课程二 陀螺仪平衡探究分析
任务名称：陀螺仪平衡探究分析
·研学目标：
1.了解角动量守恒概念，能列举生活中至少一种与无人机同类型科技原理应用产品，培养知识迁移和应用能力。
2.观察无人机俯仰运动动作变换之间的微妙变化，解释无人机姿态自我矫正的现象，提高思辨能力。
3.动手做陀螺仪实验，记录陀螺仪转子平衡时间，能分析出陀螺仪平衡性与转速的关系，提高动手实践能力。
·重点、难点、安全隐患点：
重点：理解且应用无人机飞行姿态自我矫正的原理。
难点：理解且应用角动量守恒概念。
安全隐患点：无人机演示飞行。
·适宜季节：全年
·活动时长：45分钟
·授课对象：3—6年级学生
·扩展对象：其他年级中小学生、亲子家庭
·授课师生比：1︰1︰20（主讲人数：助教人数：学习者人数范围）
·授课地点：无人机实训基地（室内）
·教具自检清单（附表A-4）：
附表A-4 教具自检清单
·活动流程提要（关键点、流程）：
1.情景导入
（所需教具：四悬翼无人机）
第一步，讲解飞行员埃德加·弗兰克·科德获得计算机界“诺贝尔奖”之称的图灵奖的过程，并且强调其飞行员经历培养了他诸如“从不同的角度、用不同的原理看待事物，或者用本能来判断问题”的能力，对他一生产生了极其重要的影响。
第二步，展示不同类型无人机（旋翼机、固定翼无人机、无人直升机等机型），提问：大家知道这些都是什么类型的飞机吗？这些飞机分别如何保持平衡飞行？
第三步，演示无人机飞行，观察无人机基础动作（俯仰），提问：你们观察到了什么现象？无人机是不是自己恢复平衡了？那它是怎样完成自我姿态矫正的呢？
第四步，回答学生问题，揭示无人机平衡的科技应用原理。
第五步，分享无人机学习对学生发展的意义。无人机研学是全方位训练教学，不仅提高学生的动手能力，更加提升学生的感统能力，培养学生的科学兴趣、美学和创新思维，充分发挥学生的主观能动性。
2.确认主题（附表A-5所示为“无人机保持平衡的秘密”课题表。）
掌握角动量守恒定律，分析出陀螺仪平衡性与转速的关系。
附表A-5 “无人机保持平衡的秘密”课题表
3.制定方案
本课程主要分为观察体验和动手探究两部分，通过讲授法、演示法、实验对比等方法，以2—6人为一个学习小组，观察无人机飞行动作，动手做陀螺仪实验，探究陀螺仪平衡性与转速的关系。附表A-6所示为方案表。
第一步，讲解真实发生的故事，激发学生对无人机的兴趣。
第二步，四旋翼无人机飞行演示，学生观察无人机飞行姿态（俯仰运动）的微妙变化。
第三步，飞控讲解与观察。
第四步，陀螺仪平衡实验探究。
第五步，学习成果展示、评价。
附表A-6 方案表
4.体验探究（所需教具：陀螺仪实验教具）
通过项目式实验探究，让学生认识无人机的大脑以及关键组成部分陀螺仪；通过动手实验来揭开无人机平衡的秘密。附表A-7所示为实验报告单。
附表A-7 实验报告单
在学生体验探究过程中，研学旅行导师要重点关注以下两点。
首先，要提高教学目标的有效性。小学无人机课与自然课程有很多不同，其中主要的区别之一是课程目标的重大调整，由特别关注自然知识转向关注培养学生科学素养，而科学的方法和情感、态度、价值观是科学素养的重要内涵。因此，为了实现无人机科学课程的应有教学价值，研学旅行导师首先应该把握好课程目标、课程标准的性质和基本理念；其次要对整个小学阶段的科学教学有整体性认识；最后切实研讨教材，把握教学目标和重点，避免教学目标的偏离，避免探究过程的无效重复。
其次，提高教学策略的有效性，提高对小学无人机科学课堂教学有效性策略的研究。一方面，它保证无人机科学探究活动的开放性、自主性、探究性和生成性；另一方面，为了追求学生的学习质量，研学旅行导师还要保证对学生开展“自主探究”进行必要的指导、帮助和激励。因为新课程所提倡的无人机科学探究承载着科学知识的掌握、科学探究能力的发展、科学精神和科学思维习惯的培养等多重任务。提高教学策略有效性的具体措施有：创设平等和谐的探究环境；激活学生的内驱力，进行开放的课堂设计。进而让研学旅行导师不要有过多的干预学生的活动，而是作为一个组织者、促进者、引导者的角色参与，保证学生研究的时间和空间，充分体现学生的主体性和自主性，而且这样开放性的教学环节的设计，是一种易于掌握，又非常有利于培养学生科学素养的模式。只有教学环节大，学生才能真正独立自主地进行科学探究，成为学习的真正的主体，体现自主性。
5.展示交流（所需教具：学生手册、PPT、四旋翼无人机教具）
经小组讨论选拔，每组派代表分享实验结果，对比实验数据，总结转速与平衡的规律，分析造成该结果的原因，再根据原因去验证，分析差异原因，体验科学实证方法。
6.课程评价（附表A-8所示为课程评价表。）
附表A-8 课程评价表
续表
7.拓展延伸（所需教具：风洞实验教具）
（1）生活中汽车的尾翼的使用正是利用固定翼无人机的相同原理，只不过他们的翼面结构朝向是相反的。
（2）生活中的高铁、轮船等交通工具都用到了与无人机陀螺仪相类似的平衡装置。