运用全息交互学习协作终端教学《设计制作小车（一）》一课

苏西凤

摘要本课的课题是“设计制作小车”，引导学生根据提供的材料按要求设计一辆小车。本文运用全息交互学习协作终端将隐性的思维过程和思维结果显性化，提高学生的认知能力，培养他们的思维能力。同时，有助于教师了解学生的思维过程，及时调整教学重点和方向，提高课堂效率。

关键词 “设计制作小车” 全息交互 终端教学

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.040

Using Holographic Interactive Learning Collaborative Terminal to Teach“Design and Manufacture Car （1）”

SU Xifeng

（Wuhan Qiaokou District Shanying Primary School， Wuhan， Hubei 430034）

Abstract： The subject of this course is "design and manufacture of a car"， guiding students to design a car according to the materials provided. In this paper， the holographic interactive learning collaborative terminal is used to make the implicit thinking process and thinking results explicit， so as to improve students’ cognitive ability and cultivate their thinking ability. At the same time， it is helpful for teachers to understand students’ thinking process， timely adjust teaching focus and direction， and improve classroom efficiency.

Keywords： "design and manufacture of a car"； holographic interaction； terminal teaching

教材分析

《設计制作小车（一）》是“运动和力”单元的第7课。教材提出“如何按要求制作一辆动力小车”这一问题，用详尽的图文介绍了制作所需的材料，同时对制作任务提出了具体的要求，由此激发学生制作小车的兴趣。本课由三部分组成：第一部分是明确问题，先给出了设计制作小车的明确任务，并且拟定了清晰的达标条件，为学生的设计思路提供了有利的“脚手架”，同时为后续的小组间评估奠定了公平的指标基础；第二部分是制订方案，先让学生观察一些小车模型，了解根据需要设计和生产的动力车辆，过渡到讨论、确定小车的设计，并指导学生绘制设计图；第三部分是思维的迁移。

本课的课题是“设计制作小车”，但重点在设计上，特别聚焦在讨论、设计方案上，引导学生根据提供的材料按要求设计一辆小车。本文运用全息交互学习协作终端将隐性的思维过程和思维结果显性化，提高学生的认知能力，培养他们的思维能力。同时，有助于教师了解学生的思维过程，及时调整教学重点和方向，提高课堂效率。

课堂导入

师：我国在医疗、高铁、航天各方面都体现了中国速度、大国担当。让我们一起看一段新闻（人类发明的月球车登录月球表面）。

这么小的月球车给地球上的人们回来了如此多有价值的信号和线索，那么有谁知道这个月球车的主要结构是什么呢？

生：车轮、车身、车轴……

师：同学们观察得很仔细，再看看这个车轮有什么特点。为什么要这样设计呢？

生：因为月球上的土壤看起来很疏松，车轮设计成有花纹图案，可以增加小车的抓地力，使小车抓地性更好。

师：月球车是为了人类探索月球的需要，适应月球上的特殊环境而设计的车。今天，我们也设计一辆具有动力的小车吧！

设计意图：通过观看月球车，让学生解了车的基本结构，通过观察全息设备中的3D月球车模型的车轮，使学生明白设计的需求决定了设计的结构，初步形成需要根据设计任务修正设计方案的意识。

明确问题

师：工程师设计的第一步是明确问题，了解自己的设计任务。我们一起来看看今天的任务：利用生活中的材料设计一辆具有动力的小车，使其能在5秒内让两块橡皮至少前进1米。这个任务中，有哪些关键词呢？

生：有动力、5秒内。

生：两块橡皮、1米远。

师：很好，最重要的关键词是动力驱动、带两块橡皮、5秒内至少前进1米远，当然时间越短越好。

（学生讨论，并完成气泡图。）

师：把你们讨论的关键词填到第二层的圈圈中。为了顺利完成任务，我们应该考虑哪些因素呢？

生：为了让小车在5秒内完成任务，设计的小车动力要强，同时车身要尽可能轻。

生：为了让小车至少跑1米远，不仅小车动力要强，而且摩擦力要尽可能小。

生：要运送两块橡皮，车身要坚固、能承重。

师：同学们考虑得真全面，这节课我们重点研究动力、摩擦力、承重力这三个因素。

设计意图：四年级学生的心理特征依然是形象思维主导，逻辑思维不足。而气泡图正是信息图像化的工具，结合了文字、图形、色彩等，可以引导学生思考，并对信息进行加工处理，将自己的思维过程展现。本课中在明确任务环节，通过气泡图的形式引导学生将复杂的任务拆分成3个单一目标。在这一过程中培养学生的分析（拆分任务）、类比（与汽车功能对比）和推理（预设可能出现的问题）能力。

