樂高科技活動手冊樂高科技活動手冊介紹：為什么創(chuàng)建樂高科技活動手冊？這本材料根據(jù)科技老師的需要而創(chuàng)建，這些老師已經(jīng)意識到中學(xué)科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)教材中科技教育的潛在力。創(chuàng)建這些新教材的目的是對早期的課程內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和延伸。我們?yōu)閷W(xué)生提供了一些簡單的工具并要求他們解決一些實(shí)際問題。在解決這些問題的過程中，我們預(yù)計學(xué)生將自學(xué)到一定的基礎(chǔ)科學(xué)概念和設(shè)想。我們希望本手冊中提供的練習(xí)同樣為學(xué)生提供了一個進(jìn)步的臺階，是他們在許多其他的問題上繼續(xù)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和實(shí)踐。本手冊適合的對象：本手冊中的活動適合11到16歲的學(xué)生。本手冊需要科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)驗(yàn)嗎？無疑，這份材料對于那些玩過quickstartcards（《快速入門卡片》）或者看過科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)軟學(xué)生們將會理解：一些材料在一定的溫度會改變狀態(tài)。狀態(tài)的變化與能量的轉(zhuǎn)化有關(guān)。一些材料會隨著溫度的變化膨脹和收縮。能量是能轉(zhuǎn)化的，而且可以被控制和利用。隔離可以減少能量的轉(zhuǎn)化。怎樣測定力和功，以及怎樣計算功率。怎樣確定速度、距離和時間之間的關(guān)系，怎樣用圖表將這些關(guān)系表示出來。摩擦力是怎樣影響運(yùn)動的。力可以使某一物體繞某一固定點(diǎn)（支點(diǎn)）轉(zhuǎn)動。光在某一種介質(zhì)中以一定的速度傳播。光是怎樣反射和折射的。濾色片是怎樣影響白光的。不同的生態(tài)環(huán)境適合不同的生物群體。一些生物體是怎樣適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的改變的。太陽是地球上大多數(shù)能量資源的來源。心臟的作用就像一個泵。運(yùn)動和休息影響機(jī)體功能。課程目的：IT（信息技術(shù)）學(xué)生將會理解：怎樣選擇合適的設(shè)備，并且有效地利用它來完成特定的任務(wù)。怎樣闡明、分析、顯示信息。怎樣評價信息的準(zhǔn)確度。怎樣創(chuàng)建如果有必要的話改進(jìn)控制某一事件的過程。怎樣使用一個由傳感器獲取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。怎樣使用計算機(jī)來處理和記錄數(shù)據(jù)。怎樣使用一個實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠硌芯坎煌兞恐g的關(guān)系。怎樣修改模型并對這些修改產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。怎樣將由模型獲取的數(shù)據(jù)與通過其他渠道獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。某些模型技術(shù)中的固有限制。課程目的：設(shè)計技術(shù)學(xué)生將會理解：怎樣獨(dú)立工作和成為團(tuán)體的一份子。怎樣利用科學(xué)及其他學(xué)科中的技巧和知識。怎樣利用搭建卡片來工作。工具和設(shè)備的用途是什么？怎樣將機(jī)械部件與電力及其他類型的系統(tǒng)緊密的聯(lián)系起來。怎樣使用傳感器。含有輸入處理及輸出功能的系統(tǒng)。反饋對于一個系統(tǒng)來說是多么重要。怎樣將產(chǎn)品的功能與它的預(yù)期功能聯(lián)系起來。系統(tǒng)中運(yùn)用科學(xué)原理。呼吸監(jiān)測器目的：將不同人的呼吸速率及呼吸深度作比較。討論及研究影響呼吸速率及深度的因素。學(xué)會怎樣解釋圖表。學(xué)會怎樣畫標(biāo)準(zhǔn)的圖表。活動步驟：打開“Breath”文件注意：先要按on-screen鍵使程序開始運(yùn)行，然后由學(xué)生來按觸碰傳感器來激活圖表。提醒學(xué)生在病人呼吸到一半時開始繪制圖表。按觸碰傳感器開始，再按一次則結(jié)束繪圖。注意：結(jié)果在項(xiàng)目頁面上顯示的速度取決于計算機(jī)的運(yùn)行速度，在停止觸碰傳感器之后可能要等待幾秒才能見到結(jié)果。