乐高动力机械2——教案.pdf

1、 Power Machine II Johnson Zhang 前言： 动力机械 II Power Machine II 乐高设计与技术活动包含动力机械、结构与力、能源基础三大部分。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。 动力机械 II研究部分，是孩子续动力机械 I探索活动的深入。活动以具体研究生活中某些事物，学生先通过设计，然后动手搭建，反复改进来加深对事物的理解，从而学习些机械原理和物理原理，体会数学的运用。 动力机械 II活动中还让孩子们调加动力，将原来手动的模型改进成动力的模型，让它按一定的速度和节奏运行

2、，从而体验速度、节奏等概念，为他们进入动力机械 III解决问题，做好知识与技能上的准备。 设计与技术系列: Design and technology 动力机械 I Power Machine I 结构与力 Structure & Force 能源基础 I e-LAB III 动力机械 II Power Machine II 能源基础 II e-LAB II 动力机械 III Power Machine III 能源基础 III e-LAB III 目录 单元 活动名称 活动目标 知识点 1 折叠椅 理解三角形是刚性的。推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。利用三角形来搭建

3、一把折叠椅。 三角形、 刚性、 联接、折叠，椅子 2 坐起来 运用马达来控制杠杆的运动。 学会马达的控制。 马达、杠杆、床 3 活动吊桥 知道矩形是挠性的。理解矩形可以通过加固而达到刚性的效果。 推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果 四边形、挠性、三角形、联接、活动、桥4 结构 Structure 活动的城门 运用马达来控制挠性结构。 学会马达的控制。 马达、挠性、城门 5 敲鼓器 理解杠杆可以改变力的方向的作用。掌握杠杆可以增大移动的距离的作用。 杠杆，支点，力，敲鼓器，钢琴 6 电动敲鼓机 认识马达及其应用。马达是如何反复推动杠杆进行运动的。为什么滑轮的打滑效果可以起到

4、安全作用。 杠杆，支点，力，钢琴 ,马达 7 汽车刮雨器 理解相连的杠杆原理(复合式杠杆)。掌握通过旋转运动来带动杠杆。理解杠杆可以增加移动距离的作用。 杠杆，力，支点，汽车雨刷，复合式杠杆8 杠杆 Levers 电动刮雨器 知道马达是如何和滑轮与齿轮一起驱动杠杆的。掌握马达如何使杠杆的反复地运动。 杠杆、马达、传动、雨刷、反复运动 9 飞轮车 知道飞轮，理解飞轮的能量。知道摩擦力，理解摩擦力的作用。研究汽车上的轮轴作用。 轮轴、 摩擦力、 转动、能量、汽车、飞轮 10 电动车 掌握马达是如何驱动车辆运动的。 理解车轮大小对车辆速度的影响。 轮轴、马达、车辆、速度 11 滚桶式传送带设计并制作

5、一种提升装置。运用齿轮原理。运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。 轮轴、滚筒、滑动的斜面、传送带、曲柄把手 12 轮轴 Wheels & Axles 电动滚桶式传送带 掌握如何用马达驱动滚筒的。理解电动传送带能以多快的速度运送。物体。理解物体重力和惯性的作用。 轮轴、马达、传送、滚桶、 13 人口计数器 深刻理解齿轮作为传动装置的功能与作用。了解齿轮在十字转门中的应用，研究十字转门。 齿轮， 传动比， 角度，十字转门 14 电动门 用马达来控制门的开启和关闭。掌握用马达产生低速运动。知道速度与力量之间的关系。 蜗轮、齿条、速度、力量，电动门 15 旋转飞椅 知道皮带打滑现象。知道齿轮不会打滑。 理解

6、并运用加速传动。知道如何将旋转方向改变90度。 齿轮， 传动， 速度 （大小、方向） ，打滑、旋转 90 度 16 齿轮 Gears 电动旋转飞椅搭建一个电动的旋转木马。研究马达是如何驱动具有链传动装置的齿轮。 齿轮， 传动， 速度 （大小、方向） ，离心现象 17 皮带式传送带知道滑轮可以改变运动方向。 会运用滑轮来加速或减速。 单位计算、滑轮，传动，速度（大小、方向） ， 18 工厂流水线 掌握马达是如何驱动带传动系统的。 理解传送带如何才能以匀速运动。 团队合作研究一条流水线的操作。 规划、合作优化、流水线 19 起重机 定滑轮和动滑轮。用齿轮来增加拉力。 运用棘爪和棘轮机构来保证提升物

7、体时的安全。 齿轮， 传动， 速度 （大小、方向） ，起重装置 20 滑轮 Pulleys 电动起重机 设计并制作一种提升装置。运用齿轮原理。运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。 结构、速度、起重装置 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 ： Challenge 教学过程 给每个学生足够的符合其各自能力的挑战，

