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【课堂无忧】五年级科学上册
专项学习 像科学家那样……（苏教版）教学设计
核心素养
科学观念:能提出满足一定条件的简单工程问题，知道验收标准，了解设计方案中各种因素间的关系。
科学思维:归纳概括工程师设计开发或改进产品时一系列的步骤和程序。
探究实践:能够明确工程任务，经历工程实践活动的过程，重点领会明确任务、前期研究、制作模型和测试改进四个环节的基本方法；动手动脑，选择合适的材料，设计并制作出满足需求的降落伞，并向同伴展示交流。
态度责任:通过经历完整的科学探究或工程实践活动的过程，体会合作在完成一项工程项目中的重要意义。
重点与难点
重点:在制作降落伞的完整过程中,领会明确问题、前期研究、制作模型和测试改进的基本方法。
难点:对测试的结果进行合理地分析与思考,能进行改进。
设计意图
1. 主题的提出
科学学习不仅包括科学知识的学习，还包括科学方法与技能的学习。科 学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的思维方式和行为 方式。在小学科学课程中，存在着科学探究与工程实践两类活动，它们看似 有不少相同之处，如都要运用科学、数学知识，都要做实验、分析数据等， 但两者还是有很大区别，它们既相互联系又相互区别，具有同等重要的地位 和作用。由此看来，区分这两类方法并建立与其相对应的能力训练体系是必 不可少的。基于此 ，本套教材在每册设计了专项学习的主题，让学生在做 项目的过程中接受专门的、整体的、系统的工程实践与科学探究能力训练。
依据学生的特点，全套教材共设置12个专项学习板块，上册均为指向 工程实践的“像工程师那样……”，下册均为指向科学探究的“像科学家那 样……”。两大板块各有侧重，均从一年级至六年级螺旋上升，旨在让学生 经历一次次丰富而完整的科学/工程活动过程，提升科学/工程素养，强化科学 /工程思维，获得运用知识解决问题的能力，培养系统地、创造性地解决问题 的思维习惯。
“像工程师那样……”，依据《小学科学课程标准》课程内容中“技术 与工程”领域的内容，强调运用科学、数学和技术领域的概念来系统解决真 实情境中有意义的、复杂的问题，同时为高阶思维的养成提供机会。这样的 学习可以使学生有机会综合运用所学的各方面知识，体验科学技术对个人生 活和社会发展的影响，使学生体会到“做”的成功与乐趣，养成通过“动手 做”解决问题的习惯。
本册教材关于工程实践专项学习的主题是“设计并制作一个降落伞，保护 鸡蛋平稳降落”。通过这样一个任务，让学生学会用简单明了的方法界定出任 务的具体要求和限制条件。在此基础上，通过文献检索与探究实验相结合的方 式进行前期研究，探究伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳根数及长短等因 素与下降速度之间的关系。在此基础上设计解决问题的方案。之后根据设计方案选择合适的材料，制作等比例缩小的实物模型，并通过测试，从材料选择的合理性、制作技术的可操作性、产品的实用性等方面进行分析，将测试得到的信息与任务要求进行对比，分析设计上的不足，以此改进自己的作品，最后以多种形式和同伴互相展示交流自己的作品。从工程实践能力培养的角度来看，本册着重指导四个主要环节——明确问题、前期研究、制作模型和测试改进，让学生有针对性地经历工程实践活动的完整过程。
2. 对《课程标准》的落实
《课程标准》中将“科学、技术、社会与环境目标”作为小学科学课程目标的一个重要方面，并提出了相关总目标和学段目标。 “技术与工程领域”为小学科学课程内容四大领域之一，是让学生运用数学、科学和技术领域的概念来解决真实世界中有意义的问题。教材将工程实践作为上册的专项学习，以落实上述要求。
