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10. 自行车
课题 10. 自行车 课时 2课时
核心概念 12.技术、工程与社会；跨学科概念：系统与模型、结构与功能。 学习内容与要求 认识机械系统和五个基本子系统；探究自行车链条传动、齿轮关系和刹车控制。
教学目标 科学观念：知道系统是由相互联系、相互作用的要素组成并具有一定功能的有机整体，机械系统常含动力、传动、控制、执行和支承子系统。 科学思维：能按功能给自行车部件分类，分析链条传动中齿轮齿数与转速关系，用摩擦力解释刹车。 探究实践：能搭建链条传动模型、计数齿轮转动圈数、观察刹车部件并绘制子系统协同图。 态度责任：认识自行车结构在安全、效率和舒适性方面不断改进，养成骑行前检查和遵守交通规则的责任意识。
重点 用系统观点分析自行车部件功能，并通过模型解释传动和控制。 难点 理解子系统分类依据是主要功能；解释大、小齿轮速度关系时兼顾齿数比和方向。
教学准备 教师：自行车或支架模型、发展历史图片、链条齿轮演示装置、刹车结构放大图。 学生：大小齿轮、链条、支架、标记贴、计数表、手套。
教学思路 第一课时利用发展史说明自行车围绕动力、稳定、安全和舒适不断优化，学生认识系统概念并给部件按五类功能分类。第二课时搭建链条模型，数齿并记录转动圈数，归纳齿轮比与速度关系；再观察刹车把手、刹车线、刹车臂和刹车块，用摩擦力解释控制。
核心问题/整合内容 核心问题：自行车为什么是机械系统？链条、齿轮和刹车怎样协同实现快速、安全骑行？ 整合内容：数学（比和圈数）、物理（摩擦力与运动）、交通安全、工程史。
第1课时 从发展史和部件功能认识机械系统
本课时核心问题：自行车的许多部件怎样组成一个有机整体？
教学环节 教学活动 二次备课
一、发展史比较，识别改进需求 【教师活动与语言】 师：每次结构改变解决了什么问题，又可能带来什么新问题？ 师：请围绕“从木马轮到现代自行车”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：脚踏和链条提高效率，缩小前轮提高稳定安全。 生：充气轮胎提高舒适，但需要维护。 【学生活动组织】 按年代排序自行车结构。 用“问题—改进—效果—新问题”记录。 小组把关键证据记录在“自行车改进时间线”中，准备在全班交流。 【设计意图】从技术史理解工程改进由需求和约束推动，不是简单增加部件。
二、建立系统概念 【教师活动与语言】 师：只有许多零件放在一起就是系统吗？系统还需要什么？ 师：请围绕“要素、联系与整体功能”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：零件之间要有联系和作用。 生：整体要能完成骑行、转向和制动等功能。 【学生活动组织】 比较散放部件和完整自行车。 用自己的话定义系统。 小组把关键证据记录在“系统概念卡”中，准备在全班交流。 【设计意图】突出系统不仅是集合，更强调相互作用和整体功能。
三、按功能分类，认识五个子系统 【教师活动与语言】 师：车架、脚踏、链条、车把、刹车和车轮分别主要做什么？一个部件能否与多个功能有关？ 师：请围绕“动力、传动、控制、执行、支承”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：人和脚踏提供动力，链条齿轮传动。 生：车把和刹车控制，车轮执行运动，车架支承；有些部件兼有多种作用。 【学生活动组织】 给部件卡按主要功能分类。 对有争议的部件说明分类理由。 小组把关键证据记录在“子系统分类表”中，准备在全班交流。 【设计意图】发展功能分类和多功能意识，避免死记部件归属。
四、绘制联系图，认识层级 【教师活动与语言】 师：传动系统内部还包括哪些相互作用的部件？子系统能否继续分解？ 师：请围绕“子系统与下一级系统”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：脚踏曲柄、大齿轮、链条、小齿轮和后轮相互连接。 生：每个子系统还可以分成更小的部件系统。 【学生活动组织】 画五个子系统与整体功能的网络图。 选择一个子系统继续分解。 小组把关键证据记录在“自行车系统图”中，准备在全班交流。 【设计意图】形成层级系统观，为第二课时研究具体机制做准备。
