運(yùn)用全息交互學(xué)習(xí)協(xié)作終端教學(xué)《設(shè)計(jì)制作小車（一）》一課

蘇西鳳

摘要本課的課題是“設(shè)計(jì)制作小車”，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提供的材料按要求設(shè)計(jì)一輛小車。本文運(yùn)用全息交互學(xué)習(xí)協(xié)作終端將隱性的思維過程和思維結(jié)果顯性化，提高學(xué)生的認(rèn)知能力，培養(yǎng)他們的思維能力。同時(shí)，有助于教師了解學(xué)生的思維過程，及時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)和方向，提高課堂效率。

關(guān)鍵詞 “設(shè)計(jì)制作小車” 全息交互 終端教學(xué)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.040

Using Holographic Interactive Learning Collaborative Terminal to Teach“Design and Manufacture Car （1）”

SU Xifeng

（Wuhan Qiaokou District Shanying Primary School， Wuhan， Hubei 430034）

Abstract： The subject of this course is "design and manufacture of a car"， guiding students to design a car according to the materials provided. In this paper， the holographic interactive learning collaborative terminal is used to make the implicit thinking process and thinking results explicit， so as to improve students’ cognitive ability and cultivate their thinking ability. At the same time， it is helpful for teachers to understand students’ thinking process， timely adjust teaching focus and direction， and improve classroom efficiency.

Keywords： "design and manufacture of a car"； holographic interaction； terminal teaching

教材分析

《設(shè)計(jì)制作小車（一）》是“運(yùn)動和力”單元的第7課。教材提出“如何按要求制作一輛動力小車”這一問題，用詳盡的圖文介紹了制作所需的材料，同時(shí)對制作任務(wù)提出了具體的要求，由此激發(fā)學(xué)生制作小車的興趣。本課由三部分組成：第一部分是明確問題，先給出了設(shè)計(jì)制作小車的明確任務(wù)，并且擬定了清晰的達(dá)標(biāo)條件，為學(xué)生的設(shè)計(jì)思路提供了有利的“腳手架”，同時(shí)為后續(xù)的小組間評估奠定了公平的指標(biāo)基礎(chǔ)；第二部分是制訂方案，先讓學(xué)生觀察一些小車模型，了解根據(jù)需要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的動力車輛，過渡到討論、確定小車的設(shè)計(jì)，并指導(dǎo)學(xué)生繪制設(shè)計(jì)圖；第三部分是思維的遷移。

本課的課題是“設(shè)計(jì)制作小車”，但重點(diǎn)在設(shè)計(jì)上，特別聚焦在討論、設(shè)計(jì)方案上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提供的材料按要求設(shè)計(jì)一輛小車。本文運(yùn)用全息交互學(xué)習(xí)協(xié)作終端將隱性的思維過程和思維結(jié)果顯性化，提高學(xué)生的認(rèn)知能力，培養(yǎng)他們的思維能力。同時(shí)，有助于教師了解學(xué)生的思維過程，及時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)和方向，提高課堂效率。

課堂導(dǎo)入

師：我國在醫(yī)療、高鐵、航天各方面都體現(xiàn)了中國速度、大國擔(dān)當(dāng)。讓我們一起看一段新聞（人類發(fā)明的月球車登錄月球表面）。

這么小的月球車給地球上的人們回來了如此多有價(jià)值的信號和線索，那么有誰知道這個月球車的主要結(jié)構(gòu)是什么呢？

生：車輪、車身、車軸……

師：同學(xué)們觀察得很仔細(xì)，再看看這個車輪有什么特點(diǎn)。為什么要這樣設(shè)計(jì)呢？

生：因?yàn)樵虑蛏系耐寥揽雌饋砗苁杷?，車輪設(shè)計(jì)成有花紋圖案，可以增加小車的抓地力，使小車抓地性更好。

師：月球車是為了人類探索月球的需要，適應(yīng)月球上的特殊環(huán)境而設(shè)計(jì)的車。今天，我們也設(shè)計(jì)一輛具有動力的小車吧！

設(shè)計(jì)意圖：通過觀看月球車，讓學(xué)生解了車的基本結(jié)構(gòu)，通過觀察全息設(shè)備中的3D月球車模型的車輪，使學(xué)生明白設(shè)計(jì)的需求決定了設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，初步形成需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)修正設(shè)計(jì)方案的意識。

明確問題

師：工程師設(shè)計(jì)的第一步是明確問題，了解自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。我們一起來看看今天的任務(wù)：利用生活中的材料設(shè)計(jì)一輛具有動力的小車，使其能在5秒內(nèi)讓兩塊橡皮至少前進(jìn)1米。這個任務(wù)中，有哪些關(guān)鍵詞呢？

生：有動力、5秒內(nèi)。

生：兩塊橡皮、1米遠(yuǎn)。

師：很好，最重要的關(guān)鍵詞是動力驅(qū)動、帶兩塊橡皮、5秒內(nèi)至少前進(jìn)1米遠(yuǎn)，當(dāng)然時(shí)間越短越好。

