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课题 《1.4设计塔台模型》 课时 1课时
教材简析 从2022版《科学课程标准》的课程内容来看，本单元处在“工程设计与物化”部分。从单元整体设计来看，本单元是让学生经历“明确任务——设计——建筑(模型)——测试——评估——改进”这一完整的工程设计过程。从本课开始，学生的学习视角从对工程的整体认知转到到工程设计这一核心内容。与之相应，教科书的编写体例不再沿用四个板块的模式，而是以工程建设的基本程序展开。教科书一开始明确建立模型的重要意义。随后对塔台模型的设计提出了明确的要求，同时供应材料清单以及评价表，一方面指导学生设计方向，另一方面从评估的角度利用评价表规范设计方案。此外，教科书提出了5个问题供学生制定方案时思考，引导学生全面细致地考虑设计问题，帮忙学生突破技术难点，尽可能设计出符合要求的塔台模型方案。本课的内容是对上一节“标书”的具体化，聚焦塔台设计这个关键点来展开工程实践活动的。下一节建筑塔台模型要依照本课的设计方案来实施，单元结束课也要对本课设计的不足进行改进。所以本课的内容在整个单元中起到很重要的承上启下作用。
学情分析 本课为学生设计塔台模型提供了必要的支持，但是对于学生来说仍然具有挑战性，学生要经历多维度的思考与权衡，最终整合出最为合适的设计方案。第一个挑战是设计图的绘制，学生的设计意识比较薄弱，对工程设计的要素接触较少，对设计图纸上必要的文字、图形、数字等标注以及要绘制不同视角的设计图，全方位呈现等都不清楚，老师需要引导学生发觉其中的学问，知道工程要以科学和技术为基础。第二个挑战是认识设计方案中各影响因素之间的关系，如结构设计、稳定性、把握倾斜等。同时理解“工程活动的本质是创造人工实体，设计与物化是其中的重要环节”这一主要概念。
学习目标 科学观念：通过设计设计塔台模型，认识到工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及之间的关联。知道工程要以科学和技术为基础。科学思维：能深入思考，用分析、判断的方法发现并解决设计中的难点问题。探究实践：能根据限制条件设计、绘制出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。能反思自己的设计，不断改进。态度责任：对工程设计抱有极强的兴趣。在设计与绘制塔台设计图时愿意与小组成员合作、交流，共同完成设计任务。具有反思意识，能听取同学意见并不断改进自己的设计。
教学重难点 教学重点：认识并理解工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及其之间的关联。教学难点：能根据建造塔台的具体任务，综合考虑相关因素，在限制条件下设计出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。
教学准备 教师：班级记录表、评价表、三角形与正方形的框架实物、建筑物图片、铁塔图片、教学课件。学生：塔台标书、学生活动手册、记录表。
过程设计 二度备课/设计意图
一、激发兴趣、聚焦问题（预设5分钟）材料准备：课件、塔台模型图片。1.展示塔台模型，明确模型意义出示教科书塔台图片，让学生观察塔台的结构和外观。明确建立模型是工程设计中的重要环节,工程师通常通过建立模型来测试他们的设计。引导学生像工程师一样，设计、制作、测试、评估、改进塔台模型，经历建筑塔台的过程。2.创设情境，聚焦任务谈话：我们从今天开始，一起像工程师一样，来设计、制作、测试、评估、改进塔台模型，经历建造塔台的过程。【设计意图】通过谈话的方式强调建立模型的重要性，明确本课的学习活动方向。同时指明本课之后的连续几课都是围绕建筑塔台而开展模型的设计、制作、测试、评估、改进等一系列活动。通过引导学生观察真实塔台图片，让学生初步了解塔台的结构和外观。二、明确任务：设计塔台模型（预设10分钟）材料准备：课件、指导性微课、三角形与正方形的框架实物。（一）明确工程要求和材料1.出示教科书中建造塔台的要求。提问：我们要做一个什么样的塔台？我们一起来看看学校对建造塔台有什么要求。提示学生阅读教科书中要求:① 塔台的高度为60厘米;② 底部能够移动,不能站在桌面上;③ 坚固并有承重能力;④ 具有抗风抗震能力;⑤ 美观、节省材料;⑥使用所给的材料: 70根20厘米长的吸管、剪刀(1或2把)、胶带、尺子(1或2把)。2.观察课件出示的世界著名建筑图片及其设计图样稿（埃菲尔铁塔）。