Touchdown-小学课宇宙飞船着陆(最终)

Touchdown-小学课宇宙飞船着陆(最终)第一页，共20页。TouchdownLessonThisSTEMlessoncouldcomebeforeorduringascienceunitofstudyaboutGravity,Shock-Absorbing,andAirResistance.本节STEM课可以出现在科学学科中关于重力、减震和空气阻力的单元的最初或中间教学时。Lessonobjectiveistoengagestudentsinactivatingpriorknowledgeorcheckingforunderstandingaboutgravity，shock

absorbing

and

air

resistance.课程目标：回顾先备知识或检查学生对主要概念的理解。Studentsareingroupsoffourtofacilitatecommunicationandcollaboration.学生将以4人小组形式进行合作与沟通。第一页第二页，共20页。ActivityDetails

活动介绍Subject:Science,EngineeringandMath

涉及科目：科学，工程和数学GradeLevels:4-5

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

美国新一代科学标准：3-5-ETS1-2第二页第三页，共20页。Engage:MissiontoMars

活动内容：火星任务Didyouknow…Withinthenexttenyears,wemayhavepeoplelivingonMars.Wouldyougo?你知道吗？在未来十年内，有人可能会去火星生活，你愿意去火星吗？Landingonaplanetistricky.Sinceaspacecraftcangoasfastas18,000milesperhour(29,000kmperhour),itneedstobeabletoslowdownasitapproachesit’starget.Thenitneedstolandgently.Ifthereareastronautsonboard,thespacecraftneedstokeepthemsafe.宇宙飞船着陆是一件很艰巨的任务。试想，飞行器的运行速度高达18,000英里每小时（29,000千米每小时），飞行器接近目标时，速度需要放缓，着陆要缓慢，如果飞行器上有宇航员，还要考虑人的安全因素。第三页第四页，共20页。KeyConcepts

主要概念Understandandusethesekeyconceptswhenbrainstormingthechallengewithyourteam:当你们小组针对这个具有挑战性的任务进行头脑风暴时，要理解和应用以下几个主要概念：AirResistance空气阻力Force力Gravity重力Motion运动Shock-Absorbing减震第四页第五页，共20页。AirResistance

空气阻力

Airexertsaforceonanobjectasitfalls,slowingitdown.

当物体下落时，会遇到空气产生的力，下落速度减慢。GravityispushinghimtowardsEarth,whileAirResistancepushesupwardagainsthim,slowinghisrateoffall.重力作用使他向地面下落，这时空气阻力与重力成反方向，使下落速度变缓。第五页第六页，共20页。Force力

A

force

isapushorpulluponanobjectresultingfromtheobject‘s

interaction

withanotherobject.

当一个物体接触另一个物体时，产生推或拉的力。

Wecreateforcewhenwepushagainsteachothershands.当我们双手合十，互推时，即产生力。第六页第七页，共20页。Gravity重力

Theforcethatattractsabodytowardthecenteroftheearth,ortowardanyotherphysicalobject.

重力是吸引物体朝地心方向或朝其他物体运动的力。Whentheapplefallsfromthetree,Gravitypullsittowardstheearth.Ifwedidn’thaveGravity,wewouldallfloatandsowouldtheapple.当苹果从树上掉落，重力将它吸引到地面。如果没有重力，所有物体，包括苹果，都将是漂浮的。第七页第八页，共20页。Motion运动

Achangeinpositionofanobjectwithrespecttotime.

随着时间的改变，一个物体位置发生改变的过程称为运动。YoumayhaveheardofNewton’sFirstLawofMotion.Itstateswhensomethingisinmotion,itstaysinmotion,untilaforceslowsitdownorstopsit.你可能听过牛顿第一运动定律,任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。第八页第九页，共20页。ShockAbsorber减震器

Adeviceforabsorbingtheenergyofsuddenimpulsesor

shocks

inmachineryorstructures.

减震器是一种装置，用来吸收机械中或其他结构中产生的震动或脉冲。

Thinkbacktotheapplefallingfromthetree.Gravityispullingtheappletowardsearth.Theappleisinmotionuntiltheforceoftheearthstopsit.Itwillmostlikelybebruisedbecausetherewasnothingtoabsorbtheforceofthefall.试想苹果从树上掉落，重力使它下落，苹果持续下落的运动，直到落地停止。大多数苹果在落地时会撞伤，因为没有外界因素减少或吸收它着陆的力。第九页第十页，共20页。IntroducetheChallenge

