信息技术八年级下册第三单元 用计算机做科学实验第7课 用计算机测量、显现物理运动情况教学设计

这是一份信息技术八年级下册第三单元 用计算机做科学实验第7课 用计算机测量、显现物理运动情况教学设计，共6页。

教学内容分析
本课是信息技术与物理跨学科融合的综合课，主要介绍基于计算机和开源硬件设计物理实验的方法，了解如何用micr：bit测量小车在斜面上的运动时间，编写程序计算小车在斜面上运动的平均速度，显现物体的运动状况，学会基于计算机和开源硬件获取实验数据的方法。
本课涉及的物理实验是学生已学内容，需要用到学生在物理实验课中的实验器材，操作过程需遵循物理实验的操作方法和操作步骤。创造条件，在实验室里，同时进行物理实验及计算机编程。在器材条件允许的情况下，教学时可测试不同重量的小车在不同的斜面坡度的平均速度，记录相应数据。验证对于同一个斜面，不同重量的小车，其平均速度是否相同；对于同一辆小车，不同的斜面坡度，小车的平均速度是否相同，从而确定最合理的实验条件。另一方面，引导学生思考物理实验需要注意的事项，关注实验数据可能会存在比较大的误差，需采用多次实验获取数据，并在后续数据处理阶段剔除不合理数据。
本课还需要使用电子表格软件对获取的实验数据进行统计和分析，制作数据图表，对提出的假设正确与否进行验证。学生在获得小车平均速度数据的基础上，还要从科学研究的角度，对获取的数据进行科学的统计和分析，从而得出相对准确的实验结果。学生需完成以下三个任务的探究：（1）输入实验数据，利用Excel内部函数求出5次实验的平均速度的平均值，并将该值作为小车在斜面上的平均速度，减少实验误差；（2）生成实验数据统计图表，直观显示实验结果，找出误差较大或明显不合理的数据，并将这些数据剔除，提高实验的准确性；（3）分析实验结果，改变实验条件，对提出假设正确与否进行实验验证。对于Excel电子表格，大部分学生已经有一定程度的应用经验，具体的操作过程不需要细讲，但需关注部分操作遇到困难的学生，给予适时帮助。教学时可将重点放在对实验数据的处理和分析上。教师提出实验要求，至于具体的实验设计和实验步骤可让学生根据实验要求独立进行设计和实验，自行分析实验结果，增强学生分析问题和解决问题的能力。
教学对象分析
学生经过多年信息技术的学习，有较好的信息分析能力，能意识到可以采用电子表格软件处理实验数据，生成便于分析的实验数据表。但是，学生缺乏利用信息技术知识进行跨学科解决问题的经验。在活动中，学生首次将开源硬件知识应用到物理实验中，可能需要较多的引导和帮助，建议组成小团队开展活动。在物理实验操作中，一个人难以完成所有的实验操作，需要团队的力量，才能在一定的时间范围内完成硬件搭建、编程、测量小车运动时间、记录实验数据等操作。
用Excel表格处理数据、计算平均数、生成统计图表，是办公软件常用的功能，是对前面知识的巩固和应用。数据处理所需步骤较多，学生可能难以一次性完成所有任务，教师可引导学生小组合作，培养学生沟通协作的能力。建议教师在教学中，鼓励学生采用不同的方式处理、分析数据，不以教材为标准答案，培养学生创新思维和批判性思维。
从总体分析，不管是用开源硬件获取实验数据，还是用电子表格分析数据，均有一定的操作难度，教师可在学生操作演示的基础上，再次进行演示操作，指出问题所在。评价时建议以过程性评价为主，鼓励学生大胆实践，勇于探究，采用科学的方法进行研究和实验，尽可能让全体学生都能突破难点，在本课学习中有所收获。
教学目标
1．了解基于计算机和开源硬件设计物理实验的方法。
2．了解基于计算机和开源硬件获取实验数据的方法。
3．应用Excel软件统计和分析实验数据。
4．提出假设，通过实验验证假设的正确性。
教学重点和难点
1.教学重点。
用micr：bit测量运动时间，计算物体运动的平均速度，通过电子表格软件分析实验数据。
2.教学难点。
通过系统运行时间计算小车通过斜面的时间，判断所获得的数据是否合理。
教学方法
1.比较观察法：播放物理实验视频《测量平均速度》，让学生回顾已学物理知识及实验步骤，思考用计算机解决物理实验问题的可能性。
2．演示讲解法：用串口监视器观察系统运行时间变化，新建变量，通过编程测量小车经过斜面的时间，再计算小车的平均速度，用电子表格软件分析实验数据。
3． 任务驱动法：以教材任务引导学生探究学习，完成小车平均速度的测量等任务。