補(bǔ)充測試內(nèi)容：比較同一學(xué)生在運(yùn)動之前、之中和之后的呼吸速率，要求同學(xué)們對這些變化進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果是否與這些預(yù)測相吻合呢？學(xué)生必須檢查他們的模型是否按照安裝的向?qū)нM(jìn)行連接。起重機(jī)目的：研究齒輪系統(tǒng)在提重物上的效果。使用計算機(jī)來收集處理及顯示信息。研究能量、功和輸出功率之間的關(guān)系。研究機(jī)械系統(tǒng)中效率的概念。活動步驟：目標(biāo)是無論重物的重量為多少，利用最小的馬達(dá)功率產(chǎn)生斜率最大的曲線。學(xué)生可能會對馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生疑惑，如果他們在下降的過程中放掉了過多的線，同時線又緊緊地固定在了轉(zhuǎn)軸上，馬達(dá)將開始提起物體，而按鈕則可能顯示它仍在下降。所以要求仔細(xì)地搭建。打開“Crane”文件。不同的變量是怎樣影響馬達(dá)的輸出功率以及起重機(jī)所作的功的。起重機(jī)可以按照學(xué)生們的要求建得復(fù)雜或簡單。建設(shè)開始時在馬達(dá)上使用3：1的減速系統(tǒng)。在起重機(jī)上掛一個100克的物體來校準(zhǔn)系統(tǒng)。馬達(dá)功率調(diào)至6檔，單擊<Test>，然后測量提起的高度，在Page2上的DistanceBox中選擇這個高度值。單擊Start，實(shí)驗(yàn)將自動開始并結(jié)束。補(bǔ)充測試內(nèi)容：改變物體是怎樣影響所做的功及輸出功率的。改變齒輪怎樣影響所做的功及輸出功率的。改變馬達(dá)功率設(shè)置怎樣影響所做的有用功及輸出功率。滑輪系統(tǒng)怎樣影響起重機(jī)的工作？為什么要用這些系統(tǒng)？注意：如果馬達(dá)被卡住，樂高馬達(dá)和樂高Dacta界面不會被損壞，馬達(dá)滿檔時使用的是9伏特直流電，空載時需要約50毫安電流，可住時約500毫安電流。纖維和光目的：學(xué)習(xí)光的傳播和測量測量一系列材料光的性質(zhì)。學(xué)習(xí)校準(zhǔn)測準(zhǔn)測量設(shè)備的意義。活動步驟：樂高光敏傳感器有自己的光線發(fā)射器來探測近距物體。注意確保纖維物不能靠得太近，否則將導(dǎo)致讀到的光值當(dāng)中包含了反射及透射的光線。套管起到了兩個作用：增加距離以及減少室內(nèi)光線的干擾。在光敏傳感器前面放置一個兩節(jié)的棒，同樣可以遮掩光發(fā)射器的干擾。打開“Fabrics”文件。用不受干擾的光線和被一張黑紙阻擋的光線來校準(zhǔn)測試設(shè)備。這就設(shè)置了100%和0%的光值。適用于任何背景光的情況。有多少光通過不同的纖維物被傳送過來了呢？學(xué)生們可以帶來他們自己的纖維物，一些應(yīng)是彈性纖維物。光的傳輸會受到纖維物彈性程度的影響嗎？在彈性纖維物未被拉伸、輕微拉伸及完全拉伸的情況下進(jìn)行測試。顏色對光的傳輸有影響嗎？將一種纖維物染成不同的顏色并對其進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn)。補(bǔ)充測試內(nèi)容：預(yù)測并實(shí)驗(yàn)看濕的纖維物通過的光更多還是更少。預(yù)測并實(shí)驗(yàn)，看鋅是否能阻擋所有的光。將一種阻光性能很好的防曬油與一種阻光性能較差的進(jìn)行比較。（注意：樂高光敏傳感器對于光譜最后的紫外線不產(chǎn)生效應(yīng)）單面鏡真的僅有一面讓光通過。暖房目的：研究光照和溫度之間的關(guān)系處理?xiàng)l件反射、體內(nèi)平衡及控制同時控制兩條曲線做一些時間較長的實(shí)驗(yàn)活動步驟：暖房保持恒溫的性能如何？有沒有超過設(shè)定的高、低溫度？搭建一個暖房，包括加熱燈和光敏傳感器。（注意：為了得到最理想的效果，暖房應(yīng)置于溫度適中或偏低的室內(nèi)使用，LEGO加熱燈需要約5分鐘的時間將暖房內(nèi)的溫度提升5攝氏度）打開“Greenhouse”文件輸入溫度和時間值，然后按Start鍵，實(shí)驗(yàn)在設(shè)定時間到時停止，暖房內(nèi)的溫度由燈的開關(guān)，窗口的開關(guān)來調(diào)整。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容：LEGO的暖房確實(shí)能加快種子和秧苗、發(fā)苗成長的速度嗎？設(shè)計一個控制實(shí)驗(yàn)，在暖房內(nèi)外分別培育種子，使其發(fā)芽。