8-9歲美式少兒工程課教案：連通之橋

1、2932.連通之橋一、課程目標(biāo).認(rèn)識(shí)并學(xué)會(huì)使用多種元器件：減速電機(jī)、舵機(jī)、超聲波探測(cè)儀、Orion主控板.練習(xí)使用工具：剝線鉗、虎鉗、刻刀、圓規(guī)、電烙鐵、熱熔膠槍、萬(wàn)用表；.學(xué)習(xí)并實(shí)踐工程工程流程和橋梁設(shè)計(jì)方案及實(shí)施方法。4學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)邏輯，掌握橋面開合控制方案和傳動(dòng)控制方式。5,學(xué)習(xí)編程的邏輯，控制電機(jī)和舵機(jī)實(shí)現(xiàn)橋面開合。二、能力目標(biāo)提問(wèn)階段：批判性思維能力構(gòu)思階段：創(chuàng)造力、批判性思維能力計(jì)劃階段：系統(tǒng)性思考能力實(shí)施階段：系統(tǒng)性思考能力、合作能力優(yōu)化階段：批判性思維能力工程總結(jié)：交流溝通能力三、STEM目標(biāo)1工程技術(shù)：橋梁主體設(shè)計(jì)及制造。學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力.信息技術(shù)：培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，學(xué)習(xí)

2、可視化編程.通用技術(shù)：學(xué)習(xí)使用多種工具：剝線鉗、虎鉗、刻刀、圓規(guī)等.數(shù)學(xué)：橋梁長(zhǎng)度、寬度的設(shè)定。橋墩距離的測(cè)算等。STEM講究的是融合，各個(gè)學(xué)科的融合。這個(gè)工程，本質(zhì)是工程，是來(lái)解決問(wèn)題。在這 個(gè)過(guò)程中，還融合了科學(xué)與數(shù)學(xué)。這才是活學(xué)活用，學(xué)以致用。四、材料準(zhǔn)備外觀造型局部序號(hào)名稱數(shù)量（1人）1注射器60ML1個(gè)2注射器20ML2個(gè)3塑料水管接頭6.4mm （三通）1個(gè).舵機(jī)、RJ25適配器和Mbot板的連接及控制程序注意：在連接RJ25適配器和Mbot板時(shí)，“接口”的數(shù)字應(yīng)與程序保持一致。.探究如何實(shí)現(xiàn)橋面的開合.利用舵機(jī)搖臂的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)橋面的開合。.將舵機(jī)的搖臂用銅線鏈接在一起。（因?yàn)槎鏅C(jī)搖

3、臂比擬短，不能實(shí)現(xiàn)橋面的完全開 合，可以讓學(xué)生自己領(lǐng)悟到）.將舵機(jī)用雙面膠粘到合理的位置，并用熱熔膠固定。.編寫程序，用mbot控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。使得橋面能夠平穩(wěn)開合。.引入超聲波探測(cè)儀，使得船距離橋面小于某一位置時(shí)，橋面能夠自動(dòng)開啟。等船通 過(guò)后橋面自動(dòng)閉合。6,調(diào)試舵機(jī)的角度，使得橋面在閉合時(shí)保持平整，開啟時(shí)船能自由通行。4.總結(jié).舵機(jī)的控制命令語(yǔ)句.舵機(jī)的構(gòu)造和安裝方法.電氣傳動(dòng)一一舵機(jī)傳動(dòng)，安裝位置及角度不同，最后需要調(diào)試的角度也不相同。.優(yōu)化L思考開合橋設(shè)計(jì)有什么需要改進(jìn)的地方？除了正常的橋面開合外，你還能想到什么地 方可以用到我們學(xué)到的知識(shí)。.工程總結(jié)（這里出現(xiàn)的課堂總結(jié)，可