制订方案及绘制设计图

师：上课前，同学通过观看视频和预习课本完成了导学单，哪位同学回答一下小车的结构特点或作用？

生：车身具有装载的作用、车轴需要摩擦力小、车轮需要具有滚动和前进的特点。充气的气球，拉长的橡皮筋具有能量，能提供动力。

师：了解了车的结构后，结合气泡图的考虑因素，我们该如何制订方案呢？（展示材料）大家观察一下，这么多材料，如何组合？

生：我选择的动力方式是气球，我认为气球能提供的动力更强，车架材料是吸管，运动时能减小阻力，车身形状为三角形，四个车轮选择有花纹的。

生：我选择的动力方式是橡皮筋，我认为橡皮筋能提供的动力更强，车架材料是纸盒，这样车身就很轻，车身形状是三角形，运动时阻力会减小，四个车轮选择有花纹的。

师：这些方案都很有创意，我们分别实施这些方案和评估改进方案需要很長时间，而一节课只有40分钟，怎么办呢？为了解决类似问题，工程师发明出了这样一个全息交互设备，可以进行虚拟实验，请看微视频。

（学生明确问题后，在全息设备上选择实验所需的材料，进行设计，制作组装出自己想要设计的小车，并试跑，设备会显示组装小车的材料方案，以及试跑后的速度、路程、车重等数据。工程师把测试结果记录在实验记录单上，思考分析后再进行下一次实验，总共进行4次实验，筛选出最佳方案后，绘图师可将最优组合绘制在工程图纸上。）

师：下面，大家利用全息设备对设计方案进行验证，把测试结果填写在实验记录单上，分析结果，并思考如何改进。

生：我们小组没有实现目标。我们小组选择气球作为动力，长方形纸盒做车身，车轮有花纹，车轴直接穿过车身，车重150克，在全息设备上试跑之后没有实现目标，只跑了0.76米。我认为接下来可以从减轻车重的方向改良小车。

生：我们小组选择气球作为动力，用三角形吸管做车身，车轮有花纹，车轴直接穿过车身，车重50克，在全息设备上试跑之后实现了既定目标。

师：听了刚刚几位同学的汇报，大家一定对自己的小车有了新的想法，接下来给大家7分钟时间继续在全息交互设备上进行测试，直到找到你们小组的最优方案，并绘制工程图纸。

设计意图：工程技术类课程需要大量时间，本课利用全息交互设备进行虚拟实验，让学生在有限的课堂时间内，实现了方案实施、观测结果、收集数据、分析数据等步骤。节约了工程设计的时间成本，让每一位学生都能参与实验，拓展了学习空间，体验了科技带来的便利与乐趣。学生针对每次虚拟实验获得的数据，不断优化设计方案，体验到工程师对产品的研发是需要经历反复实验，不断优化的，培养了学生严谨细致的科学态度。

思维迁移

师：我们通过虚拟实验找出几种合理的方案，还需不需要继续在现实中做实验？

生：需要。

师：为什么？

生：因为实际操作会存在一些误差，我们要通过实验去检验一下。

师：同学们的思维很严谨，实践是检验真理的唯一标准，下节课我们将所学的知识运用于实践，一起来组装小车，举办赛车会，确定最终代表班级参加科技节的人选。

设计意图：在教师的引导下，学生像科学家那样思考问题，对小车的设计方案进行了整体性的规划，又按照工程师研究问题的思维方式进行了虚拟实验，最后提问还需不需要在现实中做实验，让学生的思维回归现实，明白实践是检验真理的唯一标准，培养了学生良好的科学素养。同时，布置下节课赛车会的任务，将所学知识运用于实践，进行思维的迁移，提醒学生不断改进设计方案，在不断思考问题和解决问题的过程中提升思维能力。