8、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： 组件套装 (9649): 如果在活动中出现零件缺失或部分活动需要更多的零件 ,9618 中的零件不能满足孩子们的需要 ,组件套装中的零件足够是老师可以使用 . 活动手册 : 活动手册没个孩子人手一本 ,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 . 动力机械（ 9645） ： 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

9、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。 搭建卡 : 我们在教学中鼓励学生自己去发挥想象力 ,在教参中我们有提示老师如何来合理地搭建 ,搭建卡为那些无从下手的同学提供帮助 . 关于这本教参： 教参如果有任何问题，联系人： 章森 本教参版权归西觅亚科技有限公司 违者必究 动力机械 II 活动由 20 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 20 小时。活动的年龄对象为 8 岁以上，无需乐高搭建基础 . 当然最佳的教学状态时孩子们已近学习过设计与技术的动力机械 I 或者 7 岁年龄段的其它两门活动

10、。 这本教学参是提供给上动力机械 II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 . 折叠椅 学习目标 : 理解三角形是刚性的。 推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。 利用三角形来搭建一把折叠椅。 所需材料 : SPM9645， 词汇 : 结构基础、三角形、刚性、联接、折叠，椅子 1 你的家里一定有椅子，椅子是什么样子的呢？ 2 什么样的椅子才是比较舒服的呢？ 3什么样子的椅子才可以是比较坚固的呢？ 4椅子可以折叠吗？折叠椅一般用在什么地方，有什么作用呢？ 5有什么办法可以让

11、椅子既坚固又舒服，又可以折叠呢？ Design： 我们需要设计一把椅子，而且椅子的靠背能够前、后移动。椅子靠背移动的时候 ,仍然要保持坚固 . Building： 按照搭建卡蓝 1，搭建一个折叠椅。 （初级阶段需要给学生模仿。 ） 你在哪里会看见这样的椅子？ 1用手用力向下和后压椅子的靠背与座位， 为什么椅子一直是坚固的呢？ 将折叠椅的靠背推到不同的位置。当你在椅子的侧面看得时候，会看到什么形状？ 我们会看到一个三角形。 当学生们推或者拉三角形模型上的任意两边，第三边都会撑住它们之间的夹角，阻止它发生变化。这就是说这个模型的形状不会发生变化。三角形是刚性的结构。 2.把折叠椅模型调到不同的位置

12、。为什么无论 什么位置椅子都不会倒塌呢? 因为在所有的不同位置上都会有三角形构成,三角形是刚性的,坚固! 而且椅子与地面也构成了一个三角形,来支撑椅子的重量. 如果学生观察到这是一个由座位，靠背和调节杆构成的三角形，就表明他们已经理解了三角形是一种刚性的形状这一概念。 把三角形的边往里推，会发生什么情况？ 没有任何物体发生移动，三角形形状未发生任何变化。我们把三角形称为“刚性” ！ 3.将黑色的轴从你的椅子里抽出来。拿掉椅子 的后背。将轴插到不同的孔里后把椅子重新折叠在一起。将折叠椅展开。看看这 时候椅子和之前有什么不同？ 椅子的靠背比第一个向下倾斜的更厉害。 三角形也有各种不同的样子 ,一条

13、边的倾斜度也是可以不一样的 .但是都是刚性结构 . 4这里有家人家，他们的一些家具有点不牢 固了，你科研帮助他们来维修一下吗？ 1. 折叠椅一般会用在海边的沙滩上,人们会 在沙滩上,打开折叠椅,一边 喝喝饮料,一边晒晒太阳.但是太阳太大的时候,会太刺眼睛,对 身体也不太好.你有什么办法吗? 给折叠椅加上一把遮阳伞! 轴的两端用轴套连接 ,可以使它更加牢固 . 2.如何可以让加上的遮阳伞和椅子一样可以根 据阳光的强弱来调节角度,同时又是比较坚固呢? 和靠背一样 ,利用三角形是刚性的特点来使得遮阳伞也是坚固的 .而且也可以调节角度 . (注意 :使用灰色的销 ,不能够使用黑色的销 .因为黑色的削摩

14、擦大 ,不容易转动 .) 遮阳伞的角度可以根据阳光的强弱来调节 . 阳光强时候 ,就把伞的角度向下调低 ,当阳光弱时 ,就把伞的角度调高 . 3.如果有更多的时间,为你的椅子设计一些附 属装置，如扶手或者搁脚的踏板。 4.你设计的折叠椅还有什么其它特殊功能吗？ 5一种形状在推力或拉力的作用下形状不会 改变，它就是刚性的。你能在桥梁、过山车、房屋和其它结构上发现这种形状。 你还可以举出一些例子吗? 坐起来 学习目标 : 运用马达来控制杠杆的运动。 学会马达的控制。 所需材料 : SPM9645， 词汇 : 马达、杠杆、床 Design： 设计并搭建用马达来控制靠背角度的一张床 ,可以让病人自动坐

