2020-2021学年闽教信息技术2020版八年级下册 第17-18课时 《用计算机测量、显现物体的运动情况》
第17－18课时 用计算机测量、显现物体的运动情况
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micro：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micro：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：micro：bit、电池盒或充电宝，数据线，物理实验套件。
教学过程
第17课时
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。 |