4、在學(xué)生用書中表達(dá)出來(lái)）在工程的最后，鼓勵(lì)孩子們對(duì)整個(gè)工程做出回顧。大致的流程如下：大家好，我是的*,我手里拿著的是開合橋，開合橋的功能是在沒有船經(jīng)過(guò)時(shí)，橋面閉合，可以使得河兩岸的人正常通過(guò)。當(dāng)有船經(jīng)過(guò)時(shí)，橋面可以暫時(shí)翻開，讓船自 由通過(guò)等船通過(guò)后橋面再次閉合，供河流兩岸的人們行走。我做開合橋是為了解決* 的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們構(gòu)思了一些方案，并對(duì)這幾種方案進(jìn)行了探究。最終 我認(rèn)為哪種方案比擬適合。因?yàn)?以演講的形式對(duì)工程進(jìn)行總結(jié)，演講內(nèi)容要包括以下幾點(diǎn)：.自我介紹.本工程的是要解決什么問(wèn)題？你是分哪幾個(gè)步驟開展工程的？.通過(guò)本工程你學(xué)到了到了什么？.在工程制作中你遇到了哪些問(wèn)題，是如何

5、解決的？.完成這個(gè)工程后你有什么感覺？每個(gè)工程結(jié)束之后，都會(huì)有工程的總結(jié)報(bào)告，學(xué)生從提問(wèn)開始回顧、梳理整個(gè)工程流程, 因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)教育中大局部學(xué)生很少有站在講臺(tái)給大家表達(dá)的機(jī)會(huì)，一開始有的孩子可 能表達(dá)不是很流暢、有的孩子會(huì)怯場(chǎng)和緊張，這個(gè)時(shí)候老師要做示范和鼓勵(lì)學(xué)生按照上 述的邏輯表達(dá)。這個(gè)環(huán)節(jié)一方面是鍛煉孩子的表達(dá)溝通能力，另一方面，也是讓孩子再 從整體上把握工程流程。4硅膠管4*6 3根 5電池遙控器2個(gè)8帶齒輪箱電機(jī)2個(gè)9塑料合頁(yè)4個(gè)10 雪弗板 300*400*5mm 4 張11 Mblock RJ25 適配器 1 個(gè)12舵機(jī)2個(gè)13 木塊 2.5*4*11.5CM 2 個(gè)14木塊15木

6、塊16木塊2.5*4*15CM 2 個(gè)2*2*20CM 4 個(gè)2*2*6CM 10 個(gè)教室耗材和教室工具局部教室耗材教室工具鍍鋅鐵絲直徑l.4mm A4雕刻板黃銅絲直徑0.8mm雪弗板刻刀雙面膠老虎鉗和尖嘴鉗玉線302米白色剝線鉗玉線503藍(lán)色刻度尺透明吸管剪刀熱熔膠棒熱熔膠槍五、上課流程第一次課.材料準(zhǔn)備外觀造型局部序號(hào)名稱數(shù)量（1人）1塑料合頁(yè)4個(gè)2 雪弗板 300*400*5mm 4 張3 木塊 2.5*4*11.5CM 2 個(gè)4木塊5木塊6木塊2.5*4*15CM 2 個(gè)2*2*20CM 4 個(gè)2*2*6CM 10 個(gè)教室耗材和教室工具局部教室耗材教室工具鍍鋅鐵絲直徑l.4mm A4雕

7、刻板雙面膠雪弗板刻刀玉線302米白色剪刀玉線503藍(lán)色熱熔膠槍透明吸管刻度尺.本節(jié)課目標(biāo)1、了解橋梁歷史，知道古代橋梁、近代橋梁和現(xiàn)代橋梁形狀及建筑材料。2、了解橋梁的基本分類，知道梁橋、拱橋和斜拉索橋的基本形狀。3、學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)一座橋，知道橋梁的作用。4、掌握橋梁的組成，知道橋墩、橋柱及橋面在橋梁中的作用。5、知道需要根據(jù)河面寬度確定橋梁的長(zhǎng)度，并合理分布橋墩位置。6、自主設(shè)計(jì)橋面，掌握橋面的設(shè)計(jì)方法及實(shí)施步驟。3,熱場(chǎng)：簡(jiǎn)單介紹橋梁結(jié)構(gòu)類型和橋梁歷史1、提問(wèn)：生活中見過(guò)哪些橋梁？它們都是什么樣子的？（如果課程時(shí)間寬裕，可以讓 學(xué)生們畫一畫他們見到過(guò)的橋梁，第一次上這節(jié)課不建議）2、介紹橋梁

