资源简介

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第二单元《仿生》大单元整体教学设计
教材版本 苏教版 单元（或主题）名称 仿生
单元主题 本单元围绕 “仿生” 这一主题，引导学生了解生物的独特结构、功能对人类发明创造的启示，探索人类如何模仿生物进行技术创新，培养学生对生物与技术之间联系的认知，激发学生的创新意识和科学探究精神。
课标要求 核心概念：地球上生活着不同种类的生物，生物具有区别于非生物的特征；技术与工程推动了人类社会的发展。 学习内容：列举植物或动物的一些有趣特征，了解人类对生物特征的模仿；知道一些重要的发明与生物的关系。 学业要求：能描述生物的一些特征，并举例说明人类对这些特征的模仿；能基于所学知识，设计一个利用生物特征解决实际问题的方案
教材分析 本单元以仿生学为线索，编排了四课内容。《生物的启示》通过具体事例，如鲁班受茅草启发发明锯，引导学生初步认识仿生学概念，感受生物对人类发明的启示。《蛋壳与拱形建筑》聚焦生物结构与建筑的联系，以蛋壳为例，让学生探究拱形结构的特点，理解人类模仿蛋壳结构在建筑中的应用。《蝙蝠和雷达》深入探讨生物特殊功能与科技产品的关联，通过研究蝙蝠回声定位原理及雷达的发明，培养学生分析问题能力。《我们来仿生》鼓励学生综合运用所学，设计仿生作品，将知识转化为实践，培养创新精神和实践能力。教材内容由浅入深，从认知到实践，符合学生认知规律，利于学生构建仿生学知识体系。
学情分析 五年级学生已具备一定科学知识基础和探究能力，对生物世界充满好奇，有观察生物现象的经验，但对生物特征与人类发明的联系认识较浅，抽象思维能力有待提高。理解仿生学原理并将其应用于设计实践，对部分学生有难度。学生可能认为生物与科技联系不大，学习时难以将已有生物知识与新技术建立关联，对一些复杂仿生原理理解困难，在实践设计中可能受思维局限，创新不足。
单元目标 科学观念： 学生能认识到生物的结构、功能为人类发明创造提供了灵感，建立生物与技术相互关联的观念。 理解仿生学在改善人类生活、推动科技进步方面的重要作用，体会科学技术对社会发展的影响。 科学思维： 通过分析生物特征与人类发明的对应关系，培养逻辑思维能力。 在探究拱形结构特点等活动中，发展基于证据进行推理、分析和归纳的能力。 能运用类比、想象等思维方法，设计仿生方案，培养创新思维。 探究实践： 经历观察生物特征、实验探究结构特点、调查仿生实例等活动，提高观察、实验、调查等科学探究能力。 能在小组合作中设计并实施探究方案，培养团队协作和解决实际问题的能力。 尝试将所学仿生知识应用于设计制作活动，增强实践操作能力。 责任态度： 激发对仿生学的探究兴趣，培养热爱科学、勇于探索的精神。 认识到仿生学发展对人类社会和环境的双重影响，树立合理利用仿生技术的意识，培养社会责任感。
单元结构化活动 第一阶段：感知仿生（《生物的启示》） 创设情境，讲述鲁班发明锯等故事，引导学生思考生物对人类发明的启示，激发兴趣。 组织学生交流生活中类似例子，初步感知仿生现象，建立生物与发明的联系。 第二阶段：结构仿生探究（《蛋壳与拱形建筑》） 观察蛋壳，猜测其承受力特点，引发探究欲望。 开展实验探究拱形结构承受力，分析数据得出结论。 展示拱形建筑实例，探讨人类对蛋壳结构的模仿及优势。 第三阶段：功能仿生学习（《蝙蝠和雷达》） 播放蝙蝠飞行视频，提出问题引导学生思考蝙蝠飞行奥秘。 查阅资料了解蝙蝠回声定位原理，对比分析雷达工作原理。 组织小组讨论蝙蝠与雷达关系，总结功能仿生特点。 第四阶段：综合仿生实践（《我们来仿生》） 回顾前三课知识，明确仿生设计要素。 小组合作确定设计主题，进行方案设计，教师指导完善。 制作展示仿生作品，交流评价，总结收获。
