天空？3你有什么方法可以让气球小车开得更远呢?4为什么小车有时候会转弯？因为轮子的轴有摩擦了，所以会转弯。所以要有效地固定轴套！增加轮子之间的距离也是有效的方法！3 比赛（板书记录成绩）4 看看成绩，分析一下，怎么改进？小组第一回合第二回合第三回合1234培养学生的表达能力！1观察一下，气球小车的运动，什么时候速度最快呢？2如果给你两个气球,你会怎么样来设计并搭建呢?快艇车speed boat car教学目标：让学生观察到风的力量。通过探索体会到不同形状的帆的作用(三角形四边形)。观察影响速度和距离的因素。教学材料：9645 动力机械套装、自制帆关键词汇：风、帆、形状、速度、约瑟夫和卡罗对即将到来的快艇车比赛感到无比的兴奋。但是他们还没有赛车，需要想办法制作快艇车.Design:设计并搭建一辆快艇车，(画出你所设计的风帆)Building：参考方案 I：桅杆用于绑帆车的底盘: 快艇车车的结构要牢固,摩擦要好.车后身宽些, 摩擦较好把帆绑上去四边形的帆参考方案 II：轮子改成滑轮磨擦会更小把帆绑上去三角形的帆参考方案 III：如果不用纸作帆,可以用板作帆.灵活地使用凸点,将板树立起来.风1比赛，测试，看哪一组的快艇车快得最远？准备电吹风, 给予风力风就相当于一个力!比赛:老师记录成绩,分析改进!第一次第二次第三次你的快艇车所行驶的距离:2什么样形状的“风帆”效果最好？让孩子们自己去通过比赛来比较，他们会发现帆船的那种形状的帆是效果最好的，面积大的帆也不一定是最好的。可以给你的快艇车起个名字再去参加比赛！3.怎么样可以根据风向改变帆的方向. 或者可以及时停速!不要固定绑帆的轴棘轮可以停止车.1如果给你的快艇加重,放一块重积木,最多可以开到多远?2帆船上面往往有好多风帆,给你的快艇加上更多帆,看看能开多远?关键是帆与帆之间的位置和帆的方向。橡皮筋小车elastic car教学目标:让孩子们知道什么如何使用橡皮筋作为一种能量。知道势能（长度和能量的关系）理解收集存储能量。器材:9645、橡皮筋关键词势能、存储、玛丽和阿家西正在想给小车装上根橡皮筋作为动力！看这辆橡皮筋小车可以开多远？为什么拉弹弓可以把东西射得很远？Design：设计并搭建你的橡皮筋小车！（设计图中，标出橡皮筋动力的安装方法！）橡皮巾的选择：套装中的橡皮巾：长短依次排列自己可以另外找一根效果较好的橡皮筋可以演示橡皮筋的弹力效果与长短的关系！Building：参考搭建方法 I：让车动，开起来，就是要让轮子转起来！也就是橡皮巾要带动轮子！车的底盘结构！要保证轮子的转动！前面是固定橡皮筋的地方，就相当于手握住弹弓一样！参考搭建方法 II前面橡皮筋的固定很重要！用齿轮也是一个好的卷橡皮巾的好方法！ 可以利用它上面的齿有种很好地可以固定橡皮筋的方法就是利用“板”上面的孔，将皮筋穿在孔里面，打一个“活结”！测试：1什么方法可以让小车开得更远？多转几卷，相当于把橡皮筋拉得长一点，橡皮巾越长，能量（势能）就越多，势能与长短或距离是成正比的。第一次第二次第三次小车行驶的距离:2有什么方法可以在想开的时候就开呢？就好象一个开关一样加上棘轮装置！存储橡皮巾的能量。1什么样的橡皮筋是最好的？2找根最好的橡皮筋，配在你的小车上！ 看看最多能开多远？3如果给你的小车加上几根橡皮筋，效果如何？重力小车gravity car教学目标:让孩子们知道势能现象。知道势能（高度和能量的关系）熟悉坚固的结构。器材:9645、关键词势能、高度，速度凯丽和杰母斯在试着给这辆车加上一块重物，让它成为车子的动力。你可以帮帮他们吗？Design：设计并搭建一辆使用重物的动力小车。使用重积木为动力装置。Building：重积木掉起一定高度成为动力源，势能=mgh用梁竖立起来,架起一定高度.h车的底盘1.如何将重物抬起一定高度呢?用梁竖立起来,架起一定高度.掉起一定高度势能=mgh用汉堡堡结构(标准结构)来树立起这根梁!2.如何来让重物成为动力源呢?重物受地球万有引力作用,始终向下运动,即,就是要往下掉!势能可以成为一种动力能量.使用滑轮来传动这个重物.,来传递能量.车的底盘上传动轮子的轴上绑上滑轮和线.车的竖立框架上也有滑轮来使重物下滑,从而产生能量和动力.1如何可以让车开得远些?E=mgh增大高度增大重物重量.多加几块重积木试试看! 或者换个电池箱!2如何来存储住一定高度上的重物所产生的能量呢？棘轮是一个非常好的方法。惯性小车continue go ahead教学目标:知道惯性。