8、歷史并總結(jié)出橋梁結(jié)構(gòu)類型。參照課堂PPT或?qū)W生用書向?qū)W生們介紹古代 橋梁，近代橋梁和現(xiàn)代橋梁形狀及建筑材料構(gòu)成。和同學(xué)們一起總結(jié)出橋梁的三個(gè)基本 類型，梁橋、拱橋和斜拉索橋。梁橋：拱橋斜拉索橋4 .提問(wèn)中國(guó)南方有一座小鎮(zhèn)，小鎮(zhèn)的旁邊流過(guò)一條很寬的河。最近，河的另一邊新建了一個(gè)工 業(yè)區(qū)，鎮(zhèn)上很多人要到河對(duì)岸上班，這給他們帶來(lái)了困擾：要么得繞行很遠(yuǎn)才有一座橋,要么得坐很不方便的輪渡。大家都想新建一座橋。可是河里偶爾會(huì)有貨船駛過(guò)，橋面會(huì) 擋住高高的貨物，大家特別頭疼，你能幫大家解決這個(gè)問(wèn)題嗎？注：這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是，小鎮(zhèn)上的居民希望建一座橋，但是橋面會(huì)擋住貨船的貨物使其 無(wú)法順利經(jīng)過(guò)。5 ,構(gòu)思頭腦風(fēng)

9、暴鼓勵(lì)學(xué)生多想方法，多做各種可能的方式。頭腦風(fēng)暴最終結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一 種情況是集中在過(guò)河的方式上，另一種是集中在橋梁如何讓貨船通過(guò)上。集中在過(guò)河方式上的總結(jié)：1、飛過(guò)去。其中包括坐飛機(jī)，風(fēng)箏，用大彈弓給彈射過(guò)去，被炮給打過(guò)去等等。2、借助支撐的方式過(guò)去。其中包括索道，踩高蹺等。3、借助水上工具的方式。其中包括船、水上自行車、沖浪板等。這種問(wèn)題在點(diǎn)評(píng)階段教師可以根據(jù)課堂環(huán)境對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)評(píng)，需要注意這 種過(guò)河方式的總結(jié)并沒有很好的契合題目要求，題目中已經(jīng)說(shuō)明小鎮(zhèn)居民很希望建一 座橋了，只是橋面會(huì)擋住偶爾在河面上行駛的貨船，應(yīng)該針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行頭腦風(fēng)暴。 集中在橋梁如何讓貨船通過(guò)

10、的總結(jié)：1、抬高橋面。其中包括增加橋墩和橋柱的高度，如果是拱橋增加橋拱的高度。（注：橋面的高度應(yīng)該由河流歷史洪流量確定，確保橋面不會(huì)被洪水沖垮，當(dāng)然在河面較窄的情況下，可以采取這種方式。如果河面很寬，這種方式會(huì)大大增加造價(jià)本錢）2、實(shí)現(xiàn)橋面的升降，有船通過(guò)時(shí)把橋面抬高。（注：這種方式現(xiàn)實(shí)生活中是有的，同樣的問(wèn)題，在河面較寬的情況下如果把橋面抬高，對(duì)于材料的強(qiáng)度要求較高，同樣會(huì) 大大增加造價(jià)本錢）3、建一座“轉(zhuǎn)體橋”，使得橋面可以以橋墩為中心自由旋轉(zhuǎn)。（注：轉(zhuǎn)體橋在現(xiàn)實(shí) 生活中也是存在的，但是對(duì)轉(zhuǎn)軸的要求很高，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)也有一定難度）4、建一座開合橋，在船通過(guò)時(shí)橋面翻開。（注：這種方式是生活中最

