资源简介

地质版通用技术教材《技术与设计1》第七章第一节第二课时-----《简单的技术试验》。
简单的技术试验
——基于Arduino和“微力传感器”的纸张吸水性检测试验
说课教师：
指导教师：
一、说课程标准
高中通用技术课程标准对学科核心素养进行了明确划分，参照附录一，我们发现，在素养1：技术意识的水平2中，要求学生能在技术活动的过程中，恰当处理人技关系，形成规范、安全的技术习惯；素养2：工程思维的水平5中，要求学生能运用模拟试验或数学模型评价设计方案， 通过趋势分析、风险评估等对相关方案进行优化和改进；素养5：物化能力的水平4中，要求学生能分析设计方案，并根据方案设计要求选择合适的材料，具有初步的工具思维和工匠精神，完成模型或产品的成型制作和装配；能对模型或产品进行基本的技术测试和技术指标测量，撰写简单的技术测试和方案试验的报告。
结合教材分析发现，本节课的目标是让学生了解技术试验几种方法及其意义，并在体验技术试验的过程中，能选择正确的试验方法，设计试验方案，撰写试验报告。课程标准对本实践教学涉及的内容要求如下：
能阐述技术试验的几种方法及意义，在对具体技术试验案例思考、分析的过程中认识到技术试验的重要性；
在对具体案例的思考、分析、实践过程中理解常用的技术试验方法；
能结合具体案例，选择合适的技术试验方法，设计试验方案，开展技术试验，撰写试验报告。
二、说教材
本节课选自地质版通用技术教材《技术与设计1》第七章第一节第二课时-----《简单的技术试验》。
从教材内容上来看，技术试验是技术设计过程中的一个重要环节，同时也是技术探究的一种重要方法，是整本教材的重点。学生在经历技术试验的过程中，有利于培养其技术素养，提高创新能力和实践能力，具有很高的教育价值。
此外，在地质版教材第七章第一节，设置了“对生态垃圾桶进行技术试验”的体验活动，来让学生亲自感受技术试验过程，教材中要求学生从以下三方面进行技术试验：
对垃圾桶的外形尺寸进行检测，从而说明设计数据与实际数据的偏差值；
分别观察垃圾桶空置时、投放垃圾时以及满载时的状态，对垃圾桶的稳定性与强度进行检测；
通过多位同学进行检验测试，检测垃圾桶设计方案中的活动机构是否可靠。
经过以往教学，我发现该实践活动存在以下问题：
学生要对垃圾桶的不同方面进行多次人工测试，试验时间较长；
该体验活动主要是对垃圾桶的外形尺寸和结构等方面进行测试，试验内容陈旧，难以吸引学生兴趣，学生参与度不高。
基于以上问题，我们设计了新的技术体验活动，转而引导学生对纸张吸水性进行测试，以达到提高学生参与度，培养其技术意识的目的。
三、试验教学目标
（一）知识与技能：
1.了解开展技术试验的步骤，能够完成简单的技术试验；
2.掌握撰写技术试验报告的格式，写出简单的试验报告。
（二）过程与方法：
1.体验技术试验的规划过程；
2.能够对试验数据进行分析并得出结论；
（三）情感态度与价值观：
通用技术课程标准指出：①熟悉从事技术活动必须具备的品质，能够安全而又负责任地参加技术活动，具有良好的合作和交流的态度，养成严谨、守信、负责、勤俭、进取等良好品质。②体验技术问题解决过程的艰辛与曲折，具有克服困难的勇气和决心，培养不怕困难、不屈不挠的意志，感受解决技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦。
依据通用技术课程标准，结合“知识与技能”、“过程与方法”教学目标的制定，我将本节课的“情感态度与价值观”教学目标确定为“培养学生良好的合作和交流的态度”。让学生真正感受需要同伴的帮助，需要听取同伴的意见，训练学生能够规范、严谨地表达自己的观点，以此实现“立德树人”的教育目标。
四、试验器材
1.由Arduino主板、水位传感器、蜂鸣器、红蓝指示灯灯模块、OLED液晶显示屏等构建的试验装置主体1；
2.由微力传感器构建的试验装置主体2；
3.尺寸分别为为长7cm、宽1.4cm，长21cm、宽3.7cm的A4纸、报纸、宣纸、牛皮纸各若干张；
4.透明水槽2个。
五、试验创新
1.自制“基于Arduino的纸张吸水快慢检测装置”（以下简称“装置一”）和“基于‘微力传感器’的纸张吸水量检测装置”（以下简称“装置二”），直观呈现不同纸张吸水快慢及吸水量多少。
本节课是要让学生在经历技术试验的过程，以及撰写试验报告，在技术试验过程中锻炼学生交流与思考的意识和能力。因此，给出一个合适的技术试验任务作为驱动载体，让学生经历技术试验实施和报告撰写的过程很重要。基于对教材内容和学生学情进行分析，我们设计自制了“基于Arduino的纸张吸水快慢检测装置”，并在学生提出质疑、查阅资料后再制“基于‘微力传感器’的纸张吸水量检测装置”，供学生体验、探究。
图1 装置一 图2 装置二
试验效果直观，结果准确
