課程背景與目標：本課程透過設計實驗裝置和動手操作，讓學生了解在滾動摩擦情形下物體運動的基本規律。物理學中的力和運動是STEM課程中最常見的核心內容，相關的知識點多且集中，本課程正是結合這些知識點，創造學生可以主動參與以及競爭的情境，讓學生在解決問題的過程中學習力和運動的有關知識，並學會設計製作，學會合作學習。

課程領域：工程、物理、數學、寫作

建議年級：二年級

建議時間：140分鐘

課程任務：學習球的運動規律（主要是加速運動與減速運動），瞭解摩擦力，以及速度的方向和分解，培養髮現問題和解決問題的能力。

教學過程

一、匯入（15分鐘）

1。簡述軌道和加速度的概念（5分鐘）

軌道是固定的運動區域，是為了限制某些物體在其中按照既定路線運動而設計出來的平臺或管道等。加速運動就是速度越來越快的運動，速度的變化與發生這種變化所用的時間的比就是加速度。要一直保持運動方向的受力不平衡才能產生加速運動。

2。舉例說明什麼是軌道（5分鐘）

此處內容略。

3。簡述什麼是摩擦力，並讓學生體驗摩擦力（5分鐘）

摩擦力是兩個相互接觸的物體，當有相對運動或有相對運動趨勢時，在接觸面上產生的阻礙運動的作用力。

教師可以讓學生將手用力貼在某個平面上，如桌面上，並向前滑，然後攥起拳頭在桌面上滑動，體會兩種不同的摩擦力。

二、任務執行與反思（105分鐘）

（一）第一個任務的執行與反思（55分鐘）

1。出示任務和評價量規（10分鐘）

（1）任務：以小組為單位，在豎直平面上做一個傾斜的軌道，讓小球能在其上滾動並且不會滾出軌道。各小組設定一名觀察員。

（2）材料：筆、普通A4紙、硬紙板、透明膠、塑膠平板（或室內牆壁）、玻璃球、剪刀。

（3）評價量規：軌道製作評價量規1

1分

2分

3分

滾動的流暢性

小球無法滾動起來，或者滾動起來後經常出現滾動中斷的情況

小球可以滾動起來，但是偶爾會出現動中斷的情況

小球滾動流暢

軌道的限制性

小球完全不按照軌道的規定路線運動，或者觀察不到軌道對小球運動的限制作用

軌道能對小球的運動產生約束，但是約束力不強，偶爾會出現小球偏離軌道掉落的情況

小球完全依照軌道的限定進行運動

小組分工合作

分工不明確，每個成員不清楚自己的角色

有基本的分工，但是分工不繫統，或執行分工不徹底，或出現沒有承擔任務的成員

有明確的分工且貫徹實施，每個成員都安排了相應的任務，並且每個人明確自己的任務，有組織地執行

注：出示任務和評價量規後給少量時間讓各小組進行溝通準備

2。執行任務（20分鐘）

正式執行軌道製作任務，教師要求學生依照評價量規思考以下問題。

軌道傾角為多少度合適？

軌道應該如何固定在豎直平面上？具體如何操作？需要注意什麼細節？

小組如何分工？（需要以下角色：規劃者、固定豎直平面者、固定軌道者加固膠帶者、實驗操作者和記錄者。）

3。總結和反思（25分鐘）

全部小組完成軌道製作後，教師組織學生討論。

你們組是如何分工的？

你們組在軌道製作過程中是否出現了問題？出現了什麼問題？為什麼會出現這樣的問題？

假如需要增加製作一條軌道，讓小球的執行速度減緩，你們要怎麼做？

拓展問題：小組如何畫出思考和執行任務的流程圖？

（二）第二個任務的執行與反思（50分鐘）

1。出示任務和評價量規（10分鐘）

（1）任務：用現有的材料製作出一套軌道，使得小球能在軌道上運動，且運動的時間必須超過20秒，時間越長越好。

（2）評價量規：軌道製作評價量規2

1分

2分

3分

滾動的流暢性

小球無法滾動起來，或者滾動起來後經常出現滾動中斷的情況

小球可以滾動起來，但是偶爾會出現滾動中斷的情況

小球滾動流暢

軌道的限制性

小球完全不接照軌道的規定路線運動，或者觀察不到軌道對小球運動的限制作用

軌道能對小球的運動產生約束，但是約束力不強，偶爾會出現小球偏商軌道掉落的情況

小球完全依照軌道的限定進行運動

小球運動時長

不足15秒

15-20秒

20秒以上

小組分工合作

分工不明確，多數成員不清楚自己的角色

有基本的分工，但是分工不繫統，或執行分工不徹底，或出現沒有承擔任務的成員

有明確的分工且貫徹實施，每個成員都安排了相應的任務，並且每個人明確自己的任務，有組織地執行

材料剩餘

剩餘材料極少，大量材料在製作過程中被浪費，缺乏合理的規劃

有剩餘材料，但不多，使用的材料在製作過程中考慮了合理規劃，但存在一些問題

剩餘材料擺放較為規整，可以繼續利用，已經使用的材料利用設計較合理

注意：關於小球運動時長一項的評分要根據教師實際給子學生的材料以及豎直平面的面積而定。評價量規並非一成不變，教師需要自己動手實驗並給出合理的評價標準

各個小組透過討論，改進原來的分工和設計，製作新的軌道

2。執行任務（40分鐘）

正式執行軌道製作任務，教師要求學生依照評價量規思考以下問題。

你們組是怎麼分工的？

對於抵消小球在下落中產生的加速度的方法是否經過了實驗驗證？

是否考慮了對材料的節約？

你們是用什麼方法保證軌道對小球的限制性的？

在有限的空間中如何安排軌道的上下分佈？

拓展問題：小組如何畫出思考和執行任務的流程圖？

三、全班討論（20分鐘）

所有的小組完成製作後，請評價得分第一名的小組進行彙報總結。在時間允許的條件下，教師要讓儘可能多的小組發言。發言內容可基於以下問題。

你們組是怎麼分工的？

對軌道裝置的設計有沒有改進？

上下軌道是否有連線？如何讓小球持續運動同時保持較小的速度？

小球是否有自由下落的過程？是否需要計算這部分產生的速度增長？是否在這個環節進行了實驗？

在有限的空間中如何安排軌道的上下分佈？你們是怎麼操作的？

在軌道製作的過程中有什麼意外的問題出現？

如果還有剩餘時間，請各組的觀察員做各個小組的觀察彙報。

文章來源：《美國STEM課例設計》

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原標題：《優秀STEAM案例 | 玻璃球軌道——掌控速度與時間的規律》