《课程标准》中提出工程设计的基本步骤为“明确问题、确定方案、设计制作、改进完善”。在查阅资料和本土实践研究的基础上，教材将工程实践细化为六个要素，即明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流，并以此为主线，贯穿在包含本活动在内的每个“像工程师那样”的工程实践专项学习中。
3. 在整套教材中的地位
正如三、四年级教材中介绍过的那样，进入中、高年段后，我们将工程实践细化为六个步骤：明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流，让学生经历工程实践活动的完整过程。其中的前期研究、设计方案、制作模型、测试改进是由低年段第一阶段的设计制作环节扩展出来的。
本册的专项学习让学生亲历工程实践活动的六个完整环节，并抓住其中的四个环节——明确问题、前期研究、制作模型、测试改进进行重点指导。随着年级的上升，这些要素的指导要点呈现螺旋上升的特点。在明确问题环节，三年级需要学生明确工程任务是什么，五年级则强调用简单明了的方式界定出任务的具体要求与限制条件。在前期研究环节，四年级强调罗列出可能遇到的问题，五年级则突出将查阅文献与探究实验相结合，探究伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳根数及长短等因素与下降速度之间的关系。在制作模型环节，四年级重点指导确定模型的大小、选择合适的材料和工具，五年级则强调依照设计方案、根据实际需要制作等比例缩小的实物模型。在测试改进环节，三年级需要学生讨论测试方法，进行多次测试，五年 级则进一步细化要求，强调进行反复多次的测试，根据测试结果来判断是否达到任务要求，对不符合要求的地方进行思考及改进，进一步强调迭代的工程思想。
4. 次级主题的构成及逻辑关系
本册专项学习主要由两部分组成。第一部分认识不同领域的工程师通力合作，才可能使一项工程圆满完成。三年级认识了不同领域和类型的工程师，四年级总结了不同类型工程师的共同素养，本册教材在此基础上，通过列举的方法，介绍随着现代科学研究的分支越来越细，一个人掌握的知识、技能很难满足一项工程的全部需要，因此就需要不同领域工程师的通力合作，体会合作的重要性。第二部分从学生了解的救灾情境出发，将“定点投放物资”的情境带入课堂，提出了“设计并制作一个降落伞，保护鸡蛋平稳降落”的任务，通过明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进，最终向同伴展示交流。像工程师一样，经历一个完整的工程活动过程。
在明确问题环节，强调用简洁明了的方式界定和分析任务；在前期研究环节，强调用做实验的方法研究“降落伞下降的快慢与什么因素有关”；在制作模型环节，强调制作一个外观、结构、功能方面和产品一致的等比例缩小的模型的意义；在测试改进环节，学会从材料的合理性、技术的可行性、产品的实用性等方面进行评估与思考。
教学准备
教师材料：教学课件。
学生分组材料：伞面材料（棉布、厚塑料袋、薄塑料袋）、伞绳材料（棉线、麻绳）、编织好的网袋、熟鸡蛋若干、秒表、直尺、剪刀、胶带等。
教学过程
活动一 认识完成一项工程通常需要不同领域的工程师通力合作
现代科学研究的分支越来越细，一个人所掌握的知识、技能，很难满足一项工程的全部需要。因此，不同领域的工程师需通力合作，才能使一项工程圆满完成。以空间站的建造与使用为例，要想让航天员安全、舒适地在空间站里完成各项工作，就需要以下不同领域工程师的配合:
空间站又称太空站、航天站，是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。
(1)计算机工程师
主要负责维持机器设备的正常工作，负责空间站与地面的稳定联系，负责控制空间站的机械臂等。
(2)材料工程师
寻找适合制造太空飞行器的各种材料，跟踪研究这些材料处于外层空间时的表现和变化。
