Touchdown-小學(xué)課宇宙飛船著陸(最終)

Touchdown-小學(xué)課宇宙飛船著陸(最終)第一頁，共20頁。TouchdownLessonThisSTEMlessoncouldcomebeforeorduringascienceunitofstudyaboutGravity,Shock-Absorbing,andAirResistance.本節(jié)STEM課可以出現(xiàn)在科學(xué)學(xué)科中關(guān)于重力、減震和空氣阻力的單元的最初或中間教學(xué)時。Lessonobjectiveistoengagestudentsinactivatingpriorknowledgeorcheckingforunderstandingaboutgravity，shock

absorbing

and

air

resistance.課程目標(biāo)：回顧先備知識或檢查學(xué)生對主要概念的理解。Studentsareingroupsoffourtofacilitatecommunicationandcollaboration.學(xué)生將以4人小組形式進(jìn)行合作與溝通。第一頁第二頁，共20頁。ActivityDetails

活動介紹Subject:Science,EngineeringandMath

涉及科目：科學(xué)，工程和數(shù)學(xué)GradeLevels:4-5

年級：4-5年級NextGenerationScienceStandards:3-5-ETS1-2

美國新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：3-5-ETS1-2第二頁第三頁，共20頁。Engage:MissiontoMars

活動內(nèi)容：火星任務(wù)Didyouknow…Withinthenexttenyears,wemayhavepeoplelivingonMars.Wouldyougo?你知道嗎？在未來十年內(nèi)，有人可能會去火星生活，你愿意去火星嗎？Landingonaplanetistricky.Sinceaspacecraftcangoasfastas18,000milesperhour(29,000kmperhour),itneedstobeabletoslowdownasitapproachesit’starget.Thenitneedstolandgently.Ifthereareastronautsonboard,thespacecraftneedstokeepthemsafe.宇宙飛船著陸是一件很艱巨的任務(wù)。試想，飛行器的運行速度高達(dá)18,000英里每小時（29,000千米每小時），飛行器接近目標(biāo)時，速度需要放緩，著陸要緩慢，如果飛行器上有宇航員，還要考慮人的安全因素。第三頁第四頁，共20頁。KeyConcepts

主要概念Understandandusethesekeyconceptswhenbrainstormingthechallengewithyourteam:當(dāng)你們小組針對這個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)進(jìn)行頭腦風(fēng)暴時，要理解和應(yīng)用以下幾個主要概念：AirResistance空氣阻力Force力Gravity重力Motion運動Shock-Absorbing減震第四頁第五頁，共20頁。AirResistance

空氣阻力

Airexertsaforceonanobjectasitfalls,slowingitdown.

當(dāng)物體下落時，會遇到空氣產(chǎn)生的力，下落速度減慢。GravityispushinghimtowardsEarth,whileAirResistancepushesupwardagainsthim,slowinghisrateoffall.重力作用使他向地面下落，這時空氣阻力與重力成反方向，使下落速度變緩。第五頁第六頁，共20頁。Force力

A

force

isapushorpulluponanobjectresultingfromtheobject‘s

interaction

withanotherobject.

當(dāng)一個物體接觸另一個物體時，產(chǎn)生推或拉的力。

Wecreateforcewhenwepushagainsteachothershands.當(dāng)我們雙手合十，互推時，即產(chǎn)生力。第六頁第七頁，共20頁。Gravity重力

Theforcethatattractsabodytowardthecenteroftheearth,ortowardanyotherphysicalobject.

重力是吸引物體朝地心方向或朝其他物體運動的力。Whentheapplefallsfromthetree,Gravitypullsittowardstheearth.Ifwedidn’thaveGravity,wewouldallfloatandsowouldtheapple.當(dāng)蘋果從樹上掉落，重力將它吸引到地面。如果沒有重力，所有物體，包括蘋果，都將是漂浮的。第七頁第八頁，共20頁。Motion運動

Achangeinpositionofanobjectwithrespecttotime.

隨著時間的改變，一個物體位置發(fā)生改變的過程稱為運動。YoumayhaveheardofNewton’sFirstLawofMotion.Itstateswhensomethingisinmotion,itstaysinmotion,untilaforceslowsitdownorstopsit.你可能聽過牛頓第一運動定律,任何物體都要保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。第八頁第九頁，共20頁。ShockAbsorber減震器

Adeviceforabsorbingtheenergyofsuddenimpulsesor

shocks

inmachineryorstructures.

減震器是一種裝置，用來吸收機(jī)械中或其他結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的震動或脈沖。

Thinkbacktotheapplefallingfromthetree.Gravityispullingtheappletowardsearth.Theappleisinmotionuntiltheforceoftheearthstopsit.Itwillmostlikelybebruisedbecausetherewasnothingtoabsorbtheforceofthefall.試想蘋果從樹上掉落，重力使它下落，蘋果持續(xù)下落的運動，直到落地停止。大多數(shù)蘋果在落地時會撞傷，因為沒有外界因素減少或吸收它著陸的力。第九頁第十頁，共20頁。IntroducetheChallenge