（學(xué)生討論，并完成氣泡圖。）

師：把你們討論的關(guān)鍵詞填到第二層的圈圈中。為了順利完成任務(wù)，我們應(yīng)該考慮哪些因素呢？

生：為了讓小車在5秒內(nèi)完成任務(wù)，設(shè)計(jì)的小車動力要強(qiáng)，同時(shí)車身要盡可能輕。

生：為了讓小車至少跑1米遠(yuǎn)，不僅小車動力要強(qiáng)，而且摩擦力要盡可能小。

生：要運(yùn)送兩塊橡皮，車身要堅(jiān)固、能承重。

師：同學(xué)們考慮得真全面，這節(jié)課我們重點(diǎn)研究動力、摩擦力、承重力這三個因素。

設(shè)計(jì)意圖：四年級學(xué)生的心理特征依然是形象思維主導(dǎo)，邏輯思維不足。而氣泡圖正是信息圖像化的工具，結(jié)合了文字、圖形、色彩等，可以引導(dǎo)學(xué)生思考，并對信息進(jìn)行加工處理，將自己的思維過程展現(xiàn)。本課中在明確任務(wù)環(huán)節(jié)，通過氣泡圖的形式引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜的任務(wù)拆分成3個單一目標(biāo)。在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的分析（拆分任務(wù)）、類比（與汽車功能對比）和推理（預(yù)設(shè)可能出現(xiàn)的問題）能力。

制訂方案及繪制設(shè)計(jì)圖

師：上課前，同學(xué)通過觀看視頻和預(yù)習(xí)課本完成了導(dǎo)學(xué)單，哪位同學(xué)回答一下小車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或作用？

生：車身具有裝載的作用、車軸需要摩擦力小、車輪需要具有滾動和前進(jìn)的特點(diǎn)。充氣的氣球，拉長的橡皮筋具有能量，能提供動力。

師：了解了車的結(jié)構(gòu)后，結(jié)合氣泡圖的考慮因素，我們該如何制訂方案呢？（展示材料）大家觀察一下，這么多材料，如何組合？

生：我選擇的動力方式是氣球，我認(rèn)為氣球能提供的動力更強(qiáng)，車架材料是吸管，運(yùn)動時(shí)能減小阻力，車身形狀為三角形，四個車輪選擇有花紋的。

生：我選擇的動力方式是橡皮筋，我認(rèn)為橡皮筋能提供的動力更強(qiáng)，車架材料是紙盒，這樣車身就很輕，車身形狀是三角形，運(yùn)動時(shí)阻力會減小，四個車輪選擇有花紋的。

師：這些方案都很有創(chuàng)意，我們分別實(shí)施這些方案和評估改進(jìn)方案需要很長時(shí)間，而一節(jié)課只有40分鐘，怎么辦呢？為了解決類似問題，工程師發(fā)明出了這樣一個全息交互設(shè)備，可以進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，請看微視頻。

（學(xué)生明確問題后，在全息設(shè)備上選擇實(shí)驗(yàn)所需的材料，進(jìn)行設(shè)計(jì)，制作組裝出自己想要設(shè)計(jì)的小車，并試跑，設(shè)備會顯示組裝小車的材料方案，以及試跑后的速度、路程、車重等數(shù)據(jù)。工程師把測試結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)記錄單上，思考分析后再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)，總共進(jìn)行4次實(shí)驗(yàn)，篩選出最佳方案后，繪圖師可將最優(yōu)組合繪制在工程圖紙上。）

師：下面，大家利用全息設(shè)備對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，把測試結(jié)果填寫在實(shí)驗(yàn)記錄單上，分析結(jié)果，并思考如何改進(jìn)。

生：我們小組沒有實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。我們小組選擇氣球作為動力，長方形紙盒做車身，車輪有花紋，車軸直接穿過車身，車重150克，在全息設(shè)備上試跑之后沒有實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，只跑了0.76米。我認(rèn)為接下來可以從減輕車重的方向改良小車。

生：我們小組選擇氣球作為動力，用三角形吸管做車身，車輪有花紋，車軸直接穿過車身，車重50克，在全息設(shè)備上試跑之后實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)。

師：聽了剛剛幾位同學(xué)的匯報(bào)，大家一定對自己的小車有了新的想法，接下來給大家7分鐘時(shí)間繼續(xù)在全息交互設(shè)備上進(jìn)行測試，直到找到你們小組的最優(yōu)方案，并繪制工程圖紙。

設(shè)計(jì)意圖：工程技術(shù)類課程需要大量時(shí)間，本課利用全息交互設(shè)備進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了方案實(shí)施、觀測結(jié)果、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等步驟。節(jié)約了工程設(shè)計(jì)的時(shí)間成本，讓每一位學(xué)生都能參與實(shí)驗(yàn)，拓展了學(xué)習(xí)空間，體驗(yàn)了科技帶來的便利與樂趣。學(xué)生針對每次虛擬實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，體驗(yàn)到工程師對產(chǎn)品的研發(fā)是需要經(jīng)歷反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化的，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。

思維遷移

師：我們通過虛擬實(shí)驗(yàn)找出幾種合理的方案，還需不需要繼續(xù)在現(xiàn)實(shí)中做實(shí)驗(yàn)？

生：需要。

師：為什么？

生：因?yàn)閷?shí)際操作會存在一些誤差，我們要通過實(shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)一下。

師：同學(xué)們的思維很嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，下節(jié)課我們將所學(xué)的知識運(yùn)用于實(shí)踐，一起來組裝小車，舉辦賽車會，確定最終代表班級參加科技節(jié)的人選。

設(shè)計(jì)意圖：在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生像科學(xué)家那樣思考問題，對小車的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了整體性的規(guī)劃，又按照工程師研究問題的思維方式進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)，最后提問還需不需要在現(xiàn)實(shí)中做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的思維回歸現(xiàn)實(shí)，明白實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)了學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。同時(shí)，布置下節(jié)課賽車會的任務(wù)，將所學(xué)知識運(yùn)用于實(shí)踐，進(jìn)行思維的遷移，提醒學(xué)生不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，在不斷思考問題和解決問題的過程中提升思維能力。