达成评价 围绕课时学习目标 课堂表现评价：观察学生课堂参与度，包括回答问题、小组讨论、实验操作中的表现，评价其对知识的理解和探究能力。 作业评价：布置课后作业，如绘制生物特征与仿生发明关系图、分析某一仿生产品原理等，评价学生对知识的掌握和应用能力。 实践作品评价：依据仿生作品设计创新性、功能合理性、制作工艺等方面，评价学生实践能力和创新思维。 单元测试评价：设计单元测试题，涵盖生物启示、结构与功能仿生知识及设计应用，全面评价学生单元学习成果。
第6课时《蛋壳与拱形建筑》教学设计
一、教学目标
科学探究能力
能够通过观察、实验等方法，探究蛋壳和拱形结构的特点，学会设计并进行简单的对比实验，如比较不同形状结构的承重能力。
会使用适当的工具和材料制作拱形模型，培养动手操作能力，并在制作过程中尝试改进和优化模型。
能运用多种方式记录和整理实验数据，依据实验结果进行分析和总结，得出关于蛋壳与拱形结构关系及特点的结论。
科学思维能力
基于对蛋壳和拱形结构的探究，分析它们的力学原理，培养逻辑思维能力，理解结构与功能之间的联系。
通过类比、想象等思维方法，从蛋壳的拱形结构联想到拱形建筑，思考其在实际应用中的优势，发展创造性思维。
在探究过程中，对不同的观点和实验方案进行批判性思考，评估其合理性与可行性，提升科学批判思维能力。
科学素养
了解蛋壳的结构特点，认识到蛋壳的拱形结构使其具有良好的抗压能力。
理解拱形结构的力学原理，知道拱形结构在建筑领域及其他方面的广泛应用。
掌握一些与拱形结构相关的科学知识，如拱形的受力分布、如何增强拱形的稳定性等。
责任态度
对蛋壳与拱形建筑之间的联系产生好奇，激发探索科学知识的兴趣，培养热爱科学的情感。
在实验探究过程中，养成严谨认真、实事求是的科学态度，尊重实验数据和结果。
意识到科学知识在建筑设计和生活中的重要作用，培养将科学知识应用于实际的意识和责任感。
二、教学重难点
教学重点
探究蛋壳和拱形结构的特点及力学原理。
理解拱形结构在建筑中的应用及优势。
教学难点
从力学角度深入理解蛋壳拱形结构的抗压原理，并能将其与拱形建筑的应用建立联系。
运用拱形结构的原理，设计并制作出具有一定承重能力的拱形模型。
三、教学过程
学习活动 设计意图
（一）情境导入 教师拿出一个生鸡蛋，提问学生：“如果老师用力捏这个鸡蛋，会发生什么？” 引导学生猜测。 教师轻轻用力捏鸡蛋，展示鸡蛋并没有被捏碎，引发学生的好奇心，然后提问：“为什么看似脆弱的鸡蛋，用手捏却不容易碎呢？” 组织学生进行小组讨论，分享自己的想法，每组选派一名代表发言。 通过直观的演示和问题引导，迅速吸引学生的注意力，激发学生的好奇心和探究欲望。 小组讨论为学生提供交流平台，培养学生的合作学习能力和独立思考能力，同时让教师了解学生对该现象的已有认知。
（二）探究活动 探究活动一：观察蛋壳的结构 给每个学生发放一个生鸡蛋（或熟鸡蛋），让学生仔细观察鸡蛋的外形，感受其表面的弧度，并用手轻轻触摸，体会蛋壳的薄厚。 引导学生用放大镜观察蛋壳的表面，看看是否能发现一些细微的结构特点。 组织学生交流观察到的蛋壳结构特点，教师进行总结和补充。 探究活动二：探究蛋壳的抗压能力 教师提问：“我们都看到了鸡蛋很难用手捏碎，那它到底能承受多大的压力呢？” 引发学生思考。 学生分组，每组准备一些相同的鸡蛋、木板和砝码。将鸡蛋两端轻轻放在木板上，然后逐渐在木板上添加砝码，观察鸡蛋能承受多少砝码的重量才会破裂，并记录数据。 各小组汇报实验数据，比较不同小组的结果，讨论影响鸡蛋抗压能力的因素。 探究活动三：认识拱形结构 教师展示一些拱形结构的图片，如拱桥、拱门等，引导学生观察这些拱形结构的形状特点，提问：“这些拱形结构和蛋壳有什么相似之处？” 用硬纸板制作一个简单的拱形模型，向学生演示拱形结构在承受压力时的特点，如拱形会将压力向两边传递。 让学生用手感受拱形模型在受力时的变化，体会拱形结构的稳定性。 