资源简介

Lesson 14地下的管道
教学内容
城市各类地下管道是一个城市的基础设施，担负着信息的传输，能源的输送，地下水输送等重要工作，也是一个城市赖以生存和发展的物质基础。在管道选择时，需要考虑其承重性和容量的性能，同等材质和面积下，圆柱体由于其大容量和承重性等优势，常被用作管道原型。本活动以“管道为什么多是圆柱体的”为问题，通过建立假设，制作三种不同的柱体模型，利用生活经验帮助学生理解管道选择的依据，验证推测，比较三种管道模型的承压能力与体积，结合实验数据综合分析问题，最终得出结论，培养学生利用类比法，将生活中经验与科学实验设计相结合，理解科学实验设计的原理。
教学目标
科学知识：在管道选择时，需要考虑其承重性和容量的性能，同等材质和面积下，圆柱体由于其大容量和承重性等优势，常被用作管道原型。
科学探究：本活动以“管道为什么多是暖柱体的”为问题，培养学生利用类比法，将生活中经验与科学实验设计相结合，理解科学实验设计的原理。
科学应用：桥梁为什么拱形多。
跨学科内容：技术（T） ：测量与比较物体体积的方法。
工程（E）：制作圆柱体、长方体、三棱柱。
教学重点
为什么管道多是圆的。
教学难点
如何测试与比较三种柱体哪一个更适合做地下管道。
教学准备
解决问题所需材料：灰色卡纸、红色卡纸、毛绒小球、橡皮砖。工具包：双面胶、直尺、剪刀。
学生需准备：两本厚的书籍。
安全提示：本实验中剪刀为尖锐物品，请学生使用时注意尖锐端不要指向自己或其他学生，避免伤害。在非教师示意实验环节，不可擅自尝试或吞食任何实验素材，不可在小组中使用实验物品进行打闹，更不可将实验用品用于他用，一经发现，老师可没收实验材料，确保学生实验安全。
教学活动流程
一、引入(5min)
师： STEAM科学大课堂开始啦！
让我们看一段爆眼球的视频。
教师根据爆眼球视频内容，引导学生展开讨论。
* 主题引入
师：爆眼球当中，你观察到管道一般都在哪里？ （提示：地底下）
师；增加管道后，它还进行了什么样的工作？ （提示：需要在管道上增加沙土，铺设路面）
* 实验引人
师：观察比较这几种管道（详见ppt），它们主要有哪些用途？ （提示：流通更多的水或者砂石、要承载路面重量等）
师：这些管道有什么共通之处呢？（提示：圆柱体的更多），为什么这个形状的地下管道更常用呢？这是为什么呢？ （提示：学生可以自由发挥）
今天我们就利用手边的材料，通过测试比较来解决“管道为什么多数是圆柱体的”这个问题。
二、实验过程（30min）
* 认识材料
师：请取出袋子中的材料，看看它们如何帮助你解决实验问题？
教师带领学生从袋子中取出材料，根据学生水平及实验需要，引导学生初步观察，并了解不同实验材料特征及使用方法。
*开始实验
教师引导学生开展探究实验，（注意：探究过程中，应以学生自主探究为主，如果学生遇到操作问题，教师可根据情况选择为学生展示相应的手部视频，帮助学生了解探作方法。）
1，建立假设，制作模型
师：要在地下放一条管道。要求管道体积大能装水而且上面要铺路有车通过。阅读材料，说一说，现在有三种形状的管道（圆柱、三棱柱、长方形柱体）供你选择，你在选择时需要考虑什么？（提示：需要考虑要承重，而且要能装水）
学生思考提出自己的选择以及依据。
师：你认为这三款可能哪一种承重最好、而且能装最多的水？ （或三个一样）为什么？学生两人一组，根据图片，说明自己的选择依据。（提示：学生说出依据即可）
师：接下来我们通过实验，依次测试这三个柱体，它们的承重和体积如何。
