乐高科技活动手册
介绍：
为什么创建乐高科技活动手册？
这本材料根据科技老师的需要而创建，这些老师已经意识到中学科创实验教材中科技教育的潜在力。创建这些新教材的目的是对早期的课程内容进行补充和延伸。
我们为学生提供了一些简单的工具并要求他们解决一些实际问题。在解决这些问题的过程中，我们预计学生将自学到一定的基础科学概念和设想。我们希望本手册中提供的练习同样为学生提供了一个进步的台阶，是他们在许多其他的问题上继续进行发现和实践。
本手册适合的对象：
本手册中的活动适合11到16岁的学生。
本手册需要科创实验课程的经验吗？
无疑，这份材料对于那些玩过quickstart cards（《快速入门卡片》）或者看过科创实验软件提供的录象的学生和老师来说，是非常有益处的。如果没有接触过，你需要花三个小时的时间使学生熟悉《快速入门卡片》的内容。卡片上的活动内容与温控风扇模型有关，这个模型同样在本手册的Wind Chill 实验中使用。
《快速入门卡片》学习之后„
实验不是很难，所以可以根据你的课程顺序安排活动。
实验除了要求学生记录数据还要求学生有其他能力吗？
是的，远远不止这一要求。许多实验项目不仅涉及到电脑控制传感器，还将利用马达和光线。这就是说学生也要培养搭建和工程技术。
乐高Dacta界面不是为了对样品的数据采集及精确度的测量而设计的，这些由精确的采集仪器就可以完成了，正相反，乐高Dacta的用途是非常广泛的，通过学生们开动脑筋可以将它适用于许多用途。
课程目的：科学
学生们将会理解：
一些材料在一定的温度会改变状态。 状态的变化与能量的转化有关。
一些材料会随着温度的变化膨胀和收缩。 能量是能转化的，而且可以被控制和利用。 隔离可以减少能量的转化。
怎样测定力和功，以及怎样计算功率。
怎样确定速度、距离和时间之间的关系，怎样用图表将这些关系表示出来。 摩擦力是怎样影响运动的。
力可以使某一物体绕某一固定点（支点）转动。 光在某一种介质中以一定的速度传播。 光是怎样反射和折射的。 滤色片是怎样影响白光的。
不同的生态环境适合不同的生物群体。
一些生物体是怎样适应生态环境的改变的。 太阳是地球上大多数能量资源的来源。 心脏的作用就像一个泵。 运动和休息影响机体功能。
课程目的：IT（信息技术） 学生将会理解： 怎样选择合适的设备，并且有效地利用它来完成特定的任务。 怎样阐明、分析、显示信息。 怎样评价信息的准确度。
怎样创建如果有必要的话改进控制某一事件的过程。 怎样使用一个由传感器获取数据的系统。
怎样使用计算机来处理和记录数据。
怎样使用一个实验模型来研究不同变量之间的关系。
怎样修改模型并对这些修改产生的结果进行预测。
怎样将由模型获取的数据与通过其他渠道获取的数据进行比较。 某些模型技术中的固有限制。
课程目的：设计技术
学生将会理解：
怎样独立工作和成为团体的一份子。
怎样利用科学及其他学科中的技巧和知识。 怎样利用搭建卡片来工作。 工具和设备的用途是什么？
怎样将机械部件与电力及其他类型的系统紧密的联系起来。 怎样使用传感器。
含有输入处理及输出功能的系统。 反馈对于一个系统来说是多么重要。
怎样将产品的功能与它的预期功能联系起来。 系统中运用科学原理。
呼吸监测器
目的：
将不同人的呼吸速率及呼吸深度作比较。 讨论及研究影响呼吸速率及深度的因素。 学会怎样解释图表。
学会怎样画标准的图表。
活动步骤： 打开“Breath”文件
注意：先要按on-screen键使程序开始运行，然后由学生来按触碰传感器来激活图表。 提醒学生在病人呼吸到一半时开始绘制图表。按触碰传感器开始，再按一次则结束绘图。 注意：结果在项目页面上显示的速度取决于计算机的运行速度，在停止触碰传感器之后可能要等待几秒才能见到结果。