15、起来和躺下去 . 医院里面病人起床不是很方便,他们想有时候能够坐起来,看看窗外的景色.吃吃东西,喝喝饮料! Building： 引导孩子们，将注意力从马达上引入到关键功能的实现，保证可以将床摇起来！ 让学生先完成手动的，再在手动的基础上装上马达即可！ 转动齿轮箱上的手柄，窗头也会跟着调节角度。 （可以让学生观察齿轮箱的自锁现象） 齿轮箱，速度慢，力量大。 而且有自锁作用。 （简单介绍，让学生可以在活动中体会，以后活动会加深他们对它的认识。 ） 重积木起稳定重心的作用！ 杠杆臂： 中间是轴孔，是非常好的抬起床头的一个零件； （套装中的每个零件都有其特殊的作用！ ） 让学生认识马达、导线和电池箱之

16、间的连接方法！ （可以用电厂电线家里的风扇来做比喻，让学生记住！ ） 将马达加到模型上去！ 1你的模型中最重要的部分是什么？ 杠杆和固着装置。 2病床是病人专用的，医院的病人是有病在 身的特殊的人群。所以这床一定要坚固，稳定。你是用了什么办法呢？（想想之前我们做的结构活动） 之前的探索和研究只中我们已经接触过了 LEGO 积木搭建的标准结构。 （两块板 +上下个一根梁 +竖直的梁 +销）标准结构是一个比较牢固的结构。 马达与转轴之间的连接，可以使用轴连接！ 我们也可以运用已经学过的“三角形是刚性”的结构基础的知识点来解决咳调节病床的牢固问题。只需要在病床的床架上构成三角形。 3观察马达控制靠背

17、的角度与时间的关系. 枕头部位可以和床架构成可以活动的三角形。由于三角形是刚性的，所以整个床就会比较坚固。 坐起来 90 度 时间 : 秒 45 度 时间 : 秒 躺下 : 0 度 时间 : 0 秒 Challenge： 一个病床还需要什么呢? 轮子、护栏、楼梯、茶具台等等。医院里面轮椅也是需要的，为病人设计并搭建把轮椅。 活动吊桥 学习目标 : 知道矩形是挠性的。 理解矩形可以通过加固而达到刚性的效果。 推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。 所需材料 : SPM9645， 词汇 : 结构基础、四边形、挠性、三角形、联接、活动、桥 1.你知道世界上有哪几座著名的桥梁 ?

18、中国呢 ? 2.你可以画出桥的图样吗 ? 3.桥梁一般都是笔直的 ,但是如果有一艘巨大的万顿轮要开过桥 ,但是船太高了 ,过不过去 ?你有什么办法吗 ? 大家都会想到：活动的吊桥 Design: 设计并搭建一座非常坚固的桥，但是桥身是随时可以抬起来的，是一座可以活动的吊桥！ Building: 按照搭建卡，让我们来搭一座可以活动的吊桥。搭建到第 9 步。 1你的桥可以活动吗？ 2为什么桥可以活动呢？ 从侧面来观察吊桥，从吊桥的桥身上我们可以找出四边形。 那么四边形有什么作用呢？ 一个挠性的形状是可以改变的。有的时候挠性的形状也是有用的。 吊桥之所以可以活动，就是因为有四边形的形状容易改变，是挠

19、性的。 桥可以从一低抬到高。 它的形状可以从矩形变成平行四边形和直线。没有任何的边撑住了夹角。很容易的改变它的形状。 我们称四边形这种容易改变的形状为“挠性” 。 3向下按平衡物（黑色的加重块）来把吊桥 升起来。当吊桥上升的时候，四边形的形状是如何改变的？ 平摆着的菱形变成了立着的菱形。 当学生们升起或放下吊桥时，从侧面他们看到四条边的形状是如何改变的，正是这个挠性的形状才使得吊桥能够运行。 4.我们上次学习了三角形是刚性的，在吊桥上 有没有利用三角形的刚性呢？ 从侧面来观察吊桥，从吊桥的基座上找出三角形. 如果学生们能指出蓝色卡片 2 中的吊桥模型的底座上的三角形的，这表明他们已经知道吊桥的

20、这一部分是刚性的。 世界上的许多桥梁都用到了三角形的钢性的特点来建造桥梁的桥墩和底座 . 许多国家在建造斜拉桥的时候 ,就是考虑到了三角形的钢性 . （让学生说出自己身边的斜拉桥 .） 5.桥是越坚固越好,你有什么办法使这座桥可 以变得不再可以活动,要非常地坚固呢? 可以加两根梁上去。 6.现在你再次升起吊桥发生了什么？为什么会这样呢? 我们无法将吊桥升起。因为在桥身上,有了三角形,三角形是钢性的,形状不会改变. 这个桥梁模型是一个刚性的结构。学生们可能会指出由加在两边的交叉梁构成的三角形阻止了吊桥的运动。这表明他们已经理解了三角形是一种刚性的形状的这一概念。 7.原来的形状可以改变的四边形,

