黃萍萍 李敦勇

黃萍萍 浙江省溫州市平陽縣水頭鎮(zhèn)第五小學(xué)教師。溫州市教壇中堅、學(xué)科骨干教師，平陽縣學(xué)科課堂教學(xué)一等獎獲得者，指導(dǎo)的學(xué)生在各類比賽中獲獎。

李敦勇 浙江省溫州市平陽縣新紀(jì)元雙語學(xué)校教師。全國青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽優(yōu)秀指導(dǎo)師，指導(dǎo)的學(xué)生在各級比賽中獲得一等獎獎項。撰寫的《設(shè)計一個智能家居模型》等多篇案例在《中國信息技術(shù)教育》刊物上發(fā)表。

教學(xué)背景

“我們的小纜車”是教科版科學(xué)五年級上冊第四單元第一課時的內(nèi)容，主要研究拉力大小與小車的運動之間的關(guān)系。通過本課學(xué)習(xí)，學(xué)生能理解物體重力的產(chǎn)生，墊圈重力與小車所受拉力的轉(zhuǎn)換，以及拉力大小和小車運動快慢的關(guān)系。但在原型實驗中，學(xué)生需要用秒表測量小車每次從起點到終點用的時間，記錄每次實驗的數(shù)據(jù)，而秒表計時可能存在誤差問題。另外，實驗結(jié)束時需要匯集全班各小組的數(shù)據(jù)，觀察分析規(guī)律，消耗不少時間，導(dǎo)致研討時間不夠。通過開源硬件和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡化實驗操作，可以很好地解決這些問題，使實驗數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、直觀，更容易分析。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能 了解重力是物體由于地球吸引而受到的向下的拉力;知道一定的拉力能夠使靜止的小車運動起來，拉力越大，小車運動得越快。

過程與方法 安裝用重力拉動的小車;制訂研究計劃，做拉力大小與小車運動快慢關(guān)系的實驗;用實驗數(shù)據(jù)驗證自己的推測。

情感態(tài)度與價值觀 注重獲取證據(jù)，用證據(jù)來證明觀點。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點 拉力大小與小車運動速度快慢關(guān)系的實驗設(shè)計與實施。

教學(xué)難點 用實驗數(shù)據(jù)驗證推測。

教學(xué)準(zhǔn)備

一、材料準(zhǔn)備

掌控板1個，N+百靈鴿擴展板1個，數(shù)字大按鈕模塊3個，數(shù)字防跌落傳感器2個，小車1個，椴木板和棉線若干。

二、制作實驗平臺

利用LaserMaker軟件設(shè)計出整個實驗平臺。然后用激光切割機切割好椴木板，隨后將各種材料進(jìn)行組裝，組裝后如圖1。其中，連接硬件時，起點（防跌落傳感器）接P7引腳，終點（防跌落傳感器）接P16引腳，紅色按鈕接P0引腳，白色按鈕接P2引腳，黃色按鈕接P13引腳。

三、編寫硬件程序

硬件程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能如圖2，詳細(xì)程序可掃描右側(cè)實驗硬件程序二維碼獲取。

教學(xué)過程

一、談話導(dǎo)入

師：生活中我們會用到許多交通工具，請同學(xué)們思考下面這幾種交通工具是靠什么動力前進(jìn)的。（課件出示自行車、電瓶車、轎車、馬車等圖片）

生：自行車靠人力，電瓶車靠電力，轎車靠動力（有可能說汽油給發(fā)動機動力，帶動汽車前進(jìn)），馬車靠馬的拉力。

師：車可以靠不同的動力前進(jìn)，而纜車是被鋼纜繩拉著前進(jìn)的，它可以很輕松地爬上陡坡，是一種很有特色的交通工具。今天這節(jié)課我們就一起來研究小纜車的運動。

二、認(rèn)識重力

教師直接出示一輛小纜車，提問學(xué)生：用什么方法，可以讓小纜車動起來？

生：可以拉動或者推動小纜車。

師：這里有一些鐵墊圈（多準(zhǔn)備一點），你能用這個讓小車動起來嗎？需要用幾個？

學(xué)生猜測：1個、2個……

教師演示實驗，學(xué)生觀察。

師：請你們思考一下，是什么力量使小纜車運動起來的呢？

教師介紹重力的概念：物體這種向下的力，我們把它叫作重力。我們的小纜車正是因墊圈所受到的重力通過繩的牽引轉(zhuǎn)化為拉力，才運動起來的。

三、探究拉力大小與小纜車運動的關(guān)系

（一）實驗猜測與假設(shè)

師：剛才我們用拉力讓小車運動起來了，那怎樣做才能讓小車運動得更快呢？請同學(xué)們猜測一下，拉力大小與小車的運動速度快慢有什么關(guān)系？

學(xué)生猜測：拉力大，速度快;拉力小，速度慢。

（二）制訂實驗計劃

為了保證實驗順利進(jìn)行，在實驗前，教師應(yīng)安排學(xué)生小組合作，制訂合適的實驗計劃，以保證后期能夠有序高效地完成實驗。教師可以找2～3組匯報研究計劃，并指出優(yōu)點和不足，然后出示完整的研究計劃。

教師出示實驗器材，演示器材使用方法，下發(fā)實驗記錄單。

（三）實驗實施與驗證

學(xué)生分組實驗，做好實驗記錄，教師巡視指導(dǎo)。

1.編寫數(shù)據(jù)呈現(xiàn)程序

開始實驗后，電腦端先在Mind+舞臺上利用畫筆功能繪制出坐標(biāo)軸，橫坐標(biāo)為實驗次數(shù)，縱坐標(biāo)為時間（程序如圖3）。分別創(chuàng)建“實驗次數(shù)”“時間”“墊圈個數(shù)”等角色，當(dāng)實驗硬件平臺每次測得結(jié)果后，電腦端將從SIoT服務(wù)器上訂閱消息，然后進(jìn)行分析，得出實驗次數(shù)、時間、墊圈個數(shù)等數(shù)據(jù)（如果墊圈個數(shù)與上次實驗不一樣，將最新的個數(shù)顯示在舞臺指定位置），然后以拆線圖的形式展現(xiàn)在舞臺上?！皦|圈個數(shù)”角色程序如圖4。

2.實驗驗證展示

在電腦端單擊“開始”按鈕，開始實驗操作，同時舞臺界面畫好坐標(biāo)系。學(xué)生通過按鈕，選擇墊圈個數(shù)，按紅色按鈕開始實驗，將小車移至起點，然后放開，小車在墊圈的拉力作用下移至終點。同時，實驗數(shù)據(jù)在等待時間內(nèi)通過SIoT平臺發(fā)送至電腦端，然后電腦根據(jù)所訂閱到的信息進(jìn)行拆線的繪制。每種墊圈數(shù)重復(fù)實驗3次。重復(fù)上一步操作完成3種墊圈個數(shù)的實驗，最終結(jié)果如圖5。

3.實驗總結(jié)

學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，討論交流實驗心得，匯報實驗結(jié)果，得出結(jié)論。

教學(xué)反思

本次實驗通過開源硬件和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)，提高了實驗的準(zhǔn)確性，同時生成的可視化數(shù)據(jù)，讓結(jié)果呈現(xiàn)得一目了然?？梢婇_源硬件不僅可以創(chuàng)作出一些創(chuàng)意的作品，同時也可與科學(xué)實驗進(jìn)行整合，從而使實驗數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、直觀，更容易分析。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）