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14. 拧螺丝的学问
课题 14. 拧螺丝的学问 课时 2课时
核心概念 3.物质的运动与相互作用；12.技术、工程与社会；跨学科概念：结构与功能。 学习内容与要求 认识轮轴，探究动力作用在轮上或轴上以及轮大小对用力的影响，分析生活应用。
教学目标 科学观念：知道轮和轴相对固定、共同转动的装置叫轮轴，能识别轮和轴。 科学思维：能通过测力或体验归纳动力作用在轮上通常省力、作用在轴上可省距离或提高速度，轮越大通常越省力。 探究实践：能搭建轮轴模型、使用螺丝刀和内六角扳手开展公平比较，记录用力和转动效果。 态度责任：能根据操作任务选择轮轴用法，理解古今工具改进，注意工具握持和螺丝操作安全。
重点 识别轮轴结构，探究轮大小和动力作用位置对用力的影响。 难点 理解轮和轴是相对概念；解释动力作用在轴上的功能价值。
教学准备 教师：螺丝刀、方向盘、门把手、水龙头、辘轳图片，轮轴模型。 学生：大小不同轮盘、轴、细线、钩码、测力计、螺丝与螺丝刀、内六角扳手、记录单。
教学思路 第一课时从螺丝刀和方向盘抽象轮轴结构，比较直接转轴与使用大轮，进一步改变轮半径测力。第二课时体验动力作用在轮和轴的差别，分析内六角扳手不同握法和生活轮轴，理解省力、速度与距离的取舍。
核心问题/整合内容 核心问题：轮和轴怎样共同转动？轮的大小和施力位置怎样改变用力与运动效果？ 整合内容：数学（半径和转动距离）、劳动工具、机械工程、古代科技。
第1课时 认识轮轴，探究轮大小与省力
本课时核心问题：为什么螺丝刀柄比刀杆粗，方向盘做得很大？
教学环节 教学活动 二次备课
一、观察转动，抽象结构 【教师活动与语言】 师：螺丝刀、方向盘和水龙头有哪些共同特点？轮一定是圆盘吗？ 师：请围绕“轮和轴共同转动”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：外部较大的部分带动中间轴一起转。 生：轮可以是手柄、把手或辐条结构。 【学生活动组织】 标出轮和轴，观察是否相对固定。 区分齿轮组和单一轮轴。 小组把关键证据记录在“轮轴结构图”中，准备在全班交流。 【设计意图】从外形多样的装置中提取轮轴本质结构。
二、直接比较，体验省力 【教师活动与语言】 师：用手捏细轴转动和握大轮转动同一轴，哪种更容易？如何变成可测实验？ 师：请围绕“有轮与无轮”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：握大轮更省力。 生：可在轴上挂相同重物，用测力计拉轮缘。 【学生活动组织】 体验并提出测力方案。 保持轴、重物和转动方向相同。 小组把关键证据记录在“轮轴比较方案”中，准备在全班交流。 【设计意图】从主观体验过渡到定量验证。
三、改变轮径，控制变量 【教师活动与语言】 师：大小轮盘共用同一轴时，应比较什么？拉绳为什么要沿切线方向？ 师：请围绕“轮越大是否越省力”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：比较提起相同重物的拉力。 生：沿切线才能有效带动转动，方向要一致。 【学生活动组织】 测试至少三种轮半径。 记录轮半径、拉力和绳移动距离。 小组把关键证据记录在“轮径测力表”中，准备在全班交流。 安全提醒：轮盘固定牢，钩码下方留空，绳线不缠手。 【设计意图】用变量实验建立半径与用力关系，同时关注距离代价。
四、分析数据，形成规律 【教师活动与语言】 师：轮变大时用力和手移动距离怎样变化？ 师：请围绕“动力作用在轮上”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：轮越大，拉力通常越小。 生：轮缘转一圈走的距离更长。 【学生活动组织】 画趋势图并用转动路径解释。 形成“省力往往费距离”的认识。 小组把关键证据记录在“轮轴规律图”中，准备在全班交流。 【设计意图】从数据同时分析收益和代价，避免只记省力结论。
