資源簡介

地質版通用技術教材《技術與設計1》第七章第一節第二課時-----《簡單的技術試驗》。
簡單的技術試驗
——基于Arduino和“微力傳感器”的紙張吸水性檢測試驗
說課教師：
指導教師：
一、說課程標準
高中通用技術課程標準對學科核心素養進行了明確劃分，參照附錄一，我們發現，在素養1：技術意識的水平2中，要求學生能在技術活動的過程中，恰當處理人技關系，形成規范、安全的技術習慣；素養2：工程思維的水平5中，要求學生能運用模擬試驗或數學模型評價設計方案， 通過趨勢分析、風險評估等對相關方案進行優化和改進；素養5：物化能力的水平4中，要求學生能分析設計方案，并根據方案設計要求選擇合適的材料，具有初步的工具思維和工匠精神，完成模型或產品的成型制作和裝配；能對模型或產品進行基本的技術測試和技術指標測量，撰寫簡單的技術測試和方案試驗的報告。
結合教材分析發現，本節課的目標是讓學生了解技術試驗幾種方法及其意義，并在體驗技術試驗的過程中，能選擇正確的試驗方法，設計試驗方案，撰寫試驗報告。課程標準對本實踐教學涉及的內容要求如下：
能闡述技術試驗的幾種方法及意義，在對具體技術試驗案例思考、分析的過程中認識到技術試驗的重要性；
在對具體案例的思考、分析、實踐過程中理解常用的技術試驗方法；
能結合具體案例，選擇合適的技術試驗方法，設計試驗方案，開展技術試驗，撰寫試驗報告。
二、說教材
本節課選自地質版通用技術教材《技術與設計1》第七章第一節第二課時-----《簡單的技術試驗》。
從教材內容上來看，技術試驗是技術設計過程中的一個重要環節，同時也是技術探究的一種重要方法，是整本教材的重點。學生在經歷技術試驗的過程中，有利于培養其技術素養，提高創新能力和實踐能力，具有很高的教育價值。
此外，在地質版教材第七章第一節，設置了“對生態垃圾桶進行技術試驗”的體驗活動，來讓學生親自感受技術試驗過程，教材中要求學生從以下三方面進行技術試驗：
對垃圾桶的外形尺寸進行檢測，從而說明設計數據與實際數據的偏差值；
分別觀察垃圾桶空置時、投放垃圾時以及滿載時的狀態，對垃圾桶的穩定性與強度進行檢測；
通過多位同學進行檢驗測試，檢測垃圾桶設計方案中的活動機構是否可靠。
經過以往教學，我發現該實踐活動存在以下問題：
學生要對垃圾桶的不同方面進行多次人工測試，試驗時間較長；
該體驗活動主要是對垃圾桶的外形尺寸和結構等方面進行測試，試驗內容陳舊，難以吸引學生興趣，學生參與度不高。
基于以上問題，我們設計了新的技術體驗活動，轉而引導學生對紙張吸水性進行測試，以達到提高學生參與度，培養其技術意識的目的。
三、試驗教學目標
（一）知識與技能：
1.了解開展技術試驗的步驟，能夠完成簡單的技術試驗；
2.掌握撰寫技術試驗報告的格式，寫出簡單的試驗報告。
（二）過程與方法：
1.體驗技術試驗的規劃過程；
2.能夠對試驗數據進行分析并得出結論；
（三）情感態度與價值觀：
通用技術課程標準指出：①熟悉從事技術活動必須具備的品質，能夠安全而又負責任地參加技術活動，具有良好的合作和交流的態度，養成嚴謹、守信、負責、勤儉、進取等良好品質。②體驗技術問題解決過程的艱辛與曲折，具有克服困難的勇氣和決心，培養不怕困難、不屈不撓的意志，感受解決技術難題和獲得勞動成果所帶來的喜悅。
依據通用技術課程標準，結合“知識與技能”、“過程與方法”教學目標的制定，我將本節課的“情感態度與價值觀”教學目標確定為“培養學生良好的合作和交流的態度”。讓學生真正感受需要同伴的幫助，需要聽取同伴的意見，訓練學生能夠規范、嚴謹地表達自己的觀點，以此實現“立德樹人”的教育目標。
四、試驗器材
1.由Arduino主板、水位傳感器、蜂鳴器、紅藍指示燈燈模塊、OLED液晶顯示屏等構建的試驗裝置主體1；
2.由微力傳感器構建的試驗裝置主體2；
3.尺寸分別為為長7cm、寬1.4cm，長21cm、寬3.7cm的A4紙、報紙、宣紙、牛皮紙各若干張；
4.透明水槽2個。
五、試驗創新
1.自制“基于Arduino的紙張吸水快慢檢測裝置”（以下簡稱“裝置一”）和“基于‘微力傳感器’的紙張吸水量檢測裝置”（以下簡稱“裝置二”），直觀呈現不同紙張吸水快慢及吸水量多少。
本節課是要讓學生在經歷技術試驗的過程，以及撰寫試驗報告，在技術試驗過程中鍛煉學生交流與思考的意識和能力。因此，給出一個合適的技術試驗任務作為驅動載體，讓學生經歷技術試驗實施和報告撰寫的過程很重要?；趯滩膬热莺蛯W生學情進行分析，我們設計自制了“基于Arduino的紙張吸水快慢檢測裝置”，并在學生提出質疑、查閱資料后再制“基于‘微力傳感器’的紙張吸水量檢測裝置”，供學生體驗、探究。
圖1 裝置一 圖2 裝置二
試驗效果直觀，結果準確