11、常見的一種類 型，也是最符合課堂問(wèn)題的類型。在河面很寬的情況下，這種開合橋的類型簡(jiǎn)單可靠， 造價(jià)相對(duì)低廉）確定方案頭腦風(fēng)暴之后，在學(xué)生提出的各種可能性方案中選擇出最適合我們建造的開合橋類型，然后繼續(xù)就開合橋問(wèn)題提問(wèn)，確定采用哪種開合方式，是單橋面開合（如下列圖1） 還是雙橋面開合橋（如下列圖2）,（注：確定采用哪種開合方式仍然取決于橋梁的跨度, 如果跨度較小可以采用圖1所示的單橋面開合方式。如果跨度較大，就要采用圖2所 示的雙橋面開合方式。因?yàn)槿绻缍忍髤s采用單橋面開合方式，需要很大的力氣才能 使橋面開合，對(duì)材料性能要求較高。）知識(shí)儲(chǔ)藏一設(shè)計(jì)橋梁的步驟（這個(gè)過(guò)程教師應(yīng)該在黑板上畫出橋梁示意圖

12、，給學(xué)生做 個(gè)示范）（1）根據(jù)河面的寬度確定橋的跨度一一橋面的長(zhǎng)度（2）根據(jù)材料性能確定橋墩的排列方式（3）根據(jù)河道洪流值（水流量最大值）確定橋墩的高度，并根據(jù)（2）中橋墩的形狀 確定橋柱形狀和支撐形式。（4）根據(jù)人流量（某一時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)橋的人數(shù)）和河道環(huán)境設(shè)計(jì)橋面的寬度。（5）校核強(qiáng)度，以保證橋梁牢固可靠。計(jì)6、6計(jì)劃：（1）設(shè)計(jì)開合橋一一增加橋塔（2）設(shè)計(jì)開合橋吊起橋面7、實(shí)施根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)的開合橋圖紙，利用手中材料制作開合橋模型。備注：1、橋墩，橋塔的材料是準(zhǔn)備好的木頭，按照?qǐng)D中的排列方式排好即可。2、橋面的材料是雪弗板，需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)寬度和長(zhǎng)度，之后利用刻刀將雪弗板裁成需要的形狀（可以將

13、所需形狀畫在雪弗板上，沿著畫線切割會(huì)更容易些）3、可以先用雙面膠進(jìn)行黏結(jié)，這樣方面拆卸調(diào)整。等橋體形狀最終確定后再用熱熔膠 對(duì)橋體進(jìn)行固定。8、總結(jié).工程流程：提問(wèn)、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、優(yōu)化.橋梁結(jié)構(gòu)類型：梁橋、拱橋和斜拉索橋,設(shè)計(jì)橋梁的步驟。微信反應(yīng)話術(shù)大家好，今天是連通之橋的第一次課，課程主要解決橋梁擋住貨船的問(wèn)題。先是經(jīng) 過(guò)頭腦風(fēng)暴想出一系列解決問(wèn)題的方案，然后分析確定方案-制作一座開合橋。 接著分析真實(shí)際工程中建一座橋都要考慮哪些因素，并為自己要做的橋設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易圖紙。最后根據(jù)圖紙用木塊、雪弗板、雙面膠等完成開合橋的主體結(jié)構(gòu)搭建。為后續(xù)探究開合 橋的動(dòng)力源做好準(zhǔn)備。.2第二次課.材料準(zhǔn)備材料