21、 为什么会变成形状不会改变呢? 矩形形状并未发生改变。因为矩形里面还有三角形。 推或者拉相对的两个角，交叉的梁会阻止模型的形状发生变化。 可以用梁或者轴来组成三角形 . 如果学生们能够指出由交叉的梁构成的两个三角形，那么他们就可能明白了这个概念。 连接方法注意: 8.下面的五边形和六边形都不是很 坚固，把它们变得坚固一些！ Challenge 1.三角形是坚固的，形状不会发生改变，我们 在实际应用中是非常多见的。那么四边形的形状会发生改变，那么它在实际中有用吗？ 矩形不是刚性的形状。 但是可以通过增加内部的三角形使矩形变成刚性的。 三角形越多,坚固的程度就越高. 数一下,在你的桥上有几个三角形

22、? 用连接器来连接两根轴 . 连接器也可以将轴与梁连接在一起 . 图中有几个三角形? 一种让学生强化三角形意识的思维训练 ! 2,比比看,谁的活动桥可以延伸得最长? (注意在有限的材料中使用 ,培养学生合理使用材料的意识与能力 ) 敞棚车的车棚就是利用了四边形的形状可以发生改变而制作的。 延续中的联系 ,为以后利用形状来解决问题做准备 ! 有种升降机也是利用四边形地形状会发生改变的特点来工作的。 合理地使用板、梁等零件。 桥面（板） 、桥身（梁） 、桥墩（梁） 注意梁之前用板来连接！ 坚固吗？活动性能好吗？ （活动时候其实是根杠杆） 3活动桥对接（团对游戏） 游戏引导孩子们去同意桥面的高度和对

23、接空的宽度。 4设计一种转动摇柄，可以控制桥身的升起和下降。 引导孩子们自己去想出这个方法！ 可以利用“齿轮箱 +连杆” 摇动手柄，桥身被抬起，由于齿轮箱自锁作用， 所以桥身不会落下来。 活动的城门 学习目标： 运用马达来控制挠性结构。 学会马达的控制。 器材： SPM9645 关键词： 马达、挠性、城门 童话中的城堡的故事，大家想毕都听说过。 现在就有这么一座城堡，它有个大门。城堡的外面是一条 河，没有桥。你可以把它的门变成两用的吗？既是桥又是门？ Design: 设计并搭建一座城门桥，要坚固，可以用马达来控制桥身的抬起和放下。 桥身是很重的，你用什么方法来是马达可以抬起桥身呢？ Build

24、ing: 参考搭建方法： 马达 用齿轮箱控制， 速度慢，但是力量大！桥面，通道 电池箱，可以稳定重心！ （里面有 6 节 5 号电池） 桥的主体结构用三角形形成刚性结构！ 马达转动，通过滑轮，用绳子来拉起桥面！ 也可以设计成双面通道！ 1如果没有齿轮箱，你怎么办？ 通过这个活动来认识齿轮箱和加深对蜗杆的作用的意识！ 所以如果没有齿轮箱，可以让学生自己使用积木搭建一个齿轮箱，只要让蜗杆和 24 齿轮啮合在一起！ 2如何可以提高回收城门的速度呢？ Challenge 1和伙伴们合作，搭建“双塔活动桥” ，两座桥中央是湖泊，而且很宽，宽度有两套套装盒子的宽度，两座桥要非常好地能够合拢和抬起。 黄色的

25、齿轮箱是专门用来放 24 齿齿轮和蜗杆，让它们啮合的一个零件。 它的作用就是让 24 齿齿轮和蜗杆准确地咬在一起。从而可以非常好地形成力量大的一个传动。 （城门一般很重的） 蜗杆就相当于一个牙齿的齿轮，所以当和 24 齿齿轮啮合一起时，速度很慢，但是力量就会很大了。 由于它的形状就象根螺丝，所以具有自锁功能。 在城门的顶端，可以使用橡皮巾来增加回收的速度（利用橡皮巾的拉力！ ） 孩子们一起讨论，测试，改进？ 谁收回来的速度最快呢？ 可以拿辆重力小车来试验一下！看看结构牢固吗？ 2城堡游戏： 自己制作一个城堡（用积木或是也可以用纸），演示并介绍自己的活动的城门！ 3 如果一场战争出现了，你去攻打一座城堡，城 门关着，进不进去，怎么办？ 平台 橡皮筋起到传送作用。 转动手柄，向上传送！ 利用三角形形成坚固的结构。