探究活动四：探究拱形结构的承重能力 学生分组，每组用相同规格的硬纸板制作不同跨度（如跨度为 10 厘米、15 厘米、20 厘米）的拱形模型。 搭建一个简易的测试装置，将拱形模型放在两个支撑物上，在拱形模型上逐渐添加重物（如钩码），记录每个拱形模型能承受的最大重量。 分析实验数据，比较不同跨度拱形模型的承重能力，讨论拱形跨度与承重能力之间的关系。 探究活动五：制作并改进拱形承重模型 学生以小组为单位，利用提供的材料（如硬纸板、胶水、竹签等），制作一个尽可能承重的拱形模型。 对制作好的拱形模型进行承重测试，记录其承重能力。 根据测试结果，小组讨论分析模型存在的问题，尝试对模型进行改进，如增加支撑、改变拱形形状等，再次进行测试，观察承重能力的变化。 探究活动六：了解拱形结构在建筑中的应用 教师展示一些著名的拱形建筑图片或视频，如赵州桥、悉尼歌剧院等，介绍这些建筑的特点和历史背景。 学生分组，选择一座拱形建筑进行深入研究，通过查阅资料，了解该建筑采用拱形结构的原因、设计特点以及在建筑史上的意义。 每组选派一名代表，向全班介绍小组研究的拱形建筑，分享研究成果。 通过直接观察和触摸，让学生直观地感受蛋壳的外形和质地，培养学生的观察能力。 使用放大镜观察，引导学生关注蛋壳的细微结构，培养学生的科学探究意识和细致观察的习惯。 交流环节促进学生之间的思维碰撞，加深对蛋壳结构的认识。 以问题为导向，激发学生的探究欲望，引导学生通过实验来探究蛋壳的抗压能力。 小组实验培养学生的动手操作能力、团队协作能力以及数据记录和分析能力。 通过讨论影响因素，培养学生的科学思维能力，让学生认识到实验结果可能受到多种因素的影响。 通过图片展示，引导学生将拱形结构与蛋壳建立联系，培养学生的观察和类比能力。 教师演示和学生亲身体验，让学生直观地了解拱形结构的力学特点，为后续深入探究奠定基础。 制作不同跨度的拱形模型，培养学生的动手能力和设计能力。 通过实验探究和数据分析，让学生了解拱形跨度对承重能力的影响，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力。 制作承重模型，让学生将所学的拱形结构知识应用到实际操作中，培养学生的实践能力和创新能力。 通过测试、分析和改进模型，培养学生发现问题、解决问题的能力，以及不断优化设计的意识。 展示著名拱形建筑，拓宽学生的视野，让学生感受拱形结构在建筑领域的广泛应用和重要价值。 分组研究培养学生的自主学习能力和团队协作能力，加深学生对拱形结构在建筑中应用的理解。 代表介绍锻炼学生的表达能力，促进学生之间的知识交流和共享。
（三）生活应用 教师展示一些生活中常见的应用拱形结构的物品图片，如安全帽、隧道、涵洞等，引导学生思考这些物品为什么采用拱形结构。 学生分组讨论，分析这些物品中拱形结构的作用，以及与蛋壳和拱形建筑原理的联系。 每组选派一名代表发言，向全班分享小组讨论的结果，教师进行总结和补充。 从生活实例出发，让学生认识到科学知识与生活的紧密联系，培养学生用科学的眼光观察生活的习惯。 小组讨论培养学生的合作学习能力和分析问题的能力，加深学生对拱形结构应用原理的理解。 代表发言和教师总结，强化学生对拱形结构在生活中应用的认识，提高学生运用科学知识解释生活现象的能力。
（四）知识总结 教师引导学生回顾本节课所学内容，包括蛋壳的结构和抗压能力、拱形结构的特点和承重能力、拱形结构在建筑和生活中的应用等。 让学生以小组为单位，制作一份思维导图，梳理本节课的知识要点，突出知识之间的逻辑关系。 每个小组推选一名代表，向全班展示并讲解小组制作的思维导图，其他小组可以提出补充或修改意见。 教师对各小组的展示进行评价，总结本节课的重点知识，强调结构与功能的关系以及科学知识在生活中的应用。 回顾所学内容，帮助学生巩固知识，强化记忆。 制作思维导图培养学生的归纳总结能力和知识整合能力，有助于学生构建系统的知识体系。 代表展示和交流环节，锻炼学生的表达能力和团队协作能力，通过小组间的互动，进一步完善知识体系，教师的评价和总结加深学生对知识的理解和应用意识。
