课程背景与目标：本课程通过设计实验装置和动手操作，让学生了解在滚动摩擦情形下物体运动的基本规律。物理学中的力和运动是STEM课程中最常见的核心内容，相关的知识点多且集中，本课程正是结合这些知识点，创造学生可以主动参与以及竞争的情境，让学生在解决问题的过程中学习力和运动的有关知识，并学会设计制作，学会合作学习。

课程领域：工程、物理、数学、写作

建议年级：二年级

建议时间：分钟

课程任务：学习球的运动规律(主要是加速运动与减速运动)，了解摩擦力，以及速度的方向和分解，培养发现问题和解决问题的能力。

教学过程

一、导入(15分钟)

1.简述轨道和加速度的概念(5分钟)

轨道是固定的运动区域，是为了限制某些物体在其中按照既定路线运动而设计出来的平台或管道等。加速运动就是速度越来越快的运动，速度的变化与发生这种变化所用的时间的比就是加速度。要一直保持运动方向的受力不平衡才能产生加速运动。

2.举例说明什么是轨道(5分钟)

此处内容略。

3.简述什么是摩擦力,并让学生体验摩擦力(5分钟)

摩擦力是两个相互接触的物体,当有相对运动或有相对运动趋势时,在接触面上产生的阻碍运动的作用力。

教师可以让学生将手用力贴在某个平面上,如桌面上,并向前滑,然后攥起拳头在桌面上滑动,体会两种不同的摩擦力。

二、任务执行与反思(分钟)

(一)第一个任务的执行与反思(55分钟)

1.出示任务和评价量规(10分钟)

(1)任务:以小组为单位,在竖直平面上做一个倾斜的轨道,让小球能在其上滚动并且不会滚出轨道。各小组设置一名观察员。

(2)材料:笔、普通A4纸、硬纸板、透明胶、塑料平板(或室内墙壁)、玻璃球、剪刀。

(3)评价量规:轨道制作评价量规1

1分

2分

3分

滚动的流畅性

小球无法滚动起来,或者滚动起来后经常出现滚动中断的情况

小球可以滚动起来,但是偶尔会出现动中断的情况

小球滚动流畅

轨道的限制性

小球完全不按照轨道的规定路线运动,或者观察不到轨道对小球运动的限制作用

轨道能对小球的运动产生约束,但是约束力不强,偶尔会出现小球偏离轨道掉落的情况

小球完全依照轨道的限定进行运动

小组分工合作

分工不明确,每个成员不清楚自己的角色

有基本的分工,但是分工不系统,或执行分工不彻底,或出现没有承担任务的成员

有明确的分工且贯彻实施,每个成员都安排了相应的任务，并且每个人明确自己的任务，有组织地执行

注:出示任务和评价量规后给少量时间让各小组进行沟通准备

2.执行任务(20分钟)

正式执行轨道制作任务,教师要求学生依照评价量规思考以下问题。

轨道倾角为多少度合适?

轨道应该如何固定在竖直平面上?具体如何操作?需要注意什么细节?

小组如何分工?(需要以下角色:规划者、固定竖直平面者、固定轨道者加固胶带者、实验操作者和记录者。)

3.总结和反思(25分钟)

全部小组完成轨道制作后，教师组织学生讨论。

你们组是如何分工的?

你们组在轨道制作过程中是否出现了问题?出现了什么问题?为什么会出现这样的问题?

假如需要增加制作一条轨道,让小球的运行速度减缓,你们要怎么做?

拓展问题:小组如何画出思考和执行任务的流程图？

(二)第二个任务的执行与反思(50分钟)

1.出示任务和评价量规(10分钟)

(1)任务:用现有的材料制作出一套轨道,使得小球能在轨道上运动,且运动的时间必须超过20秒,时间越长越好。

(2)评价量规:轨道制作评价量规2

1分

2分

3分

滚动的流畅性

小球无法滚动起来,或者滚动起来后经常出现滚动中断的情况

小球可以滚动起来,但是偶尔会出现滚动中断的情况

小球滚动流畅

轨道的限制性

小球完全不接照轨道的规定路线运动,或者观察不到轨道对小球运动的限制作用

轨道能对小球的运动产生约束,但是约束力不强,偶尔会出现小球偏商轨道掉落的情况

小球完全依照轨道的限定进行运动

小球运动时长

不足15秒

15-20秒

20秒以上

小组分工合作

分工不明确,多数成员不清楚自己的角色

有基本的分工,但是分工不系统,或执行分工不彻底，或出现没有承担任务的成员

有明确的分工且贯彻实施，每个成员都安排了相应的任务,并且每个人明确自己的任务,有组织地执行

材料剩余

剩余材料极少,大量材料在制作过程中被浪费,缺乏合理的规划

有剩余材料,但不多,使用的材料在制作过程中考虑了合理规划,但存在一些问题

剩余材料摆放较为规整,可以继续利用,已经使用的材料利用设计较合理

注意:关于小球运动时长一项的评分要根据教师实际给子学生的材料以及竖直平面的面积而定。评价量规并非一成不变,教师需要自己动手实验并给出合理的评价标准

各个小组通过讨论,改进原来的分工和设计,制作新的轨道

2.执行任务(40分钟)

正式执行轨道制作任务,教师要求学生依照评价量规思考以下问题。

你们组是怎么分工的?

对于抵消小球在下落中产生的加速度的方法是否经过了实验验证?

是否考虑了对材料的节约?

你们是用什么方法保证轨道对小球的限制性的?

在有限的空间中如何安排轨道的上下分布?

拓展问题:小组如何画出思考和执行任务的流程图?

三、全班讨论(20分钟)

所有的小组完成制作后,请评价得分第一名的小组进行汇报总结。在时间允许的条件下,教师要让尽可能多的小组发言。发言内容可基于以下问题。

你们组是怎么分工的?

对轨道装置的设计有没有改进？

上下轨道是否有连接?如何让小球持续运动同时保持较小的速度?

小球是否有自由下落的过程?是否需要计算这部分产生的速度增长?是否在这个环节进行了实验?

在有限的空间中如何安排轨道的上下分布?你们是怎么操作的?

在轨道制作的过程中有什么意外的问题出现?

如果还有剩余时间,请各组的观察员做各个小组的观察汇报。

文章来源：《美国STEM课例设计》

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原标题：《优秀STEAM案例

玻璃球轨道——掌控速度与时间的规律》

　　　　

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