补充测试内容：
比较同一学生在运动之前、之中和之后的呼吸速率，要求同学们对这些变化进行预测，结果是否与这些预测相吻合呢？
学生必须检查他们的模型是否按照安装的向导进行连接。
起重机 目的： 研究齿轮系统在提重物上的效果。 使用计算机来收集处理及显示信息。 研究能量、功和输出功率之间的关系。 研究机械系统中效率的概念。
活动步骤：
目标是无论重物的重量为多少，利用最小的马达功率产生斜率最大的曲线。 学生可能会对马达的运转方向产生疑惑，如果他们在下降的过程中放掉了过多的线，同时线又紧紧地固定在了转轴上，马达将开始提起物体，而按钮则可能显示它仍在下降。所以要求仔细地搭建。 打开“Crane”文件。不同的变量是怎样影响马达的输出功率以及起重机所作的功的。 起重机可以按照学生们的要求建得复杂或简单。建设开始时在马达上使用3：1的减速系统。
在起重机上挂一个100克的物体来校准系统。马达功率调至6档，单击，然后测量提起的高度，在Page2上的Distance Box中选择这个高度值。 单击Start，实验将自动开始并结束。
补充测试内容：
改变物体是怎样影响所做的功及输出功率的。 改变齿轮怎样影响所做的功及输出功率的。
改变马达功率设置怎样影响所做的有用功及输出功率。
滑轮系统怎样影响起重机的工作？为什么要用这些系统？
注意：
如果马达被卡住，乐高马达和乐高Dacta界面不会被损坏，马达满档时使用的是9伏特直流电，空载时需要约50毫安电流，可住时约500毫安电流。
纤维和光
目的：
学习光的传播和测量
测量一系列材料光的性质。 学习校准测准测量设备的意义。
活动步骤：
乐高光敏传感器有自己的光线发射器来探测近距物体。注意确保纤维物不能靠得太近，否则将导致读到的光值当中包含了反射及透射的光线。套管起到了两个作用：增加距离以及减少室内光线的干扰。在光敏传感器前面放置一个两节的棒，同样可以遮掩光发射器的干扰。 打开“Fabrics”文件。
用不受干扰的光线和被一张黑纸阻挡的光线来校准测试设备。这就设置了100%和0%的光值。适用于任何背景光的情况。有多少光通过不同的纤维物被传送过来了呢？ 学生们可以带来他们自己的纤维物，一些应是弹性纤维物。光的传输会受到纤维物弹性程度的影响吗？
在弹性纤维物未被拉伸、轻微拉伸及完全拉伸的情况下进行测试。颜色对光的传输有影响吗？
将一种纤维物染成不同的颜色并对其进行光传输实验。
补充测试内容：
预测并实验看湿的纤维物通过的光更多还是更少。 预测并实验，看锌是否能阻挡所有的光。将一种阻光性能很好的防晒油与一种阻光性能较差的进行比较。（注意：乐高光敏传感器对于光谱最后的紫外线不产生效应）单面镜真的仅有一面让光通过。
暖房 目的：
研究光照和温度之间的关系 处理条件反射、体内平衡及控制 同时控制两条曲线
做一些时间较长的实验
活动步骤：
暖房保持恒温的性能如何？有没有超过设定的高、低温度？ 搭建一个暖房，包括加热灯和光敏传感器。（注意：为了得到最理想的效果，暖房应置于温度适中或偏低的室内使用，LEGO加热灯需要约5分钟的时间将暖房内的温度提升5摄氏度） 打开“Greenhouse”文件
输入温度和时间值，然后按Start键，实验在设定时间到时停止，暖房内的温度由灯的开关，窗口的开关来调整。
补充实验的内容： LEGO的暖房确实能加快种子和秧苗、发苗成长的速度吗？
设计一个控制实验，在暖房内外分别培育种子，使其发芽。设计一个适合小盆植物，种在土里或营养液中的植物等等的暖房。 光对于发芽过程有什么作用，特别是在晚上？