挑戰(zhàn)WhenwefindalandingspotonMars,weneedtodesignandbuildaspacecraftthatcanlandtherewithoutinjuringastronautsordamagingthespacecraft.Yourmodelspacecraftwillbethiscup.Insideyourcupwillbethreepompomswhichrepresenttheastronautsonboard.Watchwhathappensaswedropthespacecraftinit’scurrentdesignmodel.假設(shè)我們現(xiàn)在已經(jīng)選好宇宙飛船在火星的著陸點，現(xiàn)在大家的任務(wù)是設(shè)計一個宇宙飛船，它能安全著陸，保證著陸時宇航員的安全和宇宙飛船本身沒有損傷。今天，大家的宇宙飛船模型用杯子替代，杯子內(nèi)部的三個絨球玩具代表宇航員?，F(xiàn)在大家觀察一下現(xiàn)有模型的著陸現(xiàn)象。第十頁第十一頁，共20頁。IntroducetheChallenge

挑戰(zhàn)Yourchallengetodayistoimprovethedesignmodelofyourspacecraftsothatitwilllandsafelyandprotectyourastronautswhendroppedonthefloor.Asyoutestyourspacecraft,you’llfindwaystomakeitbetter.Improvingdesignbasedontestingiscalledtheengineeringdesignprocess.Usingthisprocesswillhelpyoubetterunderstandandapplythekeyconcepts.

今天要挑戰(zhàn)的活動內(nèi)容是改裝現(xiàn)有的宇宙飛船，讓宇宙飛船安全著陸，并且保證宇航員的安全。在測試過程中，嘗試不同的方法改進(jìn)著陸過程。反復(fù)測試并改進(jìn)的過程稱之為工程設(shè)計過程，這個環(huán)節(jié)能幫助你理解并應(yīng)用涉及的主要概念。第十一頁第十二頁，共20頁。Materials

材料Usethetapeandmaterialsprovidedinyourteambagtodesignandimproveyourspacecraft.

用材料袋里的素材和膠帶設(shè)計、改進(jìn)你的宇宙飛船。Eachteamhasabudgetof$1,720,500.00todesigntheirspacecraft.YouwillbechargedforALLmaterialsthatareusedinyourtestsandfinalspacecraft.(nochargefortape)

每個小組有$1,720,500.00（￥11,183,250.00）的預(yù)算。預(yù)算用于購買測試過程中所需要的材料。（膠帶免費提供）Youmaynotcoverorsecureyourastronautsinsidethecups.

不允許通過將“宇航員”密封在紙杯中的方式防止他不掉落。Theyarnmaynotbeusedtobuildyourmodelspacecraft,itwillbeusedfortesting.

紗線不能用于制作宇宙飛船模型，它稍后將用于測算高度。第十二頁第十三頁，共20頁。Brainstorm,DesignandBuild

頭腦風(fēng)暴，設(shè)計和建造模型Keepinmind…Whenyoujumpoffahighstep,youbendyourbackandkneestoabsorbsomeoftheenergyandbreakyourfall.

牢記，當(dāng)你起跳時，你會彎曲后背和膝蓋，用于承受部分能量，使著陸更緩慢。Whatkindofshockabsorbercanyoumake,tosoftenthelandingandprotectyourthreeastronauts,usingthematerialsprovided?

為了讓著陸緩慢，保護(hù)宇航員的安全，運用所給材料，你能設(shè)計哪種類型的減震器？Howwillyoumakesurethespacecraftdoesn’ttipoverasitfallsthroughtheairorwhenitlands?

你如何改進(jìn)設(shè)計，才能保證宇宙飛船在空中下落，卻不翻倒。第十三頁第十四頁，共20頁。Test

測試Whenyouarefinishedcreatingyourmodelspacecraft:當(dāng)你制作完成宇宙飛船模型，需要進(jìn)行以下步驟：Listthematerialsyourteamusedandhowmuchyouhavespentsofarinthedesignofyourspacecraft.

列出設(shè)計模型使用的材料，計算目前的總花費。Dropyourspacecraftfromtheheightoftheyarninyourbag,fivetimes,anddocumentonyourrecordingsheet.

將紗線拉直，以便作為測試的高度，宇宙飛船從指定高度下落，測試五次，然后在紙上記錄數(shù)據(jù)。

第十四頁第十五頁，共20頁。EvaluateandRedesign

評估與重新設(shè)計Asateam,discusswhatworkedwell,andwhatmayneedtoberedesigned.

以小組為單位討論哪些設(shè)計是有效的，哪部分需要重新設(shè)計與改善。Forexample,ifyourspacecraft:

比如說，你的宇宙飛船：Tipsoverasitfallsthroughtheair–makesureit’slevelwhenyoureleaseit.Checkthattheweightisevenlydistributed.Considerusingalargerbase.

下落過程中翻倒—檢查釋放宇宙飛船時是否水平，檢查內(nèi)部重力是否分布均勻，考慮擴(kuò)大宇宙飛船底部。Bouncesyourastronautsoutofthecup–addsoftpadsorchangethenumberorpositionoftheshockabsorbers.Also,makethespringslessspringysotheydon’tbouncetheastronautsout.

宇航員（絨球玩具）飛出宇宙飛船（紙杯）—增加柔軟的鋪墊物或者改變減震器的數(shù)量，也可以試圖減少彈簧的彈力，這樣宇航員（絨球玩具）就不會彈出了。第十五頁第十六頁，共20頁。FinalTest

最終測試Listthenewmaterialsusedinthisdesign.

列出本次設(shè)計用到的新材料Dropyourspacecraftfromtheheightoftheyarninyourbag,fivetimesanddocumentonyourrecor