(3)营养工程师
研究航天员在空间站生活所需要的食用方便、营养丰富而又美味的太空食品。
(4)心理咨询师
追踪、干预航天员在外层空间生活的心理活动，以及在他们回到地面后提供及时的心理治疗等。
在空间站里做实验，还需要农业、生物、物理、化学等专业的工程师，此外，空间站的维修需要更多专业的工程师配合。
除了不同领域之间的合作，同一个工作小组的合作也很重要。成员间的交流碰撞可以集思广益，激发创意；组内形成的共识可以促使组员间相互配合，主动地完成分内工作。
活动二 了解工程师的一般工作流程
1.明确问题。
学会用简单明了的方式界定出任务及具体要求。
例如:
任务:设计并建造一座桥梁。
具体要求:(1)要有4千米的跨度；
(2)要承受一天 20万车次的车流量；
(3)造价适中……
2.前期研究。
根据不同的任务选择合适的方式获取信息，如查阅书刊文献、上网检索实验研究、向有经验的人咨询等。
有时需要通过做探究实验来理解相关知识，检验他人方案的科学性。
例如:通过实地考察的方法，对建桥选址的土质层进行分析，以确定建造哪种结构的桥梁。
3.制作模型。
根据实际需要，制作的模型可大可小，可以非常全面，也可以比较简化。
有时会做一个与最终产品在外观、结构、功能等方面完全一致的样品， 以便进行测试。
例如:要根据设计方案中桥的外观、结构等，利用合适的材料制作一个等比例缩小的模型，以供测试。
4.测试改进。
面对测试得到的信息,要从材料选择的合理性、制作技术的可操作性、产品的实用性等方面进行分析。
将测试得到的信息与任务要求进行对比，分析设计上有什么不足。
思考:为什么会是这样的结果？还可以怎样改进？然后制订改进方案。
例如:要对桥梁模型进行抗压性测试，收集、分析数据，衡量设计方案是否符合建造要求。如果不符合，则需要修改设计方案。
活动三 模仿工程师设计并制作一个降落伞
1.明确问题。
降落伞在应急救援、空投物资等方面发挥着重要作用。如何安全地将物资投放到指定地点，是有待解决的问题。
任务:设计并制作一个降落伞，保护鸡蛋平稳降落。
具体要求:
(1)准备一枚约50克的熟鸡蛋；
(2)把鸡蛋直接装在网袋里，挂到降落伞上；
(3)从三楼的高度降落到指定区域；蛋壳不破碎。
2.前期研究。
(1)查阅资料，了解降落伞的形状、结构、作用、工作原理等。
①降落伞的基本知识。
降落伞是凭借空气阻力使人或物体从空中缓慢下降着陆的伞状器具。降落伞通常包括伞面、伞绳、重物三部分。伞面的形状有圆形、方形、翼形、双锥形等。伞面可以使用丝绸、棉布或锦纶织物制作，伞绳采用空芯或有芯的编织绳，要求具有轻薄、柔软、强度高、有较高的弹性等特点。
②降落伞下降过程中的受力情况。
分 析 降落伞在下降的过程中由于受地球引力的作用，会产生竖直向下的重力。由于其穿越了空气，会受到摩擦力即空气阻力，这个力与降落伞下降的方向是相反的，如图所示。
除此之外，降落伞在下降过程中还受到其他一些力的影响，如风力、地面上升气流的托举力等。
结 论 降落伞在下降的过程中受到了重力、空气阻力等力的作用。
③降落伞缓慢下降的工作原理。
空气对运动的物体有阻碍力(摩擦力)，这个力就是空气阻力。降落伞在天空中主要受到了地球引力与空气阻力这两个方向相反的力的作用。降落伞张开时有较大的表面积，受到的空气阻力会变得很大，阻碍着它下降，这样就减慢了降落伞的下落速度，保证了下降物体的安全。
④影响降落伞下降的快慢的因素。
通过了解降落伞缓慢下降的原理，要想使降落伞缓慢降落，就要想办法增加空气阻力，这与伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳根数、悬挂物质量等都有关系，需要我们通过实验来探究。
(2)探究降落伞下降的快慢和哪些因素有关。
设计一个对比实验，研究伞面材料、伞面大小、伞面形状、伞绳根数和长短等因素与下降速度之间的关系，完成实验报告。
①降落伞下降的快慢与伞面大小的关系。
