第7课走进机器人（教案）- 六年级下册信息技术 浙江摄影版（三起）

走进机器人--搭建天平观察杠杆
教学目标：
1．知识与技能：
了解杠杆平衡条件和杠杆在生产生活中的运用。
2．过程与方法：
通过参与搭建天平测量物件质量和改进搭建方案的探究活动，能对杠杆平衡条件进行猜想和假设，设计验证方案，对获得的信息进行处理，实践验证杠杆原理。
3、情感、态度与价值观：
通过观察、猜想、探究、实践，养成学生的观察习惯和乐于探究、勇于创新的意识。
新设计：
以学生熟悉的“跷跷板”为切入点，促使学生自主探究和创造性地搭建出托盘天平，引导学生认识杠杆并深入探究其中所蕴含的科学规律及其在生产生活中的应用，激发学生进行深层次创新探究的兴趣。
学情分析：
绝大多数学生都有过玩“跷跷板”的经历，在科学课上学生也接触过杠杆类的工具，所以，本课探究杠杆原理及其应用时，学生并不陌生。本课以学生熟悉的“跷跷板”为切入点，促使学生自主探究和创造性地搭建出托盘天平，引导学生认识杠杆并深入探究其中所蕴含的科学规律及其在生产生活中的应用，激发学生进行深层次创新探究的兴趣。
重点难点：
重点：
通过实践验证杠杆原理，探究杠杆如何省力和省距离。
难点：
利用平行四边形的不稳定性改进天平搭建方案。
教学过程
活动1【导入】【情景导入】
你们玩过跷跷板的游戏吗？（玩过）
你们是怎么玩的？（我们是两个人玩的，一人坐一边，一上一下地玩。）大家看看是这样的吗 （播放《跷跷板儿歌》视频）
你上天时我落地，跷跷板，真有趣。
当跷跷板转动时，固定不动的那个点叫支点。
你们玩过跷跷板的游戏吗？（玩过）
你们是怎么玩的？（我们是两个人玩的，一人坐一边，一上一下地玩。）大家看看是这样的吗 （播放《跷跷板儿歌》视频）
你上天时我落地，跷跷板，真有趣。
当跷跷板转动时，固定不动的那个点叫支点。
活动2【活动】【观察】
观察跷跷板的支点在哪里？
你们能不能用能力风暴机器人组件搭建一个跷跷板呢？
【活动一】模拟搭建一个跷跷板。
活动3【活动】【探究一】
当跷跷板两边分别坐上两个体重相等的小朋友时，要使跷跷板保持水平平衡状态，小朋友坐的位置距离跷跷板的支点延长线的距离是否相等？
教师在学生探究中引导他们选择不同的组件来模拟小朋友的体重。
大家有结论了吗？学生陈述：我们小组选择用两个中H型连接件来模拟两个体重相同的小朋友，经过我们小组的验证发现，要使跷跷板保持水平平衡状态，两个小朋友坐的位置距离跷跷板的支点延长线的距离相等。
其他小组，你们得出的结论和他们一样吗？（一样）
我们把验证结果用图例表示出来。用M1和M2模拟两个体重相等的小朋友。从支点到力的作用线的距离叫力臂，我们分别用L1、L2表示。我们可以得出这样的结论：
活动4【活动】【探究二】
当等距坐在跷跷板两边的小朋友的一个体重较重、一个较轻，这时的跷跷板会怎么样？要使跷跷板保持水平平衡状态，我们可以怎么做？
学生陈述：我们小组选择用两个中H型连接件来模拟体重较重的小朋友，1个中H型连接件来模拟体重较轻的小朋友，经过我们小组的验证发现，要使跷跷板重新保持水平平衡状态，可以缩短较重的小朋友到支点延长线的距离（移动较重的小朋友往中间坐）。
我们同样用图例来表示，用M1来模拟较重的小朋友，M2来模拟较轻的小朋友，两边的力臂仍然用L1、L2表示。我们得出的结论是：
结论2：M1>M2，L1如果我们继续缩短L1的长度，甚至还可能出现较轻的M2把较重的M1高高翘起的情况，为什么会这样？
省力杠杆（力臂长，虽然省力但是费距离） 对较轻的M2,……
跷跷板应用了杠杆原理。
杠杆分类：省力杠杆（力臂长，虽然省力但是费距离）、费力杠杆（力臂短，虽然费力但是省距离）、等臂杠杆（力臂一样长，不省力也不费力）
天平也应用了杠杆原理。请大家想办法把搭建好的跷跷板稍加改动，迅速变身为托盘天平。
托盘天平是用来测量物体质量的仪器。测量时，通常左边托盘放置物体，右边托盘放置砝码。当托盘天平保持水平平衡状态时，砝码的质量就是被测物体的质量。
活动5【活动】【活动二】
请你们用模拟托盘天平测量轮胎的质量，并记录结果（用立方体替代“砝码”）。比一比，每个小组的测量结果是否一致？
【思考】造成托盘天平测量结果不一致的原因主要有哪些？
原因分析：
1.天平左右两边的初始质量不等；（提示：如果搭建的天平初始状态不能平衡，可以用在天平偏轻的一边加上“游码”来调节平衡。）
2.托盘上放置的物件和“砝码”的位置离支点的距离不等；
3、托盘受重会倾斜，物品和砝码都容易滑落。
……
活动6【活动】【创新】
我们搭建的托盘天平,因为托盘和多孔梁搭建的支架是相对水平的，所以托盘受重，支架倾斜，导致托盘也倾斜，物体和砝码自然容易滑落。如果称量对象是液体时，就很不安全。我们需要改进搭建方案，设计一台更平稳的托盘天平，让天平托盘无论空置或者放置物品与砝码时始终保持水平，即使受重，可以上下移动，但是不会倾斜。你们有什么好主意？
思考：（最好由学生陈述）我们利用平行四边形结构不稳定的特点，搭建一个经过挤压可以变形的平行四边形框架来模拟两个托盘在天平受重时的位置变化。我们希望托盘的盘面保持水平不会倾斜，即使受重也只是上下移动，所以我们需要让平行四边形的两条短边始终保持垂直，然后将托盘固定在短边方向上。接下来我们需要把整个框架固定，要让平行四边形的两条短边始终垂直，那么两条长边的中点连接线也一定是垂直的，所以我们只需要固定两条长边的中点就可以了。
大家动手试试看，我们的设想可以实现吗？
选择快要搭建成型的一组：搭建过程中，你们发现有什么问题吗？
天平重心不稳，无法称量。看看你们桌面的材料，哪个最适合用作天平的重心？为了保持结构的稳定，我们会把重心设计在结构的中间，并且降低重心的位置。
(提示：我们可以用一个40小方管和一个小A型连接器来作指针，更清楚的显示天平的倾斜角度。)
展示学生成品，由学生检验改进后的天平在称重时，托盘是否始终保持水平
活动7【活动】【拓展】
你们还知道杠杆在我们的生活中还有哪些应用呢？
【小资料】
古希腊科学家阿基米德最早提出了杠杆原理。他有一句流传千古的名言：“假如给我一个支点，我就能把地球挪动！” 阿基米德对杠杆的研究不仅仅停留在理论方面，在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中，他利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器，利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人，曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。
如今，杠杆原理在机器人科学领域也有着广泛应用。机器人的结构、运动系统及能量的转换传输等都与杠杆作用有着莫大的联系。
我们今天对杠杆知识的初步探究是为以后的学习做准备，比如怎样让机器人的机械臂更好地抓住物体，以及搭建更复杂的机器人等等。相信通过这堂课，大家亲身实践探究得到的经验与知识比书本上的文字更深刻。