师：思考：观察这三个箱子（提示： ppt当中的图片） ，你认为哪个箱子体积大？我们说体积大请用通俗的话来说一说，你认为体积是什么意思？ （提示：意味着它能装更多东西）那么这三个呢？ （提示：见ppt当中三个柱形） ，你能否通过眼睛看就比较出来呢？ （提示：不能）
学生观看ppt图片，联系生活，理解体积的概念。
师：如果将同样的方法用来比较这三种柱体的体积，根据手中素材你要如何去做？ （提示：用卡纸制作模型，然后将毛球放进去，比较）
学生讨论并陈述自己的假设。
师：如何测定它的承重呢？生活中我们是如何测试物体是否能承重？ （提示：在上面放东西）我们要如何把这个方法应用到测试柱体的承重能力方面呢？
学生联系生活建立假设。
2，验证推测，确定最优模型，
师：根据手部视频，现在我们用相同材质和大小的卡纸（提示：教师引导学生将三张卡纸叠加在一起了解大小相同） ，制作三种柱体的模型。利用大小相同的毛绒球分别放入三种不同的柱体内，测试比较每种柱形可以盛毛绒小球的数量，将实验结果记录在实验记录单上。
学生两人一组根据手部视频，并将实验结果记录在实验记录单上。
师：接下来我们来测试承重能力。根据手部视频（提示：需要两探一样厚的书籍把它们分别放在两侧，作为辅助。另外拿出三张卡纸分别做出拱形、三棱柱形和长方形置放于两本固定的书籍中间，将橡皮砖放书籍中间的管道上，观察管道的变形情况） ，进行测试，并将实验结果记录在实验记录单上。
学生根据手部视频完成测试，并将实验结果记录在实验记录单上。
3.优化方案，再次测试
师：在测试三校柱形时你遇到了什么问题，你准备如何测试它的承重能力？
学生提出自己的解决方案。（提示：测试三棱柱形时由于砖体放上去不稳定，可以在上边铺一张红色卡纸再将砖体放上去)
师：根据手部视频，再次调整自己的实验过程，补充实验记录单记录结果。
学生根据手部视频再次测试。注意：测试三角形的时候由于砖体放上去不稳定，可以在上边铺一张卡纸再将砖体放上去。）
4.分析实验，得出结论
师：通过实验测试你有什么发现？哪种形状的管道装的毛绒小球最多？哪种最少？哪种形状的承压性最，好？综合分析在材料一定的情况下，哪种形状更适合做管道？
学生根据实验结果，得出实验结论。5.拓展活动
师：國柱体除了作为管道，你还在哪些地方见过圆柱体？ （提示：桥墩）请根据本节课的实验设计思路，来测试一下为什么桥墩不是三校柱而是圆柱体更多。
学生将三种柱体立起来，将书本累加在上面，比较哪个柱体可以承重更多。
三、讨论与分享（10min）
教师引导学生对以下问题展开讨论，分享自己的观点。
1.在材料一定的情况下，圆柱体、长方体、三棱柱哪个的体积最大？这对于管道有什么意义？2.哪一个柱体的承重效果最好，不容易变形？
四、实验结论(5min)
师：通过这个实验，请陈述一下你所看到的现象，并解释这个实验现象背后的科学原理。（教师可根据学生分享与讨论的内容，结合以下信息做简要总结。)
总结：
师：使用同样面积的卡片分别制作成圆柱体、长方体、三棱柱，将小球依次装入三个不同的柱体后呈现的结果如下：圆柱体容纳小球最多，长方体次之，三棱柱最少；分别将四块橡皮砖放置于圆弧，长方形和三棱柱形上以后，半圆形和三棱柱形变形不明显，长方形变形较明显。由于圆弧形成的拱形多个点分散了来自上方的压力，（详见Pt图）综上：圆柱体的容纳量最多且承压型较好，所以在建造管道的时候我们多使用圆柱形的。
(提示：教师可根据师训视频中的实验总结部分，了解本次实验的原理。)
五、拓展与迁移（5min）
科学大讲堂
教师可利用“科学大讲堂”视频，帮助学生拓展本节课相关知识。