五、安全检查，联系使用 【教师活动与语言】 师：若刹车、链条或轮胎某处失效，整体系统会怎样？骑行前应检查什么？ 师：请围绕“系统故障与骑行安全”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：一个关键部件故障可能影响整个系统。 生：应检查刹车、轮胎气压、链条和车把固定。 【学生活动组织】 制定骑行前检查清单。 把检查项目与对应子系统联系。 小组把关键证据记录在“骑行检查清单”中，准备在全班交流。 【设计意图】将系统知识转化为安全行为，认识维护是技术使用的一部分。
第2课时 探究链条传动和刹车控制
本课时核心问题：大小齿轮怎样改变速度，刹车怎样使车停下？
教学环节 教学活动 二次备课
一、搭建模型，观察运动传递 【教师活动与语言】 师：转动一个齿轮时，另一个怎样转？若链条松脱会怎样？ 师：请围绕“链条连接两个齿轮”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：链条把转动传给另一个齿轮，方向通常相同。 生：链条过松会打滑或掉链，传动中断。 【学生活动组织】 搭建大小齿轮链条模型并标记起点。 分别转动大齿轮和小齿轮，观察方向和速度。 小组把关键证据记录在“链条传动观察表”中，准备在全班交流。 安全提醒：齿轮缓慢转动，手指不伸入链条和齿间。 【设计意图】以可见模型理解运动如何跨距离传递。
二、计数测量，发现齿数比 【教师活动与语言】 师：大齿轮转1圈，小齿轮为什么会转多圈？怎样预测大齿轮转2、3、4圈的结果？ 师：请围绕“大齿轮与小齿轮圈数”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：大齿轮齿数多，带动相同链长时小齿轮需转更多圈。 生：小齿轮圈数与齿数比有关。 【学生活动组织】 数出两齿轮齿数，记录多组圈数。 计算近似比值并检验预测。 小组把关键证据记录在“齿轮圈数表”中，准备在全班交流。 【设计意图】从定性快慢走向定量关系，发展模型测量和比例推理。
三、联系骑行，理解速度与力的权衡 【教师活动与语言】 师：平路高速和上坡省力时，为什么要选择不同齿轮组合？ 师：请围绕“不同齿轮组合”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：大盘带小飞轮速度快，但可能更费力。 生：小盘带大飞轮速度慢，但上坡较省力。 【学生活动组织】 用模型模拟两种齿数组合。 填写“速度—用力—适用场景”表。 小组把关键证据记录在“变速选择表”中，准备在全班交流。 【设计意图】认识机械设计中的速度与力权衡，避免“越快越好”。
四、观察刹车，解释控制系统 【教师活动与语言】 师：捏把手后，运动怎样传到刹车块？车轮为什么减速？ 师：请围绕“刹车把手到刹车块”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：把手拉动刹车线，刹车臂使刹车块压紧轮圈。 生：摩擦力增大，车轮转动减慢。 【学生活动组织】 观察左右把手对应前后刹车。 按顺序演示控制信号和执行结果。 小组把关键证据记录在“刹车工作流程图”中，准备在全班交流。 【设计意图】将力学知识嵌入机械控制链，理解控制系统与执行系统配合。
五、协同解释，诊断故障 【教师活动与语言】 师：从起步、加速、转弯到停车，五个子系统怎样连续配合？ 师：请围绕“五个子系统共同骑行”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：人提供动力，传动带动车轮，车把和刹车控制，车轮执行，车架支承。 生：任何关键环节故障都会影响整体。 【学生活动组织】 用情境时间线解释一次完整骑行。 分析“链条脱落”“刹车线松”等故障的影响和处理。 小组把关键证据记录在“协同工作图”中，准备在全班交流。 【设计意图】综合部件和机制形成系统协同解释，落实安全维护。
课堂练习
1. 机械系统通常包括哪五个基本子系统？
2. 自行车链条在传动系统中起什么作用？
3. 大齿轮齿数为40，小齿轮齿数为20，大齿轮转1圈，小齿轮约转几圈？
4. 自行车刹车使车轮停止主要利用了什么力？
5. 为什么骑行前要检查多个部件而不是只检查车轮？
参考答案：1.动力、传动、控制、执行、支承；2.把一个齿轮的转动传递给另一个齿轮和后轮；3.约2圈；4.摩擦力；5.自行车是各子系统协同的整体，关键部件故障都会影响安全和功能。
板书设计 10. 自行车 系统＝要素＋联系＋整体功能 五个子系统：动力—传动—控制—执行—支承 链条传动：齿数比影响转速 刹车：把手→刹车线→刹车块→摩擦增大 技术选择：速度、用力、安全、维护
教学反思

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