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新青岛版三上科学第三单元第12课《桥上的伸缩缝》教学设计
（对应大单元活动3：桥梁安全特工队）
一、活动主题
解密热胀冷缩的工程密码——校园热能工程师挑战赛（任务3）
二、课程标准依据
核心概念 3.物质的运动与相互作用（热胀冷缩）
学习内容 3.3 物体受热时体积膨胀（固体）
学段目标 ①解释热胀冷缩在生活中的应用； ②理解工程设计需考虑自然规律（3~4年级）
三、教材分析
1.核心内容：通过桥梁伸缩缝现象，探究固体热胀冷缩原理及其在工程中的应用。
2.实验重点：对比金属条加热前后的长度变化，模拟桥梁伸缩缝功能。
3.跨学科融合：工程学（桥梁设计）、物理（线性膨胀）、历史（赵州桥智慧）。
四、教学目标
科学观念 理解固体热胀冷缩原理，知道伸缩缝是防止桥梁变形的关键设计
科学思维 通过类比实验推理“无伸缩缝桥梁”的安全隐患
探究实践 设计并验证伸缩缝模型的功能
态度责任 培养工程安全意识；感悟中国古建筑智慧
五、教学重难点
1.重点：固体热胀冷缩现象的观察与解释。
2.难点：理解伸缩缝的“预留空间”设计原理（热膨胀系数概念简化）。
六、教学准备
1.材料包：
（1）铝制尺（30cm）、酒精灯、铁架台
（2）橡皮泥桥梁模型（带/无伸缩缝）
（3）热水壶、冰水盆
2.教具：港珠澳大桥伸缩缝实拍图、赵州桥结构动画
3.安全：金属加热警示牌、隔热手套、护目镜
七、教学过程
（一）导入：桥梁警报！
教师活动：
“热能工程师们！紧急任务：夏天地面温度高达60℃时，校园小石桥发出‘咔咔’怪响，栏杆出现裂缝！桥梁工程师怀疑是‘热胀冷缩’作祟——今天我们要化身桥梁安全特工队，破解这个工程密码！”
提问： “夏天铁轨缝隙变小，冬天变大，这是为什么？”
学生活动：
1.观看桥梁裂缝新闻视频
2.讨论猜想：“金属夏天变长，挤裂了桥？”
设计理念：用真实工程问题引发探究欲，关联生活经验切入主题。
（二）新授：固体膨胀实验场
任务1：金属条“变形记”
教师演示：
“这把铝尺现在长30cm，用酒精灯加热后会发生什么？”（固定一端，另一端连接指针）
分组实验记录：
常温 0cm 30cm
加热后 +2cm 32cm
冰水冷却 -3cm 27cm
关键发现：
“金属遇热‘变胖变长’，遇冷‘缩骨减肥’！桥梁的钢筋也在悄悄伸缩！”
任务2：伸缩缝模型大挑战
合作探究：
1.无伸缩缝模型：橡皮泥整块桥面加热（热水淋浇）→ 桥面拱起开裂
2.有伸缩缝模型：桥面预留缝隙→ 加热后缝隙缩小，桥体完好
工程师笔记：伸缩缝是桥梁的“呼吸通道”，给热胀冷缩留空间！
设计理念：对比实验强化认知冲突，橡皮泥模型将抽象原理具象化。
（三）深度探究：古桥的智慧
教师提问：
“没有钢筋的赵州桥，为什么1400年不倒？”（播放石拱桥伸缩缝动画）
学生发现：
1.石拱桥用“楔形石块”拼接，温度变化时石块微移调节
3.桥墩底部垫木板（天然伸缩缝）
民族自豪感升华：
“隋朝工匠李春早已掌握热胀冷缩原理！赵州桥37.4米大拱由28道独立石券拼成，每道石券都是‘天然伸缩缝’——这是刻在石头上的中国智慧！”
（四）总结迁移：工程师的使命
教师总结：
“真正的工程师，既要懂自然规律（热胀冷缩），更要会顺应规律（伸缩缝设计）。你们的终极任务是——”
迁移任务：
1.勘察校园设施：找出操场塑胶地面、走廊瓷砖的伸缩缝
2.设计“未来桥梁”：用画图纸或橡皮泥制作带智能伸缩缝的桥梁
金句升华：
“从赵州桥到港珠澳大桥，中国人用智慧让工程与自然和谐共舞！”
八、分层作业设计
基础作业 寻找3处生活中的伸缩缝（如地板、天桥） ★：拍照1处
★★：标注位置+功能
★★★：分析材质与缝隙宽度的关系
提升作业 测试塑料尺/木尺加热后的膨胀差异 ★：定性描述（如“塑料弯了”）
★★：测量长度变化值
★★★：解释“塑料桥伸缩缝需更宽”的原因
拓展作业 设计“月球温差桥”（昼夜温差310℃） ★：草图标注伸缩缝位置
★★：说明特殊材料选择（如记忆合金）
★★★：引用中国探月工程案例
九、教学反思预设
1.成功点：橡皮泥桥模型直观呈现破坏效果；赵州桥案例激发文化自信。
2.改进点：金属条实验耗时较长，下次改用热敏变色贴片即时显示膨胀。
3.跨学科延伸：结合数学“测量误差”概念理解预留缝隙精度。
《学习任务单》
班级：_____________ 姓名：_____________
任务1：金属变形实验室
加热后 ______cm 热______
冷却后 ______cm 冷______
任务2：桥梁模型安全测试
有伸缩缝模型：加热后缝隙______（变大/变小），桥体______（完好/损坏）
无伸缩缝模型：加热后桥面______（平整/拱起），说明______
任务3：古今桥梁工程师
赵州桥
港珠澳大桥
工程师宣言：
我要在________（校园设施）上添加/改进伸缩缝，防止它因为________而损坏！
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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