在整个实验过程中或在晚上，用厚的黑布将加热灯罩住。 一些园艺家认为音乐有助于植物生长。
在实验中使用乐高发声装置或一台小收音机。 注意：
确保计算机设备、电线等一起不接触到液体。将实验装置安置在低盘上进行，不能在超过50摄氏度的情况下使用温度传感器，不要使用有机溶液。
光信息 目的：
研究光作为一种传播媒介的性质
检查传输过程中影响信息质量的因素 看光信息是怎样有效绕过障碍物传播的。
活动步骤：
光线昏暗的房间最适合做这个实验。主要目的是减少干扰。但学生们仍应将周围光线作为影响实验的一个因素来考虑。 打开“Meage”文件
将光信息长距离传输的最好方法是什么？
若条件允许，可在米尺的一端装一只灯，在华东装置上装一个光敏传感器，这可以使测量更精确。
在灯放置或不放置抛物形反射片的情况下，使用黑或白的管子时，或在传感器上安装聚光镜的情况下分别实验。烟雾对信号接受有何影响？怎样最大程度地清除这些影响？ 在灯上安置滤色片（记得防雾灯是黄色的）
补充实验内容：
使光转角传输信息，使用前面深银和后面深银的镜子。
光纤的使用。使用一种较粗型的（1.5-2.0mm）在灰色连接栓中放置光纤（使用Blu Tac保护）将栓放在乐高积木中，然后要在传感器前面。
钟摆 目的： 研究一个钟摆的运动。 研究重力的效果。 研究摩擦和阻尼。
活动步骤： 摆动装置的杆长在20cm左右时效果最佳。 打开“Pendulum”文件。
将实验时间设定在5-20秒内。
重新设定角度传感器，使用黑色轴干将摆托在水平位置。
单击Tesrt1键，释放摆锤。只有当摆锤在运动时，描绘才进行。使用原来2倍、3倍和4倍的摆锤重复实验。摆锤的质量对于摆动的周期有明显效果吗？摆动周期受杆长的影 响吗？
连接红色LEGO条搭建不同长度的杆。 减少摩擦的效果是什么？
在需要的地方使用水或稀释的清洁剂作润滑油。
补充实验内容：
光学钟。重新搭建一个可以自由摆动的摆挂在一个光敏传感器前，在安装页及界面上将光敏与6号输入口连接。在摆动实验中增加第三页程序代码。创建一个新的图表，在对话框内，将图表与light6相连，单击Plot图标，看系统能否记录振幅和周期。
拓展练习：
下面两个练习使用和乐高机械结构套件的部件来实现与上面不同的目的。
风力强度计/流速计。用轮片代替摆锤。怎样用它来监测风力或液体流速呢？ 风向标。重建一摆杆作为一个平衡的风向标。怎样用它来测定风向？
智能小车 目的：
研究不同表面反射的光强。 研究传感器不同敏感度的效果。
利用并理解反馈控制来作为保持状态的方法。 研究趋光性的正、负面效应。
活动步骤：
暗房能扩大实验结果的变动范围。要求学生用白、绿、红、蓝、黑纸包住障碍物分别实 验。由于反射率同样取决于表面的质地，所以要求他们用涂有不同深浅的纸分别实验。 常见问题是光敏传感器会受车前灯灯光的影响。充分保证传感器不收到直接由车前灯发出的光线。 注意：灵敏度滑条能控制计算机绘制出一条宽度不断增加的在保持车距值上下波动的曲线。
打开“Smart”文件。
怎样编程使小车在直线路程中避免撞上障碍物？
那种颜色和材料对光的反射效果最佳？ 本实验中的LEGO小车模型的速度设为2。敏感度设为中等，车距值设为60。按键。小车停止时，按键。记录到使小车停止的障碍物的距离。障碍物由不同颜色及质地的纸包着。
将障碍物靠近或远离小车会发生什么？ 小车会尽量保持原来的距离。设定敏感度为高等时，小车对于光线的细微变化也会有强烈的反应。控制技术专家将这种现象称为“震颤”。“震颤”是由于输出频繁超过期望值。敏感度越低“震颤”越不明显。