知道产生惯性产生的方法。知道如何来增加惯性的方法。器材:9645、尺关键词惯性、距离、速度米拉在想，有什么办法可以轻轻启动小车一下，它就可以往前开很远？Design：设计并搭建一辆可以利用惯性前进的小车！Building：参考搭建方法：在小车上安装一个飞轮！飞轮可以通过齿轮来带动小车轮子的转动！1你用什么方法作为你的惯性？惯性就是要增加小车本身上的速度，小车本身有速度之后，就可以带动小车前进。飞轮可以有效地产生速度，从而带动小车。可以通过齿条来让飞轮转动起来，（使劲一拉！齿条更多的话，效果越好，老师可以视情况多发给学生多些的齿条）或者让小车在地上滚动一定时间之后，放手即可！小车会再向前前进一段距离！2比赛，记录成绩：第一次第二次第三次你的惯性小车前进的距离:3如何来增大你小车的惯性呢？增加所转动的飞轮的质量！增加原来所产生惯性的速度！（转动的更快些！）1你的惯性小车最多可以前进多少距离？2你有几种在小车上形成惯性的方法？3惯性还可以利用在哪里？惯性一定好吗？可以如何避免呢？登高比赛Snail Car教学目标:让孩子们知道什么样的速度可以上坡。知道马达的速度与力量的关系。知道小车在斜面上的受力。理解生活中的倒车档原理。器材:9645、斜面关键词速度、力的大小、同学们在比赛小车爬坡！看谁的车最快爬上坡！你也来参加吧！想一想：汽车爬上斜坡速度是放哪个档？Design：设计并搭建一辆可以爬上坡的电动小车！Building：搭建一辆由马达驱动的电动小车！电池箱马达齿轮传动车的底盘1你用什么方法来使马达驱动小车。齿轮传动大齿轮带动小齿轮加速小滑轮带动大滑轮减速小齿轮带动大齿轮减速滑轮传动大滑轮带动小滑轮加速但是滑轮打滑比较容易，不是很适合马达驱动，但是可以起到保护马达的作用。2测试，比比，看谁的小车能爬到最高？爬到顶端的小车所用时间是多少？第一次第二次第三次小车行驶到坡顶的时间:3什么样的齿轮传动最容易上坡呢？大齿轮带动小齿轮，速度快，但是力量小！小齿轮带动大齿轮，速度慢，但是力量大！因为：P=FV，马达的 P（功率是一定的），所以力量与速度是成反比的。小车上坡是需要克服重力的分力，所以小车要有足够的力！速度力量马达传动速度力量所以使用小齿轮带动大齿轮的小车非常容易上坡4在地面上比比，谁的小车速度最快？大齿轮带动小齿轮的小车，速度是非常快的，但是小车启动是要靠一定的牵引力才能够顺利地前进的。1把坡变得更陡，你还上得上去吗？你的小车上坡的极限坡度是多少？2和同学玩拔河比赛！看谁胜利？标志过了表点就酸分出胜负！注意这个活动最好挑选明显有胜负可能的，如果两辆小车都不动的情况下，电池箱的电很快就会跑光，因为此时的效果就相当于电池箱“短路”。3如果把车子的份量加重，车子的行驶情况会如何？观察车子的负载与车子的运动情况。4在坡上设计并搭建一台拖拉机，把有一定重量小车拖上来，你的最短时间是多少？5你设计并搭建的小车的速度究竟有多快呢？使用测速器来测量：让孩子们客观地观察到速度的大小。注意：测速器其实也是一块“积木”要让测速器上的轴孔与轮子连接，要连接的是轮子，这样才能直接测量，不要与齿轮传动联系在一起。陀螺转起来peg-top教学目标:让孩子们运用齿轮来加快速度。会运用复合式齿轮传动。体会齿轮的多少与负载的关系。对陀螺的物理运动有一定的认识。器材:9645关键词陀螺、速度、负载孩子们都在进行陀螺比赛，看看谁的陀螺可以转到最后一刻！谁的陀螺可以转动时间最长？有什么办法可以不用手去接触这个陀螺就能够让它转起来？Design：设计并搭建一台陀螺驱动器,不用手就可以让陀螺转起来!Building：手转动轴齿轮传动会带动陀螺的转动.带动起来以后 ,把梁向上一拎 ,梁上面有孔 ,陀螺就可以自己继续转动.齿轮带动.陀螺陀螺的轴上面有个 8 齿齿轮1. 什么样的陀螺是最好的?可以让学生自己搭一个出来转动,看看哪个时间转得最长?陀螺是定轴运动.肯定需要用到轴.陀用滑轮好呢还是轮子好呢?比较后得出结论:好的陀螺是:陀螺要重,所以用轮子是比较好的选择,滑轮过去轻.陀要离开地面近些.低些.(重心低,稳定)2.如何可以让陀螺转动的时间更长呢?当陀螺一定的时候,陀螺所转动的速度越大,那么它转动的时间就会越长.想让它转动的时间长些就是要提高它的转动速度.可以采取符合式齿轮传动来加快它的速度:手转动轴,给轴一个转动速度.采用符合式齿轮传动,2 级,陀螺的速度是手的速度的 25 倍.陀螺:陀重!低!3.如何可以转动