提示：工程设计图纸都是工程师按照一定的标准和规范绘制的，这样施工方才能按照工程师的构想和设计来开展施工作业。初步提出对于设计图纸和设计活动的要求：我们的设计图纸也要有一定的标准和规范。3.介绍工程设计图的一般设计流程和施工图的具体分类。引导： 一般设计图需要基本图纸和详图两部分，但我们小学生画设计图时，只需要利用我们在数学课和美术课上学到的关于测量绘图的知识，画简图即可。4.通过观察埃菲尔铁塔和鸟巢体育馆的建筑细节了解三角形对于结构稳固性的作用。引导：通过观察埃菲尔铁塔和鸟巢体育馆的框架结构，你有没有发现有一种形状经常出现呢？是的，因为三角形具有稳定性，大量三角形的运用能使我们的建筑更加牢固可靠，大家在设计塔台时也可以借鉴。演示三角形与正方形的框架实物，对比稳定性。（三）阅读塔台模型制作评价表1.引导：我们来阅读教科书中的塔台模型制作评价表。2.阅读后结合工程要求，了解细化评价标准和相应分值，明确塔台模型设计具体要求。【设计意图】通过明确塔台设计和设计图纸的具体要求,便于学生依照设计图纸建立出符合要求的塔台模型。老师还需提示学生高度、稳定性、承重是必需达成的重要指标。评价表是学生进行塔台模型设计的重要帮手。评价表不仅整合了任务板块的全部要求，还进行了细化，帮忙学生在设计过程中整合各项因素、达到要求的平衡点。三、制订方案，开展设计（预设20分钟）材料准备：课件、指导性微课、塔台标书（内含空白设计图）（一）依据评价表思考问题归纳教学课件出示教科书中的几个问题，并引导学生思考。1. 如何保证塔台达到要求高度的同时不倒下？2.如何保证塔台的倾斜角最小？3.如何保证塔台能抵御大风或一定级别的地震？利用微课出示设计方案中设计图的绘制规范和技巧，包括三视图、比例尺、加固方案、抗震设计等。（耐震，可以在塔台模型中加入大量三角形。制震，可以在塔台模型底部加大面积或加大重量。免震，可以在塔台模型底部加滚珠。）谈话：以上这些问题大家不用马上回答，各小组在设计中思考、交流、讨论，共同研究解决方案。（二）开展设计活动1.出示教科书中的学生交流图。利用多媒体课件出示教科书中的学生交流图，学生阅读对话框中的提示内容。要求①设计图纸清楚明了，有条理，表达方式全面，有文字、图画、数字、标记等。②小组分工明确、系统，有序开展设计活动。2.交流设计关键点。进行全班交流，相互提示交流塔台模型设计的关键点。3.小组设计塔台模型。下发与活动手册相同的设计方案记录表，学生小组开展塔台模型设计活动。适时指导，随时提醒学生协同设计评价表中的各个项目，提示在设计塔台整体结构时多用三角形。（三）展示设计成果1.谈话：请各组成员一起来介绍、展示设计方案。同学们一起交流，各组讲解尽可能翔实、完整，这样更有利于相互理解、相互交流、相互帮助。2.介绍设计方案，全班交流。【设计意图】通过教科书上气泡图的提示语，使学生进一步了解到设计工作的重要性，体会工程中各个系统之间是相互影响、相互制约的。学生亲历在限制条件下进行设计的活动，感受工程设计的简单性和重要性。通过展示交流活动，促使全班进行互评、互鉴。四、研讨（预设5分钟）材料准备：课件、班级记录单（一）我们的设计方案完备吗？是否考虑到了各个因素？在展示设计成果活动中，小组汇报后，提出此问题。组织小组间质疑、解释、交流、互动，帮助每一组反思自己的设计方案。（二）我们的设计方案还有需要调整的地方吗？打算怎样进一步调整？在展示设计成果活动中，在第一个问题研讨后，提出此问题。组织各小组寻找自己设计方案中的问题。学生借鉴其他小组设计方案的优秀经验，小组研讨解决方案，制订调整计划，及时整改设计方案，填补出现的漏洞和问题。【设计意图】以上两个问题融合在展示设计成果中，通过问题(1)引导学生进行自查和互评，问题(2)引导学生发觉问题并准时改进设计，各个小组可以互相补充、互相借鉴、各自完善设计方案。
学与导的预设
为精准突破“在限制条件下设计出符合要求的塔台模型”的教学重难点，设计“问题链引导 + 分层设计”的“学与导”环节，具体如下：一、“学”的预设（学生活动）任务驱动，明确设计目标每组领取“塔台模型设计任务卡”，内容包括：塔台高度60厘米、底部可移动、承重能力强、抗风抗震、美观且节省材料。学生阅读任务后，结合评价表，明确设计的核心指标。问题引导，初步构思小组围绕以下问题进行头脑风暴，记录关键想法：如何让塔台又高又稳？怎样才能让塔台底部可以移动？怎样设计才能既坚固又节省材料？如果遇到大风或震动，塔台哪些地方最容易出问题？图纸绘制，表达设计意图学生利用提供的吸管、胶带等材料清单，绘制塔台设计图。