教学准备
1．教学环境：计算机网络教室、转播控制系统。
2．实验器材准备：micr：bit、电池盒或充电宝，数据线，物理实验套件。
教学过程
第1课时
第2课时
教学反思方向
1．创设的导课情境是否唤起学生已有认知，了解如何测量物体运动的平均速度，为后续操作学习做好铺垫。
2．是否有足够的空间让学生思考如何通过开源硬件获取实验数据，所获得的数据如何进行分析处理。
3．“通过系统运行时间计算物体经斜面的时间（给获取经过时间变量赋值）”这一教学难点是否有突破。
4．学生是否能熟练应用电子表格软件分析实验数据，并基于可视化图表剔除误差较大的实验数据。
5．教师是否能引导学生完成本活动和本学期的学习评价，对学生始终坚持多元化评价，引导学生及时调整学习策略，保持对学科学习的兴趣，提高创新能力和实践动手能力。教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
回顾旧知，导入新课
1．访谈：如何测量物体运动的平均速度。
2．播放视频：《测量平均速度》。明确平均速度计算方式为：路程÷时间。
3．思考：如何提高测量结果的准确性。
4．组织学生讨论：如何用开源硬件，完成测量平均速度物理实验。
学生代表接受访谈。
观看物理实验的视频，思考如何提高数据准确程度的方法。
交流、讨论，个别发言。
本环节让学生思考用开源硬件结合计算机做物理实验的可能性。
实验准备
1．小组讨论：在实验中需要测量哪些数据。
2．要实现测量功能，需要准备哪些实验器材。
3．小组分工，多人合作，推选小组长统筹项目活动。
4．请小组长分发物理实验套件。
5．根据小组讨论结果，准备开源硬件器材及其他器材。
6．搭建物理实验装置。
7．用数据线连接主控板与计算机。
根据视频内容，独立思考，回答问题。
领取实验器材。
参与讨论。
搭建实验装置。
连接硬件。
本活动涉及物理实验，比较特殊，需重点准备好物理实验器材，并完成实验装置搭建，以便后续课程的顺利开展。
动手实践：测量小车在斜面上运动的平均速度。
1．布置任务：测试系统运行时间。
（1）学生自学教材 P98～99的内容或者观看微课学习资源，自主探究。
（2）通过串口监视器观察系统运行时间的变化。
（3）将以毫秒为单位的时间数据换算为以秒为单位。
2．编写计时程序。学生上台演示操作方法，教师辅助指导。学生操作时，教师巡视，必要时个别辅导或全班点评。
（1）新建数字类型全局变量，明确变量用途。
（2）写入初始化代码，设置变量初始值，显示提示文字。
（3）小组合作，测量小车顶端到挡板的距离，记录备用。将小车置于斜坡顶端，准备开始测试。
自主探究如何用系统运行时间指令计算小车经过斜面的时间。
上机实践，完成任务。
学生代表发言，转播操作过程。其他同学观察上台学生和教师的演示操作，发现操作过程中的问题及时提出并尝试解决。
学生已有一定研究能力，可通过自学完成部分的技能学习。
用系统运行时间计算小车经过斜面的时间有一定难度，学生比较陌生，可先通过串口监视器观察系统运行时间的变化。计时程序需用到变量，操作部分对学生有一定难度，可请程度相对高的学生演示操作，鼓励学生用规范的方式完成操作。
（4）开始测试，让小车从斜坡顶端滑行到底部挡板，用主控板记录小车运动时间。写入代码，当A按钮被按下，设置变量起始时间初始值为当前系统运行时间。当B按钮被按下，设置变量结束时间为当前系统运行时间，根据物理学知识进行运算，设置经过时间为结束时间减起始时间，再将所得的运算值除以1000，即可得到以秒为单位的经过时间值。显示经过时间值，提示按下A＋B键获取平均速度值。
（5）回顾物理知识，平均速度＝路程÷经过时间，当A＋B键被同时按下，设置变量平均速度的值为变量路程除以变量经过时间的值。主控板LED屏幕显示最终运算结果。
（6）将实验数据记录到实验数据表格中，数据可精确到小数点后一位或两位。
（7）为获得更准确的实验结果，以上实验至少重复做5次，并进行数据记录，获得完整的实验数据。实验过程中，误差明显大的数据，可小组讨论是否采用。
完成对主控板的编程，结合开源硬件完成物理实验。初步记录并分析数据。多次实验，减少实验误差。
学生对物理实验操作比较熟悉，可鼓励学生使用电池盒、充电宝等方式解决主控板移动不便的问题。