五、应用解释，优化工具 【教师活动与语言】 师：螺丝刀柄为什么防滑且较粗？赛车方向盘为什么不能无限大？ 师：请围绕“螺丝刀与方向盘”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：粗柄相当于大轮，更省力，防滑便于施力。 生：过大占空间、转动距离大，影响操作。 【学生活动组织】 提出一项手柄改进并说明取舍。 为第二课时提出“动力作用在轴上有什么用”。 小组把关键证据记录在“工具改进卡”中，准备在全班交流。 【设计意图】把规律用于设计评价，认识限制条件。
第2课时 比较轮轴的两种用法，分析生活工具
本课时核心问题：动力作用在轴上虽然费力，为什么仍有价值？
教学环节 教学活动 二次备课
一、两种用法，预测效果 【教师活动与语言】 师：同一轮轴，手转轮提轴上重物和手转轴带轮缘运动，哪种省力、哪种移动快？ 师：请围绕“轮带轴与轴带轮”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：转轮带轴省力。 生：转轴带轮时轮缘移动距离大、速度快。 【学生活动组织】 画两种动力输入和输出。 预测力和距离效果。 小组把关键证据记录在“轮轴两种用法图”中，准备在全班交流。 【设计意图】用输入输出视角比较轮轴的双向功能。
二、内六角扳手体验 【教师活动与语言】 师：L形扳手哪种握法更省力？哪种握法转得更快或适合狭小空间？ 师：请围绕“长臂与短臂”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：握长臂施力更省力。 生：握短臂转动快，但更费力。 【学生活动组织】 用限力螺丝模型体验两种握法。 记录用力感觉、转动角度和空间要求。 小组把关键证据记录在“扳手体验表”中，准备在全班交流。 安全提醒：使用低阻力模型，不拧真实紧固螺丝过度；手指远离夹点。 【设计意图】通过同一工具的变式体验强化结构功能关系。
三、生活分类，找轮与轴 【教师活动与语言】 师：哪些是动力作用在轮上，哪些在轴上？判断依据是什么？ 师：请围绕“方向盘、门把手、卷扬机”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：方向盘、门把手通常在轮上施力。 生：辘轳有时转把手带轴卷绳，要看结构。 【学生活动组织】 逐项标轮、轴、动力和输出。 不以物体大小直接判断轮轴。 小组把关键证据记录在“轮轴应用分类表”中，准备在全班交流。 【设计意图】把抽象结构用于多样生活装置。
四、历史技术，分析改进 【教师活动与语言】 师：古代人为什么给轴增加曲柄或大轮？这些改进解决了什么问题？ 师：请围绕“古代辘轳和绞盘”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：增大施力距离，提升重物更省力。 生：也便于多人连续转动。 【学生活动组织】 阅读《天工开物》相关图示。 比较手提、直接转轴和轮轴三种方案。 小组把关键证据记录在“古代轮轴比较”中，准备在全班交流。 【设计意图】认识技术演进源于需求和结构优化。
五、任务决策，权衡选择 【教师活动与语言】 师：拧紧螺丝、快速旋开、狭窄处操作分别怎样握工具？ 师：请围绕“速度、力和空间”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：最后拧紧用长臂或大柄省力。 生：快速旋转可用短臂，狭窄处要选合适尺寸。 【学生活动组织】 制作轮轴使用决策表。 强调工具与螺丝规格匹配。 小组把关键证据记录在“轮轴决策表”中，准备在全班交流。 【设计意图】把知识转化为有条件的工具选择和安全操作。
课堂练习
1. 轮和轴相对固定并共同转动的装置叫（ ）。A.杠杆 B.轮轴 C.斜面 D.滑轮
2. 同一轴上，动力作用在更大的轮上，通常需要的力怎样变化？
3. 为什么用粗柄螺丝刀比直接转细轴省力？
4. 动力作用在轴上可能带来什么好处？
5. 内六角扳手怎样握更省力？为什么？
参考答案：1.B；2.通常减小；3.施力点离转轴更远，相当于更大的轮；4.使轮缘移动距离大、速度快，或适合某些操作；5.握长臂末端更省力，因为施力点到转轴距离更大。
板书设计 14. 拧螺丝的学问 轮轴：轮和轴相对固定、共同转动 动力在轮上：通常省力，轮越大越省力 动力在轴上：费力但可省距离/提速度 选择看力量、速度、空间和控制
教学反思

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