要求：至少画出主视图和俯视图；标注关键结构（如三角形支撑、底座形状、连接方式）；用文字说明设计意图，如“这里用三角形结构是为了增强稳定性”。组内交流，优化设计小组内轮流介绍自己的设计思路，其他成员提出改进建议，最终整合出一份小组共同认可的设计方案。二、“导”的预设（教师引导）难点拆解引导若学生不理解“底部可移动”的含义，引导：“想一想，塔台底部如果固定不动，能不能移动？如果不固定，怎样才能让它既稳定又能移动？”若学生设计时忽略抗风抗震，提示：“如果遇到大风，塔台哪个部分最容易晃动？我们可以用什么结构来加固？”问题链深化① “你们的设计中，哪些地方用了三角形？为什么？”（引导理解三角形稳定性）② “如果材料有限，你们会优先保证哪一部分的坚固？为什么？”（引导理解主次结构与功能）③ “你们的设计能不能同时满足‘高’和‘稳’？如果不行，怎么调整？”（引导理解工程中的权衡）设计策略归纳待小组完成初步设计后，教师引导全班归纳出“高塔设计小技巧”：上小下大，重心低；多用三角形结构；底部加宽或加重；材料分布均匀，避免偏重。最终小结：“工程设计不是画出图就行，而是要在一堆限制条件中，找到最合适的方案。”此环节通过“任务驱动→问题引导→图纸绘制→优化交流→教师引导”的闭环，帮助学生在真实的设计任务中理解工程设计的复杂性，逐步突破“在限制条件下设计出符合要求模型”的难点，同时培养系统性思维与合作能力，契合工程设计与物化的核心素养要求。
板书设计 设计塔台模型1.高度、安全、承重。2.底部能移动、抗风抗震、坚固耐用。3.成本、分工、坚固、美观、价廉。规范设计 三角形应用 抗震设计
作业设计 A层 基础巩固（面向全体，夯实“科学观念”）
填空题（1）塔台模型的设计要求中，高度应达到______厘米，底部必须能够______。（2）在框架结构中，形结构最稳定，因为它具有______性。（3）工程设计需要考虑多个因素，如、______、______等。选择题（1）下列哪一项不是塔台模型设计时需要考虑的？（ ）A. 承重能力 B. 颜色是否鲜艳 C. 抗风抗震 D. 节省材料（2）要增强塔台的抗风能力，可以采取的措施是（ ）A. 增加塔尖重量 B. 减小底座面积 C. 多用三角形结构 D. 提高塔身高度判断题（对的打“√”，错的打“×”）（1）工程设计可以只凭灵感，不需要科学原理。（ ）（2）塔台模型的高度越高，稳定性越差，所以设计时应尽量降低高度。（ ）（3）使用三角形结构能使塔台更稳固，这是利用了三角形的稳定性。（ ）简答题请用自己的话说一说，为什么塔台模型的设计需要综合考虑“坚固”“抗风”“节省材料”等多个因素？这些因素之间有什么关系？
B层 能力提升（面向多数，发展“科学思维”）
案例分析下面是两个小组设计的塔台模型小组A：底座较大，上小下大，多处使用了三角形支撑，材料分布均匀。小组B：底座较小，塔身高且细，三角形使用较少，顶部设计较复杂。问题：你认为哪个小组的设计更可能通过承重和抗震测试？请至少说出两条理由。情境优化某小组在设计时，为了追求美观，在塔台顶部添加了许多装饰性结构，导致材料紧张，底部支撑不足。测试时塔台轻微晃动。请你帮他们提出两条改进建议，并说明每一条建议背后的科学道理。思维拓展如果塔台模型的高度必须增加到80厘米，而其他要求不变，你认为设计上需要做哪些调整才能保证稳定？请写出你的调整思路，并画出一个简单的调整示意图（可文字描述）。
C层 实践探究（面向学有余力，强化“探究实践”）
动手制作挑战利用家中的废旧材料（如吸管、牙签、纸板、胶带等），按照课堂上的工程要求（高度60厘米、底部可移动、承重能力强、抗风抗震），独立或与伙伴合作制作一个塔台模型。任务要求：拍摄制作过程的照片或视频；对模型进行简单的承重测试（如放置书本），记录承重数量；写一份简短的测试报告，内容包括：设计图、材料清单、制作步骤、测试结果、遇到的困难及改进设想。社会调查查找资料，了解现实中的一座著名塔台（如机场塔台、电视塔、埃菲尔铁塔等），分析它的结构特点，并回答：它采用了哪些设计来确保稳定和安全？它的设计中体现了哪些工程学原理（如重心、三角形结构、材料选择等）？如果让你为它提出一项改进建议，你会改进什么？为什么？将调查结果整理成一篇图文并茂的短文。方案迭代结合课堂上小组的设计方案，认真听取其他小组的汇报和老师的点评，提出一份改进后的设计方案。
教学反思
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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