通过与物理的跨学科融合，让主控板自动完成计时和数据运算，得出实验数据。基于物理学科知识，分析所获取的数据是否存在特别大的偏差。通过多次实验和测量，排除一些明显异常的数据，取多次实验测量的平均值作为最终的实验数据。
实践创新
1．使用原有器材，测量小车在斜面上半段路程和下半段路程的平均速度。完成多组实验数据记录。
2．小组汇报、展示。
尝试完成实验操作，记录并分析实验数据。
汇报总结。
用信息技术手段分析物理问题，体验用开源硬件辅助实验的优越性。
交流、总结、思考
1．展示学生实验结果，鼓励学生自由发言，讨论制作过程中遇到的问题。
2．思考并尝试结合其他传感器，例如超声波传感器、红外传感器、物联网模块等，设计出类似自动测距、计时等更自动化、智能化的作品。
3．请小组长回收实验器材，整理清单。
总结本活动用到的知识和技能。
学生代表发言，其他同学倾听，参与交流、讨论。
整理实验器材，组长清点数量。
学生在交流、讨论中，反思设计过程遇到的问题，提出对应的解决方案。
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
回顾旧知，导入新课
1．展示部分小组的实验数据记录表，引导学生回顾用开源硬件计算小车运动时间的方法。
2．请学生思考：
（1）获取实验数据是进行科学研究的第一步；借助信息技术工具，快速分析实验数据是科学研究的第二步。
（2）有哪些软件可用于分析处理实验数据，本次实验需要针对哪些数据进行处理。
（3）如何对数据进行可视化处理，以便迅速发现其中的极端数据，导致实验结果误差偏大。
学生代表发言，全体讨论。
学生代表发言，其他同学倾听，补充。
回顾已有知识和经验，进一步思考如何处理已获得的数据，用电子表格软件对数据进行分析，并将实验结果可视化，剔除极端数据。
引导学生自主思考如何应用已学知识解决新问题，独立思考应该用什么软件，处理哪些数据，采用什么方式更合理。
任务驱动，自主探究
1．布置任务：完成物理实验数据的分析。
2．遇到困难的同学，自学教材P104～107的内容。尝试用Excel软件分析实验数据。
3．巡视，观察、记录、汇总学生在独立探究过程遇到的问题，必要时个别辅导。
4．请学生代表交流操作过程中遇到的问题，其他学生补充，教师加以指导点评，引导学生小结相关知识点。
（1）新建Excel工作表。
（2）设计实验表格，输入上个课时所获得的实验数据。
（3）求平均速度的平均值。
（4）将实验数据生成图表。根据图表，进行数据分析，判断并剔除极端实验数据。
自主上机实践，根据实际情况，独立尝试用自己的方式分析实验数据，或者自学教材内容，尝试用指定方式完成数据分析任务。
转播学生演示操作，在交流中巩固电子表格软件的知识与操作技能。
发挥学生自主性，自主尝试用Excel 软件处理数据。在遇到问题或者困难时，自学教材相关内容，尝试解决问题。
部分学生用Excel软件处理数据存在困难，让学生代表演示操作过程，并充分讨论，让全体学生有效回顾用到的电子表格软件知识和操作技能。
演示讲解，
提升认识
演示数据处理过程学生存在问题较多的操作，实时互动提问，请学生到教师机
完成部分操作。
（1）实验表格的新建和设计，单元格的大小设置和对齐方式。
（2）输入数据小数点位数的设置。（3）通过函数列表中平均值函数自动计算平均值。
（4）选择数据区域，生成散点图。（5）根据散点图，观察是否存在极端数据。
观察教师演示操作，积极完成课堂任务。
以教材案例为例，第二组实验数据，根据一定的标准可以认定为极端数据，给予剔除。
根据不同的标准，也可以认定为正常实验误差，纳入数据统计。可通过对标准的讨论，培养学生的批判性思维。
实践创新
提供上个课时完成创新实践任务小组的实验数据，或者直接出示指定数据，布置任务：
根据教材 P107～108的活动要求，基于数据提出实验假设，用电子表格验证假设正确与否。
独立完成实验验证，判断假设是否成立。
突破教学框架，尝试设计原有作品延伸功能，创新设计新作品。
归纳小结，
完成评价
1．引导学生回顾本活动应用到的相关知识技能并进行小结。
2．思考信息技术还可以解决哪些物理实验问题，哪些学科的问题。
3．完成教材P108的学习评价，回顾并评价本学期的学习成果。
总结本活动用到的知识与技能。
交流跨学科融合的可能性。
完成学习评价。
在对话中归纳总结，思考如何突破学科局限，合理运用技术解决实际问题。在评价中肯定学生的成长，鼓励学生继续动手实践。