設(shè)計一個適合小盆植物，種在土里或營養(yǎng)液中的植物等等的暖房。光對于發(fā)芽過程有什么作用，特別是在晚上？在整個實(shí)驗(yàn)過程中或在晚上，用厚的黑布將加熱燈罩住。一些園藝家認(rèn)為音樂有助于植物生長。在實(shí)驗(yàn)中使用樂高發(fā)聲裝置或一臺小收音機(jī)。注意：確保計算機(jī)設(shè)備、電線等一起不接觸到液體。將實(shí)驗(yàn)裝置安置在低盤上進(jìn)行，不能在超過50攝氏度的情況下使用溫度傳感器，不要使用有機(jī)溶液。光信息目的：研究光作為一種傳播媒介的性質(zhì)檢查傳輸過程中影響信息質(zhì)量的因素看光信息是怎樣有效繞過障礙物傳播的。活動步驟：光線昏暗的房間最適合做這個實(shí)驗(yàn)。主要目的是減少干擾。但學(xué)生們?nèi)詰?yīng)將周圍光線作為影響實(shí)驗(yàn)的一個因素來考慮。打開“Message”文件將光信息長距離傳輸?shù)淖詈梅椒ㄊ鞘裁矗咳魲l件允許，可在米尺的一端裝一只燈，在華東裝置上裝一個光敏傳感器，這可以使測量更精確。在燈放置或不放置拋物形反射片的情況下，使用黑或白的管子時，或在傳感器上安裝聚光鏡的情況下分別實(shí)驗(yàn)。煙霧對信號接受有何影響？怎樣最大程度地清除這些影響？在燈上安置濾色片（記得防霧燈是黃色的）補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：使光轉(zhuǎn)角傳輸信息，使用前面深銀和后面深銀的鏡子。光纖的使用。使用一種較粗型的（1.5-2.0mm）在灰色連接栓中放置光纖（使用BluTac保護(hù)）將栓放在樂高積木中，然后要在傳感器前面。鐘擺目的：研究一個鐘擺的運(yùn)動。研究重力的效果。研究摩擦和阻尼。活動步驟：擺動裝置的桿長在20cm左右時效果最佳。打開“Pendulum”文件。將實(shí)驗(yàn)時間設(shè)定在5-20秒內(nèi)。重新設(shè)定角度傳感器，使用黑色軸干將擺托在水平位置。單擊Tesrt1鍵，釋放擺錘。只有當(dāng)擺錘在運(yùn)動時，描繪才進(jìn)行。使用原來2倍、3倍和4倍的擺錘重復(fù)實(shí)驗(yàn)。擺錘的質(zhì)量對于擺動的周期有明顯效果嗎？擺動周期受桿長的影響嗎？連接紅色LEGO條搭建不同長度的桿。

減少摩擦的效果是什么？在需要的地方使用水或稀釋的清潔劑作潤滑油。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：光學(xué)鐘。重新搭建一個可以自由擺動的擺掛在一個光敏傳感器前，在安裝頁及界面上將光敏與6號輸入口連接。在擺動實(shí)驗(yàn)中增加第三頁程序代碼。創(chuàng)建一個新的圖表，在對話框內(nèi)，將圖表與light6相連，單擊Plot圖標(biāo)，看系統(tǒng)能否記錄振幅和周期。拓展練習(xí)：下面兩個練習(xí)使用和樂高機(jī)械結(jié)構(gòu)套件的部件來實(shí)現(xiàn)與上面不同的目的。風(fēng)力強(qiáng)度計/流速計。用輪片代替擺錘。怎樣用它來監(jiān)測風(fēng)力或液體流速呢？風(fēng)向標(biāo)。重建一擺桿作為一個平衡的風(fēng)向標(biāo)。怎樣用它來測定風(fēng)向？智能小車目的：研究不同表面反射的光強(qiáng)。研究傳感器不同敏感度的效果。利用并理解反饋控制來作為保持狀態(tài)的方法。研究趨光性的正、負(fù)面效應(yīng)。活動步驟：暗房能擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變動范圍。要求學(xué)生用白、綠、紅、藍(lán)、黑紙包住障礙物分別實(shí)驗(yàn)。由于反射率同樣取決于表面的質(zhì)地，所以要求他們用涂有不同深淺的紙分別實(shí)驗(yàn)。常見問題是光敏傳感器會受車前燈燈光的影響。充分保證傳感器不收到直接由車前燈發(fā)出的光線。注意：靈敏度滑條能控制計算機(jī)繪制出一條寬度不斷增加的在保持車距值上下波動的曲線。打開“Smart”文件。

怎樣編程使小車在直線路程中避免撞上障礙物？

那種顏色和材料對光的反射效果最佳？本實(shí)驗(yàn)中的LEGO小車模型的速度設(shè)為2。敏感度設(shè)為中等，車距值設(shè)為60。按<Start>鍵。小車停止時，按<Stop>鍵。記錄到使小車停止的障礙物的距離。障礙物由不同顏色及質(zhì)地的紙包著。

