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機構教學-曲柄搖桿機構教學

策展人: 桃園市建國國中 陳韋邑老師
策展單位: 教育大市集執行團隊
活動時間: 2021-10-22
活動地點: 桃園市立建國國中
適用領域: 自然科學領域-自然科學、自然科學領域-物理、自然科學領域-理化
上傳日期: 2024-03-25
課程介紹

  機構是國中七年級的主軸課程,需要教導學生許多相關的機構相關的常識,也是國中三年的基礎。透過自製機構模組讓學生進行探究,再透過觀察,動手操作進行機構的學習,此單元利用教育大市集中的兩筆教學資源「四連桿設計與自由度」與「連桿機構設計」搭配說明,講解的部分將以常見的四連桿機構-曲柄搖桿機構為主。

  整體上課流程使用6E教學模式進行,與課程搭配說明如下:

上課流程使用6E教學模式進行,與課程搭配說明

a. 概念導入 (Engage):教師以日常生活中常見的機構結構雨刷、騎腳踏車及垃圾桶的機構,與學生的生活情境 連結,並定義此單元的學習概念、學習目標、重要性。 透過先展示範例作品,藉此激發他們的興趣 。

b. 自身理解 (Explore):提供學生建構自身學習經驗的機會,教師利用機構模組,讓學生兩兩一組,相互討論並 配合學習單設計簡單的問題供其思考,學生依據學習單指示進行操作機構模組,回答學習單問題,加深他們的連桿機構的基礎認知。

c. 解釋與定義 (Explain):教師在學生探究過程中,不斷協助組織學生系統性、結構性的認知,了解曲柄、搖桿、連接桿固定端之功能與定義。透過事後提問來確認學生對於課程的掌握度,同時藉由問答引導學生討論,澄清迷失的概念。

d. 工程 (Engineer):透過分析腳踏車、雨刷的機構探究組裝分析,試著畫在學習單上,來加強搖桿曲柄生活上之應用。

e. 深化經驗 (Enrich):教師提供資源讓學生將設計概念作實際應用,配合先前所學之知識進行刀削麵機器人進行、雨刷反向與同向機構的分析,加強經驗強化。

f. 評量成果 (Evaluate):透過實作成品及學習單,了解學生學習狀況。

上課流程

概念導入階段

  以騎腳踏車動畫圖作為引言,說明騎腳踏車中為常見的機械動作。

引起動機進行概念導入
引起動機進行概念導入

 

自身理解階段

  ● 分組後,引導學生分別施力於塑膠軟管、塑膠硬管,觀察差異性。引導學生理解不易變形與傳達力產生運動,協助歸納出連桿之定義。

  ● 學生2人一組共同操作連桿機構模組進行學習。

  ● 再度播放腳踏車動畫圖,請學生觀察1分鐘後,並指示學生依照學習單圖二進行連桿機構組裝後,根據學習單之問題進行探究回答a-d之問題。

圖為以軟硬管引導學生探究,協助歸納連桿定義
圖為以軟硬管引導學生探究,協助歸納連桿定義
四連桿原理探究

解釋與定義

  ● 待學生完成探究後,總結說明曲柄搖桿機構各部位之名稱與特性,並帶著學生依序寫下e-i之學習單。

  ● 再度播放腳踏車動畫圖,請學生再度觀看並跟著教師引導畫出各部位後,請學生寫下學習單上各部位名稱。

學生使用機構模組進行曲柄搖桿機構探究
學生使用機構模組進行曲柄搖桿機構探究
生活中其它曲柄搖桿機構

深度理解

  ● 透過腳踏車需要配合學生身高調整椅墊高低,詢問是否任意四根都可以當成曲柄搖桿機構,觀察現有組裝完成之機構,來說明曲柄搖桿機構的運動條件限制。

學生討論觀察
學生討論觀察
曲柄搖桿機構原理探究

深化經驗

  ● 播放刀削麵機器人影片,請學生思考其動作原理,於時間內試著透過機構模組進行模擬組裝,並針對刀削麵機器人進行深入討論與探討,最後試著畫在學習單上。

評量成果
評量成果

  ● 教師公布答案,讓學生對照學習單答案是否正確。

想想看影片中,刀削麵機器人手部切麵是如何動作呢
教學省思

  1.學生操作機構模組,比較難以操作。

  2.建議有樂高或智高之設備更容易進行連桿機構探究。

  3.建議時間拉長為兩節課,讓有更多的時間進行探究實驗。

附錄_學習單內容

學習單內容-1
學習單內容-2
領域/議題

國中 自然與生活科技