在本節試驗課中，我們利用各類傳感器，結合軟硬件制作裝置一，準確直觀探究不同紙張吸水快慢；又利用專業物理儀器“微力傳感器”制作裝置二，對被測對象進行定量分析，實時記錄數據，不僅體現了試驗的科學性，也讓學生認識到專業的技術測試器材，增強學生的技術意識。
圖3 裝置一運行效果圖 圖4 裝置二運行效果圖
六、試驗設計思路
課堂上，我們通過創設情境，提出問題，引發學生思考應該用什么衡量紙張的吸水性，并基于學生思考討論，利用課余時間，與學生合作制作裝置一，探究紙張吸水快慢；在試驗過程中，引發學生不斷思考、提出質疑：紙張吸水快慢能否衡量其吸水性能？引導學生查閱資料，尋求科學探究方法，制作裝置二，進行課堂探究，以求在課堂教學過程中培養學生的科學思維和深度學習的能力。整堂課基于螺旋式上升策略進行設計與實施，幫助學生實現從理論碎片向知識體系的轉變。增強學生的技術意識，綜合提升創新設計能力、圖樣表達能力和工程思維水平。
七、試驗教學設計
（一）回顧探究，導入新課
教師引領學生回顧上節課內容，引導學生探究如何實施技術試驗？如何交流并呈現試驗成果？
設計意圖：簡明扼要，由問題引入課題，交待試驗背景，概述試驗要求，激發學生的探究欲望。
圖5 課堂實景
（二）技術試驗的實施與交流
1.試驗一：探究不同紙張吸水快慢
以小組為單位，利用裝置一，探究厚度、尺寸一樣（長7cm、寬1.4cm）牛皮紙、A4紙、宣紙、報紙四種不同紙張的吸水快慢。通過礦泉水瓶往透明水槽中加水，直至到達水槽邊緣為止，觀察蜂鳴器報警順序和指示燈變藍順序。
圖6 試驗一過程
2.試驗二：探究不同紙張吸水量
將四種紙張懸掛在微力傳感器上，并置于高度一的位置，記錄下初始質量m1，浸泡在水里30秒后取出，放置在高度二，記錄微力傳感器示數m2，并利用“可勃法”計算可勃值，分析紙張吸水性。注意，在試驗二探究過程中，應該采用不同質量紙張進行多組試驗，減小誤差，保證科學性。
表1 吸水量試驗一
牛皮紙 A4紙 宣紙 報紙
吸水前質量m1 0.061 N 0.032 N 0.045 N 0.052 N
吸水后質量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 吸水量試驗二
牛皮紙 A4紙 宣紙 報紙
吸水前質量m1 0.070 N 0.061 N 0.037 N 0.052 N
吸水后質量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 吸水量試驗三
牛皮紙 A4紙 宣紙 報紙
吸水前質量m1 0.036 N 0.048 N 0.057 N 0.035 N
吸水后質量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
設計意圖：在此過程中，學生親身參與設計試驗方案，體驗試驗過程，進一步明確了技術試驗的基本步驟，鍛煉了學生的溝通合作能力，同時也提高了學生的技術意識、工程思維以及物化能力。并且，學生在分享試驗結果的過程中，不知不覺為接下來試驗報告的撰寫留下鋪墊。
圖7 試驗二過程
（三）分析結果，撰寫報告
根據技術試驗的實施和匯報，同學們整理試驗報告，并上臺總結試驗報告的注意事項。
設計意圖：教師總結本次試驗，對學生的學習成果作出肯定，并提出試驗過程中發現的問題，引發學生深入思考，應該如何規范地表達試驗過程。以技術試驗報告為載體，培養了學生的技術意識和工程思維。
八、試驗效果評價
（一）教學設計評價
1.教學理念新
在教學理念上，首先，教學過程重實踐。學生通過動手、動腦活動，在做中學，在學中做，主動獲取技術試驗相關知識。其次，核心素養為宗旨，我們分別從不同維度發展學生的高階思維和深度學習，尤其是技術意識和工程思維，這也是我們這節課想要達到的試驗教學目標。
2.設計思路妙
在設計思路上，通過創設情境，提出問題，引導學生不斷思考，提出解決問題的方法，進行科學探究，得出試驗結論。學生在體驗活動中由被動獲取知識轉為主動吸收。
3.試驗用具巧
在試驗用具上，采用Arduino擴展板，水位傳感器等材料，借助圖形化編程軟件mixly（米思奇）設計制作教具1，并利用微力傳感器制作教具2，符合當代教育與高新技術不斷融合的趨勢。
學生學習效果評價
積極參與實踐活動，勤于思考，敢于質疑
學生在課堂實踐活動中，基于教師提出的問題，積極思考，設計試驗方案，進行試驗探究，并在試驗1的基礎上大膽提出質疑，引發同學們深入思考，教師借此進行拓展，達到升華課堂的效果。
2.任務導向下的實踐學習，有效達成試驗教學目標
學生以問題為導向，思考解決問題的辦法，并在教師引導下進行實踐，親自體驗技術試驗過程，通過觀察試驗過程和分析試驗報告發現，學生通過做中學，學中做，培養了技術意識、工程思維等核心素養，有效達成本節課的試驗教學目標。

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