挑战WhenwefindalandingspotonMars,weneedtodesignandbuildaspacecraftthatcanlandtherewithoutinjuringastronautsordamagingthespacecraft.Yourmodelspacecraftwillbethiscup.Insideyourcupwillbethreepompomswhichrepresenttheastronautsonboard.Watchwhathappensaswedropthespacecraftinit’scurrentdesignmodel.假设我们现在已经选好宇宙飞船在火星的着陆点，现在大家的任务是设计一个宇宙飞船，它能安全着陆，保证着陆时宇航员的安全和宇宙飞船本身没有损伤。今天，大家的宇宙飞船模型用杯子替代，杯子内部的三个绒球玩具代表宇航员。现在大家观察一下现有模型的着陆现象。第十页第十一页，共20页。IntroducetheChallenge

挑战Yourchallengetodayistoimprovethedesignmodelofyourspacecraftsothatitwilllandsafelyandprotectyourastronautswhendroppedonthefloor.Asyoutestyourspacecraft,you’llfindwaystomakeitbetter.Improvingdesignbasedontestingiscalledtheengineeringdesignprocess.Usingthisprocesswillhelpyoubetterunderstandandapplythekeyconcepts.

今天要挑战的活动内容是改装现有的宇宙飞船，让宇宙飞船安全着陆，并且保证宇航员的安全。在测试过程中，尝试不同的方法改进着陆过程。反复测试并改进的过程称之为工程设计过程，这个环节能帮助你理解并应用涉及的主要概念。第十一页第十二页，共20页。Materials

材料Usethetapeandmaterialsprovidedinyourteambagtodesignandimproveyourspacecraft.

用材料袋里的素材和胶带设计、改进你的宇宙飞船。Eachteamhasabudgetof$1,720,500.00todesigntheirspacecraft.YouwillbechargedforALLmaterialsthatareusedinyourtestsandfinalspacecraft.(nochargefortape)

每个小组有$1,720,500.00（￥11,183,250.00）的预算。预算用于购买测试过程中所需要的材料。（胶带免费提供）Youmaynotcoverorsecureyourastronautsinsidethecups.

不允许通过将“宇航员”密封在纸杯中的方式防止他不掉落。Theyarnmaynotbeusedtobuildyourmodelspacecraft,itwillbeusedfortesting.

纱线不能用于制作宇宙飞船模型，它稍后将用于测算高度。第十二页第十三页，共20页。Brainstorm,DesignandBuild

头脑风暴，设计和建造模型Keepinmind…Whenyoujumpoffahighstep,youbendyourbackandkneestoabsorbsomeoftheenergyandbreakyourfall.

牢记，当你起跳时，你会弯曲后背和膝盖，用于承受部分能量，使着陆更缓慢。Whatkindofshockabsorbercanyoumake,tosoftenthelandingandprotectyourthreeastronauts,usingthematerialsprovided?

为了让着陆缓慢，保护宇航员的安全，运用所给材料，你能设计哪种类型的减震器？Howwillyoumakesurethespacecraftdoesn’ttipoverasitfallsthroughtheairorwhenitlands?

你如何改进设计，才能保证宇宙飞船在空中下落，却不翻倒。第十三页第十四页，共20页。Test

测试Whenyouarefinishedcreatingyourmodelspacecraft:当你制作完成宇宙飞船模型，需要进行以下步骤：Listthematerialsyourteamusedandhowmuchyouhavespentsofarinthedesignofyourspacecraft.

列出设计模型使用的材料，计算目前的总花费。Dropyourspacecraftfromtheheightoftheyarninyourbag,fivetimes,anddocumentonyourrecordingsheet.

将纱线拉直，以便作为测试的高度，宇宙飞船从指定高度下落，测试五次，然后在纸上记录数据。

第十四页第十五页，共20页。EvaluateandRedesign

评估与重新设计Asateam,discusswhatworkedwell,andwhatmayneedtoberedesigned.

以小组为单位讨论哪些设计是有效的，哪部分需要重新设计与改善。Forexample,ifyourspacecraft:

比如说，你的宇宙飞船：Tipsoverasitfallsthroughtheair–makesureit’slevelwhenyoureleaseit.Checkthattheweightisevenlydistributed.Considerusingalargerbase.

下落过程中翻倒—检查释放宇宙飞船时是否水平，检查内部重力是否分布均匀，考虑扩大宇宙飞船底部。Bouncesyourastronautsoutofthecup–addsoftpadsorchangethenumberorpositionoftheshockabsorbers.Also,makethespringslessspringysotheydon’tbouncetheastronautsout.

宇航员（绒球玩具）飞出宇宙飞船（纸杯）—增加柔软的铺垫物或者改变减震器的数量，也可以试图减少弹簧的弹力，这样宇航员（绒球玩具）就不会弹出了。第十五页第十六页，共20页。FinalTest

最终测试Listthenewmaterialsusedinthisdesign.

列出本次设计用到的新材料Dropyourspacecraftfromtheheightoftheyarninyourbag,fivetimesanddocumentonyourrecor