將障礙物靠近或遠(yuǎn)離小車會發(fā)生什么？小車會盡量保持原來的距離。設(shè)定敏感度為高等時，小車對于光線的細(xì)微變化也會有強(qiáng)烈的反應(yīng)。控制技術(shù)專家將這種現(xiàn)象稱為“震顫”。“震顫”是由于輸出頻繁超過期望值。敏感度越低“震顫”越不明顯。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：如果障礙物的表面與小車的路程成一角度會發(fā)生什么情況？排列順序。用兩輛或以上的小車，為它們設(shè)定不同的趨光值，在一暗室中，打開一個手電，看他們怎樣調(diào)整自己的位置。]登步健身練習(xí)目的：理解運(yùn)動與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系。理解能量與輸出功率的關(guān)系。用計算機(jī)處理數(shù)據(jù)，并用一種合理的方法記錄結(jié)果。活動步驟：人運(yùn)動時會消耗多少能量？本實(shí)驗(yàn)最大的難度是建造一個“光門”。當(dāng)腳擋住光線時能記錄下光線的變化。如亮堂的房間，白色的包寫都會造成影響。確保觸碰傳感器上的導(dǎo)線足夠長。打開“Fitness”文件。在相應(yīng)的文本框中輸入踏步的高度。人的重量及實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時間。（程序會自動將以千克為單位的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成以牛頓為單位的重量）單擊<Start>鍵，將光強(qiáng)測定值調(diào)至中間強(qiáng)度作為起始點(diǎn)。把觸碰傳感器交給實(shí)驗(yàn)者，由他或她決定何時開始。聽到蜂鳴聲時監(jiān)測器會停止記錄。程序計算步數(shù)時，將光敏傳感器擋住的次數(shù)除以2。注意：本實(shí)驗(yàn)計算克服重力的有用功，為了簡化問題，下落時的無用功忽略不計。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在2分鐘的實(shí)驗(yàn)過程中，第1分鐘的平均輸出功率與第2分鐘的相比有何不同？設(shè)計其他可以用光門記錄次數(shù)的健身運(yùn)動。例如：仰臥起坐和俯臥撐（必須在可以用距離乘以質(zhì)量（kg）*9.8計算功的情況下進(jìn)行）溫度目的：研究日常物品混合時的溫度變化。監(jiān)測溫度變化，找到最高和最低溫度。活動步驟：冰水中加入鹽溫度會怎樣變化？打開“Temp”文件。在漏水盤上放置一玻璃杯或一小杯水，然后加4塊冰。放置溫度傳感器，使它的底部正好浸于水中。監(jiān)測溫度，不停攪拌直到溫度到達(dá)或非常接近零攝氏度。單擊<Start>激活溫度圖表。等待幾秒，然后往水中加入幾茶匙鹽，并攪拌，發(fā)生了什么變化？加入更多鹽，攪拌又發(fā)生了什么？為什么？補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在糖水中加入酵母，溫度會有何變化？在最大值、最小值框中分別輸入35和20，按<Setgraphscale>。在玻璃杯或燒杯中倒入一小杯溫水（25攝氏度）放置溫度傳感器并激活圖表。加入一茶匙糖和一小袋干酵母，攪拌并監(jiān)測溫度，持續(xù)至少10分鐘。注意：確保計算機(jī)設(shè)備電線等儀器不接觸液體，不能在超過50攝氏度的情況下使用溫度傳感器，不能用塑料儀器測量，會損害它的溶液的溫度，例如：有機(jī)溶液。風(fēng)力制冷裝置目的：觀察風(fēng)力制冷、紅外發(fā)熱和水對絕熱纖維材料產(chǎn)生的效果。探究和理解蒸發(fā)現(xiàn)象。使用計算機(jī)處理數(shù)據(jù)，用含有意義的形式來計算和表示信息。活動步驟：打開“Wind”文件。先對風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)試，使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向正確。然后檢查電線連接是否正確，調(diào)節(jié)風(fēng)頁的位置使風(fēng)扇的風(fēng)力達(dá)到最佳效果。還要注意：學(xué)生們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)溫度在下降之前會先上升。這通常是由于他們手上的熱量產(chǎn)生的效果。通過Page2上對太陽光強(qiáng)和風(fēng)力值的設(shè)定，用一些常用的布料纖維來模擬各種不同情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。溫度傳感器在實(shí)驗(yàn)中扮演了人的角色，它的記錄就像是人體體溫的升高或降低。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：油