补充实验内容：
如果障碍物的表面与小车的路程成一角度会发生什么情况？
排列顺序。用两辆或以上的小车，为它们设定不同的趋光值，在一暗室中，打开一个手 电，看他们怎样调整自己的位置。]
登步健身练习目的：
理解运动与能量转换的关系。 理解能量与输出功率的关系。
用计算机处理数据，并用一种合理的方法记录结果。
活动步骤：
人运动时会消耗多少能量？ 本实验最大的难度是建造一个“光门”。当脚挡住光线时能记录下光线的变化。如亮堂的房间，白色的包写都会造成影响。 确保触碰传感器上的导线足够长。 打开“Fitne”文件。
在相应的文本框中输入踏步的高度。人的重量及实验持续的时间。（程序会自动将以千克为单位的质量转换成以牛顿为单位的重量）
单击键，将光强测定值调至中间强度作为起始点。
把触碰传感器交给实验者，由他或她决定何时开始。听到蜂鸣声时监测器会停止记录。 程序计算步数时，将光敏传感器挡住的次数除以2。
注意：本实验计算克服重力的有用功，为了简化问题，下落时的无用功忽略不计。
补充实验内容：
在2分钟的实验过程中，第1分钟的平均输出功率与第2分钟的相比有何不同？
设计其他可以用光门记录次数的健身运动。例如：仰卧起坐和俯卧撑（必须在可以用距离乘以质量（kg）*9.8计算功的情况下进行）
温度 目的：
研究日常物品混合时的温度变化。 监测温度变化，找到最高和最低温度。
活动步骤：
冰水中加入盐温度会怎样变化？ 打开“Temp”文件。
在漏水盘上放置一玻璃杯或一小杯水，然后加4块冰。 放置温度传感器，使它的底部正好浸于水中。
监测温度，不停搅拌直到温度到达或非常接近零摄氏度。 单击激活温度图表。
等待几秒，然后往水中加入几茶匙盐，并搅拌，发生了什么变化？加入更多盐，搅拌又发生了什么？为什么？
补充实验内容
在糖水中加入酵母，温度会有何变化？ 在最大值、最小值框中分别输入35和20，按。
在玻璃杯或烧杯中倒入一小杯温水（25摄氏度）放置温度传感器并激活图表。 加入一茶匙糖和一小袋干酵母，搅拌并监测温度，持续至少10分钟。
注意：确保计算机设备电线等仪器不接触液体，不能在超过50摄氏度的情况下使用温度传感器，不能用塑料仪器测量，会损害它的溶液的温度，例如：有机溶液。
风力制冷装置 目的： 观察风力制冷、红外发热和水对绝热纤维材料产生的效果。 探究和理解蒸发现象。
使用计算机处理数据，用含有意义的形式来计算和表示信息。
活动步骤： 打开“Wind”文件。
先对风扇进行调试，使风扇的转向正确。然后检查电线连接是否正确，调节风页的位置使风扇的风力达到最佳效果。 还要注意：学生们经常会发现温度在下降之前会先上升。这通常是由于他们手上的热量产生的效果。
通过Page2上对太阳光强和风力值的设定，用一些常用的布料纤维来模拟各种不同情况进行实验。温度传感器在实验中扮演了人的角色，它的记录就像是人体体温的升高或降低。
补充实验内容：
1.油性表面测试。先对一普通棉制纤维进行测试，然后对另一相同材料纤维进行表面蜡化或油性化。油性的表面是否对阻挡风和雨的影响更为有效呢？ 2.动物皮毛表面测试。尝试将温度传感器用动物皮毛来包裹。先尝试将皮毛向外包裹，在试着向内包裹，看那种方式更有效？ 3.在下雨或刮风的天气条件下，救生毯真的比普通的毯子更加保暖吗？防锈塑钢联合材料的效果真的比只用单独材料制作的要好吗？ 4.制作一个简易的空调制冷机，使用风扇通过让纤维物上的水蒸发来达到制冷效果。并且使用它来冷却一间LEGO房屋。在房间的中央放置一个温度传感器，作出温度变化曲线。
注意：
学生可以将他们所要用到的灯都连接在输出端口B。