师：科学大讲堂中发生了哪些有意思的事情和有趣的实验呢？让我们一起去看看吧。播放科学大讲堂視频。
六、回顾与总结（5min）
教师请学生拿出活动单页，引导学生完成自我反思与评价。
师：经过本节课的学习，你得到哪些收获和成长？请将你本节课的实验收获和心得以及还需提高和优化的部分记录在《回顾与总结》表中，并对自己本堂课在科学兴趣，科学实践、科学思维方面的成长给子评价。(共31张PPT)
地下的管道
1.视频当中，你观察到管道一般都在哪里？
2.增加管道后，它还进行了什么样的工作？
1.观察比较这几种管道，它们主要有哪些用途？
污水管道
暖气管道
通风管道
地下水供水管道
2.这些管道有什么共同之处
为什么这个形状的地下管道更常用呢？这是为什么呢？
今天我们就利用手边的材料，通过测试比较来解决“管道为什么多数是圆柱体的”这个问题。
灰色卡纸
红色卡纸
毛绒球
橡皮砖
剪刀
提示：其中剪刀、直尺和双面胶来自工具包，使用完毕后放回工具包当中。
直尺
双面胶
1.选择管道形状
要在地下放一条管道。
要求：管道体积大能装水而且上面要铺路有车通过。
圆柱
三棱柱
长方形柱体
说一说，现在有三种形状的管道（圆柱、三棱柱、长方形柱体）供你选择，你在选择时需要考虑什么？
你认为这三款可能哪一种承重最好、而且能装最多的水？（或三个一样）为什么？
接下来我们通过实验，依次测试这三个柱体，它们的承重和体积如何。
观察这三个箱子，你认为哪个箱子体积大？
2.什么是体积？怎么比较体积？
长方形柱体
那么这三个呢？你能否通过眼睛看就比较出来呢？
圆柱
三棱柱
体积有时候能通过“看”来判断，有时候不行。想一想，你有什么办法比较它们三个的体积。
观察材料，你认为哪种材料可以帮助你比较出它们的体积大小 。
如何测定它的承重呢？生活中我们是如何测试物体是否能承重？我们要如何把这个方法应用到测试柱体的承重能力方面呢？
3. 如何比较承重？
现在我们用相同材质和大小的卡纸，制作三种柱体的模型。
4.验证你的推测，哪一种体积更大？
利用大小相同的毛绒球分别放入三种不同的柱体内，测试比较每种柱形可以盛毛绒小球的数量。
5. 测试承重力
接下来我们来测试承重能力。
在测试三棱柱形时你遇到了什么问题，你准备如何测试它的承重能力？提出自己的解决方案。
调整自己的实验过程，补充实验记录单记录结果。
通过实验测试你有什么发现？哪种形状的管道装的毛绒小球最多？哪种最少？哪种形状的承压性最好？
综合分析在材料一定的情况下，哪种形状更适合做管道？
6. 分析数据，得出结论
圆柱体除了作为管道，你还在哪些地方见过圆柱体？
7. 拓展活动
请根据本节课的实验设计思路，来测试一下为什么桥墩不是三棱柱而是圆柱体更多。
将三种柱体立起来，将书本累加在上面，比较哪个柱体可以承重更多。
1在材料一定的情况下，圆柱体、长方体、三棱柱哪个的体积最大？这对于管道有什么意义？
2.哪一个柱体的承重效果最好，不容易变形
3.你认为管道为什么更多选择圆柱体？
使用同样面积的卡片分别制作成圆柱体、长方体、三棱柱，将小球依次装入三个不同的柱体后呈现的结果如下：圆柱体容纳小球最多，长方体次之，三棱柱最少；分别将四块橡皮砖放置于圆弧，长方形和三棱柱形上以后，半圆形和三棱柱形变形不明显，长方形变形较明显。
由于圆弧形成的拱形多个点分散了来自上方的压力，综上：圆柱体的容纳量最多且承压型较好，所以在建造管道的时候我们多使用圆柱形的。
请你回顾本堂课的学习过程
用心记录下自己的成长与收获吧！

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