在本节试验课中，我们利用各类传感器，结合软硬件制作装置一，准确直观探究不同纸张吸水快慢；又利用专业物理仪器“微力传感器”制作装置二，对被测对象进行定量分析，实时记录数据，不仅体现了试验的科学性，也让学生认识到专业的技术测试器材，增强学生的技术意识。
图3 装置一运行效果图 图4 装置二运行效果图
六、试验设计思路
课堂上，我们通过创设情境，提出问题，引发学生思考应该用什么衡量纸张的吸水性，并基于学生思考讨论，利用课余时间，与学生合作制作装置一，探究纸张吸水快慢；在试验过程中，引发学生不断思考、提出质疑：纸张吸水快慢能否衡量其吸水性能？引导学生查阅资料，寻求科学探究方法，制作装置二，进行课堂探究，以求在课堂教学过程中培养学生的科学思维和深度学习的能力。整堂课基于螺旋式上升策略进行设计与实施，帮助学生实现从理论碎片向知识体系的转变。增强学生的技术意识，综合提升创新设计能力、图样表达能力和工程思维水平。
七、试验教学设计
（一）回顾探究，导入新课
教师引领学生回顾上节课内容，引导学生探究如何实施技术试验？如何交流并呈现试验成果？
设计意图：简明扼要，由问题引入课题，交待试验背景，概述试验要求，激发学生的探究欲望。
图5 课堂实景
（二）技术试验的实施与交流
1.试验一：探究不同纸张吸水快慢
以小组为单位，利用装置一，探究厚度、尺寸一样（长7cm、宽1.4cm）牛皮纸、A4纸、宣纸、报纸四种不同纸张的吸水快慢。通过矿泉水瓶往透明水槽中加水，直至到达水槽边缘为止，观察蜂鸣器报警顺序和指示灯变蓝顺序。
图6 试验一过程
2.试验二：探究不同纸张吸水量
将四种纸张悬挂在微力传感器上，并置于高度一的位置，记录下初始质量m1，浸泡在水里30秒后取出，放置在高度二，记录微力传感器示数m2，并利用“可勃法”计算可勃值，分析纸张吸水性。注意，在试验二探究过程中，应该采用不同质量纸张进行多组试验，减小误差，保证科学性。
表1 吸水量试验一
牛皮纸 A4纸 宣纸 报纸
吸水前质量m1 0.061 N 0.032 N 0.045 N 0.052 N
吸水后质量m2 0.069 N 0.04 N 0.106 N 0.081 N
可勃值C 0.8 g/m2 0.8 g/m2 6.1 g/m2 2.9 g/m2
表2 吸水量试验二
牛皮纸 A4纸 宣纸 报纸
吸水前质量m1 0.070 N 0.061 N 0.037 N 0.052 N
吸水后质量m2 0.081 N 0.077 N 0.096 N 0.082 N
可勃值C 1.1 g/m2 1.6 g/m2 5.9 g/m2 3.0 g/m2
表3 吸水量试验三
牛皮纸 A4纸 宣纸 报纸
吸水前质量m1 0.036 N 0.048 N 0.057 N 0.035 N
吸水后质量m2 0.043 N 0.060 N 0.120 N 0.069 N
可勃值C 0.7 g/m2 1.2 g/m2 6.3 g/m2 3.4 g/m2
设计意图：在此过程中，学生亲身参与设计试验方案，体验试验过程，进一步明确了技术试验的基本步骤，锻炼了学生的沟通合作能力，同时也提高了学生的技术意识、工程思维以及物化能力。并且，学生在分享试验结果的过程中，不知不觉为接下来试验报告的撰写留下铺垫。
图7 试验二过程
（三）分析结果，撰写报告
根据技术试验的实施和汇报，同学们整理试验报告，并上台总结试验报告的注意事项。
设计意图：教师总结本次试验，对学生的学习成果作出肯定，并提出试验过程中发现的问题，引发学生深入思考，应该如何规范地表达试验过程。以技术试验报告为载体，培养了学生的技术意识和工程思维。
八、试验效果评价
（一）教学设计评价
1.教学理念新
在教学理念上，首先，教学过程重实践。学生通过动手、动脑活动，在做中学，在学中做，主动获取技术试验相关知识。其次，核心素养为宗旨，我们分别从不同维度发展学生的高阶思维和深度学习，尤其是技术意识和工程思维，这也是我们这节课想要达到的试验教学目标。
2.设计思路妙
在设计思路上，通过创设情境，提出问题，引导学生不断思考，提出解决问题的方法，进行科学探究，得出试验结论。学生在体验活动中由被动获取知识转为主动吸收。
3.试验用具巧
在试验用具上，采用Arduino扩展板，水位传感器等材料，借助图形化编程软件mixly（米思奇）设计制作教具1，并利用微力传感器制作教具2，符合当代教育与高新技术不断融合的趋势。
学生学习效果评价
积极参与实践活动，勤于思考，敢于质疑
学生在课堂实践活动中，基于教师提出的问题，积极思考，设计试验方案，进行试验探究，并在试验1的基础上大胆提出质疑，引发同学们深入思考，教师借此进行拓展，达到升华课堂的效果。
2.任务导向下的实践学习，有效达成试验教学目标
学生以问题为导向，思考解决问题的办法，并在教师引导下进行实践，亲自体验技术试验过程，通过观察试验过程和分析试验报告发现，学生通过做中学，学中做，培养了技术意识、工程思维等核心素养，有效达成本节课的试验教学目标。

展开更多......

收起↑