四、作业设计
（一）、填空题
1.蛋壳具有（拱形）结构，这种结构使它具有较好的（抗压）能力。
2.拱形结构在承受压力时，能把压力向（两边）传递，从而增强结构的稳定性。
3.生活中的（安全帽）利用了拱形结构抗压的原理。
4.世界上现存最古老的石拱桥是我国的（赵州桥），它采用了（拱形）结构。
（二）、判断题
1.所有的拱形结构承重能力都一样。（×）
解析：拱形结构的承重能力与跨度、材料等因素有关，不同的拱形结构承重能力不同。
蛋壳很薄，所以它的抗压能力很弱。（×）
解析：蛋壳虽薄，但因其拱形结构，抗压能力较强。
拱形结构只能应用在建筑上，其他地方用不到。（×）
解析：拱形结构在生活中的很多物品上都有应用，如安全帽、隧道等。
（三）、选择题
1.下列物体中，没有应用拱形结构的是（ ）
A. 金字塔 B. 拱桥 C. 拱门
答案：A
为了增强拱形的承重能力，我们可以（ ）
A. 增加拱形的跨度 B. 减小拱形的厚度 C. 给拱形加上支撑
答案：C
悉尼歌剧院的屋顶采用了（ ）结构。
A. 球形 B. 拱形 C. 三角形
答案：B
鸡蛋能承受较大压力的主要原因是（ ）
A. 鸡蛋壳很厚 B. 鸡蛋是圆形的 C. 鸡蛋壳具有拱形结构
答案：C
（四）、简答题
1.简述拱形结构的力学原理及其在建筑中的优势。
答案：拱形结构在承受压力时，能把压力向下和向两边传递给相邻的部分，使整个结构更加稳定。在建筑中，其优势在于可以用较少的材料获得较大的空间跨度，且具有较好的承重能力，能承受较大的重量，同时还能增加建筑的美观性。
2.生活中还有哪些地方应用了拱形结构的原理？请举例说明。
答案：除了前面提到的安全帽、隧道、涵洞、拱桥、拱门等，还有锅盖、桥洞、一些大型场馆的屋顶等都应用了拱形结构的原理。例如锅盖采用拱形结构，既增加了强度，又便于蒸汽散发；桥洞的拱形结构能承受来自桥面和水流的压力，保证桥梁的稳固。
3.为什么说蛋壳的结构给了人们在建筑设计上的启示？
答案：蛋壳虽然很薄，但它的拱形结构使其具有良好的抗压能力。这种结构特点启示人们在建筑设计中，可以利用拱形结构来提高建筑物的承重能力和稳定性。例如在建造桥梁和大型场馆时，采用类似蛋壳拱形的结构设计，能够用相对较少的材料承受较大的重量，同时还能使建筑更加美观和实用。
（五）、科学探究题
题目：设计一个实验，探究不同材料制作的拱形模型承重能力的差异。
答案：
实验目的：探究不同材料（如硬纸板、卡纸、瓦楞纸）制作的拱形模型承重能力有何不同。
实验材料：硬纸板、卡纸、瓦楞纸若干，相同规格的砝码、直尺、剪刀、胶水、两个相同的木块（作为支撑物）。
实验步骤：
制作拱形模型：用直尺和剪刀分别将硬纸板、卡纸、瓦楞纸裁剪成相同尺寸（如跨度为 15 厘米，高度为 5 厘米）的拱形形状，并用胶水粘贴固定。
搭建测试装置：将两个木块平行放置，间隔一定距离（略小于拱形模型跨度），作为拱形模型的支撑物。
测试承重能力：将硬纸板制作的拱形模型放在支撑物上，逐渐在拱形模型上添加砝码，观察并记录拱形模型刚好被压垮时砝码的总重量。
重复实验：用卡纸和瓦楞纸制作的拱形模型分别重复上述步骤，每种材料的拱形模型测试 3 次，记录每次的数据。
变量控制：
保持拱形模型的尺寸（跨度、高度）相同。
使用相同规格的砝码和支撑物。
每次放置砝码时尽量保证位置均匀。
预期结果：不同材料制作的拱形模型承重能力不同，瓦楞纸因其特殊结构可能承重能力较强，硬纸板和卡纸制作的拱形模型承重能力相对较弱。通过对实验数据的分析，可以得出不同材料与拱形模型承重能力之间的关系。
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