实验猜想:降落伞下降的快慢与伞面大小有关。
实验方法:采用对比实验的方法，只改变伞面面积的大小，悬挂物质量伞面材料、伞绳长短、下降的距离等条件保持不变。
实验材料:两个伞面大小不同的降落伞、秒表、实验记录表。
实验步骤:分工合作, 一位同学在教学楼二楼往下放两个悬挂物质量相同、伞面大小不同的降落伞，下面的同学用秒表记录两个降落伞从打开到下落至地面所用的时间。
实验记录:
伞面直径 下降时间 平均用时
第一次 第二次 第三次 第四次 第五次
30厘米 7秒14 6秒23 6秒27 6秒23 6秒53 6秒48
60厘米 8秒57 9秒06 9秒43 8秒55 8秒44 8秒61
实验结论:降落伞下降的快慢与悬挂物质量的大小有关。悬挂物质量越大，降落伞下降得越快；悬挂物质量越小，降落伞下降得越慢。
②降落伞下降的快慢与悬挂物质量的关系。
实验猜想：降落伞下降的快慢与悬挂物质量的大小有关。
实验方法：采用对比实验的方法，只改变悬挂物质量，不改变降落伞伞面大小、伞面材料、伞绳长短等条件。
实验材料：两个质量不同的砝码、两个相同的降落伞、秒表、实验记录表。
实验步骤：分工合作，一位同学在教学楼二楼往下放两个悬挂着不同砝码的降落伞，下面的同学用秒表记录两个降落伞从打开到下落至地面所用的时间。
实验记录:
砝码的质量 下降时间 平均用时
第一次 第二次 第三次 第四次 第五次
10克 10秒 9秒56 9秒58 10秒 9秒56 9秒74
50克 2秒 2秒02 2秒01 2秒02 2秒 2秒01
实验结论:降落伞下降的快慢与伞面大小有关。在悬挂物质量不变时，伞面越大，下降得越慢；伞面越小，下降得越快。
3.设计方案。
完整的设计方案包括研究问题、实验目标、所需材料、设计图等几个部分。
研究问题:设计并制作一个降落伞，保护鸡蛋平稳降落。
实验目标:把一枚重约50克的熟鸡蛋挂到降落伞上，从三楼的高度降落到指定区域，蛋壳不破碎。
所需材料:细绳、塑料袋、网袋、熟鸡蛋。
设计图:
4.制作模型。
结合设计方案，制作模型。根据实际需要制作在外观、结构、功能方面完全一致且等比例缩小的模型，以保证完成工程任务的科学性和合理性。
5.测试改进。
(1)测试。
先拿一个与鸡蛋相当的重物代替鸡蛋，然后找一处空地投放，看降落伞的打开情况与下落速度。投放降落伞时，要注意双手撑开伞面的两端，轻轻松手，这样有助于伞面在降落时完全打开。
最好进行三次测试，待到测得的数据合理时，再换熟鸡蛋进行实地测试。测试须知:
①伞面要完全打开，什么是完全打开，需要给出实例。
②落地后鸡蛋不能碎，是一点不能碎还是大部分是完整的。
③降落到指定区域，指定区域在哪里 大小如何
这些标准都需要明确。
(2)改进。
根据测得的数据情况及时改进。如果下降得太快，也许是伞面材料太重或伞面的面积太小，可以换成薄布或者打大伞面的面积。
如果鸡蛋破碎了，回顾前期研究中的小实验，改进方案后，再做一做、测一测。
6.展示交流。
学会用PPT、模型、文字等多种方式对完成任务的全过程进行整理、展示、交流。
要以小组的形式进行展示交流。可以分配角色，一人主讲，其他人进行补充。
小组汇报时要强调制作过程，第一次怎么做的，后来如何改进的。不同小组的同学互相提问，对别人的作品提出改进意见。
活动手册
课堂总结
本课通过回忆做过的所有专项活动，整理归纳，呈现出工程师设计改进产品时一系列的步骤和程序；通过制作降落伞，完整经历明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流等工程设计步骤。
板书设计
塑料袋
半径：20厘米
伞绳：8根（每根35厘米）
熟鸡蛋50克左右
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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