14、數(shù)量（1個(gè)學(xué)生）注射器60ML1個(gè)注射器20ML2個(gè)三通管1個(gè)塑膠管2根教室耗材和教室工具局部教室耗材教室工具雙面膠A4雕刻板玉線302米白色剪刀玉線503藍(lán)色熱熔膠槍.本節(jié)課目標(biāo).通過(guò)探究注射器，讓學(xué)生了解氣壓傳動(dòng)原理.探究不同注射器與空氣之間的關(guān)系.將注射器安裝于橋上，利用注射器之間的傳動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)開合橋橋面的開合。.探究注射器的安裝位置和安裝角度，實(shí)現(xiàn)橋面的合理開合。3 .探究1.注射器的使用：拿出注射器，給學(xué)生展示活塞如何在針筒中來(lái)回移動(dòng)。展示一段軟 管，但不告知他們?nèi)绾芜B在注射器上。告訴他們每個(gè)學(xué)生都將得到3個(gè)注射器和2根 軟管。說(shuō)明使用注射器的平安須知。A嚴(yán)禁將注射器的兩個(gè)頭指向他

15、人B這不是角色扮演一一假扮醫(yī)生給人打針的時(shí)間C在做“發(fā)射”活動(dòng)的時(shí)候，一定要非常小心，不可以將注射器對(duì)準(zhǔn)人2,探究氣壓傳動(dòng)：將兩個(gè)注射器用一段軟管連接起來(lái)，推拉一個(gè)活塞可以使另一個(gè)活塞 跟著來(lái)回動(dòng)。空氣從一個(gè)注射器移動(dòng)到另一個(gè)注射器里。（下列圖）3.探究如何利用氣壓傳動(dòng)原理，通過(guò)安裝注射器的位置和角度實(shí)現(xiàn)兩個(gè)橋面的開合。（注：這個(gè)過(guò)程中學(xué)生會(huì)有很多新奇的想法，鼓勵(lì)他們?nèi)ゴ竽懙膰L試。在固定注射器時(shí) 盡量要求先用雙面膠固定，這樣如果后期需要調(diào)整拆卸比擬方便，在注射器的安裝位置 和角度都最終確定后，可以用熱熔膠固定。）4總結(jié).因?yàn)閮蓚€(gè)注射器之間連通，所以可以做成氣壓傳動(dòng)裝置。.注射器之間的空氣守恒。

16、（A注射器將20ML氣體推向B注射器后，B注射器的體積增加20ML）.注射器安裝的位置和角度不同，實(shí)現(xiàn)的橋面開合方式和程度都不相同。.3第三次課.材料準(zhǔn)備材料數(shù)量（1個(gè)學(xué)生）電機(jī)減速齒輪箱2個(gè)遙控器開關(guān)2個(gè)5號(hào)電池4個(gè)Mbot控制板1個(gè)教室耗材和教室工具局部教室耗材教室工具雙面膠A4雕刻板玉線302米白色剪刀玉線503藍(lán)色熱熔膠槍.本節(jié)課目標(biāo).學(xué)會(huì)用導(dǎo)線將遙控器開關(guān)與電機(jī)連接，并用遙控器開關(guān)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。.探究通過(guò)電氣傳動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)開合橋橋面的開合。.嘗試通過(guò)編程對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。.嘗試引進(jìn)超聲波探測(cè)儀，使得船在距離橋面小于某一值時(shí)實(shí)現(xiàn)橋面自動(dòng)開合。3 .探究1 .遙控器與電機(jī)的連接.將遙控器開關(guān)反面的電池蓋翻開，放入兩節(jié)5號(hào)電池并蓋好備用。.用剝線鉗將遙控器開關(guān)外面導(dǎo)線的絕緣線剝開少許。.將剝好的導(dǎo)線與電機(jī)的兩個(gè)引腳連接。（用手?jǐn)Q上即可，盡量不要用焊接，因?yàn)?后面如果使用mbot控制板控制電機(jī)的話，還得拆卸，比擬麻煩）.探究如何實(shí)現(xiàn)橋面的開合.將帶有減速盒的電機(jī)安放到開合橋的不同位置，通過(guò)繩索連接控制橋面的開合。.調(diào)整好電機(jī)的安裝位置和角度，并用熱熔膠固定。.通過(guò)遙控開關(guān)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橋面的開合。.嘗試編寫程序，用mbot控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。(1)用杜邦線將電機(jī)與控制板電機(jī)引腳連接，如下列圖所示.總結(jié)1、電機(jī)