资源简介

18.《蛋壳与薄壳结构》教学设计
核心概念：12.技术、工程与社会
跨学科概念：结构与功能、系统与模型
内容要求:
12.1 ①知道技术包括方法、程序和产品等；知道发明的常用方法，举例说出一些典型的发明，知道发明会用到一定的科学原理，很多发明可以在自然界找到原型。
教材分析：
本课是单元第2课，承接《生物的启示》中“生物与发明物之间有相似性”的认知基础，以一个更加深入的案例引导学生理解“结构仿生”的内涵。教材以蛋壳这一常见物品为研究对象，从在蛋壳上画线观察形状入手，认识“拱”的概念；再观察赵州桥等拱形建筑，建立“蛋壳曲面由拱形拼接”的表象；接着通过平桥与拱桥承重对比实验，用数据证明拱形承重更强，并用箭头标出压力传递方向；之后设计了“握鸡蛋—戳蛋壳—鸡蛋承重”三个递进的体验活动，让学生亲历“看似易碎的蛋壳竟能承受巨大压力”的认知冲突，从而主动探究其结构奥秘。最后，通过阅读“薄壳结构”资料和观察国家大剧院、悉尼歌剧院等建筑，将蛋壳结构与人类建筑联系起来，形成完整的“仿生”认知链条。本课四个模块环环相扣，需要充足的材料和较长的操作时间，应合理分配各环节时长，确保学生充分动手、充分讨论。
学情分析：
学生在上一课已经了解了仿生的基本概念，知道人们可以从生物身上获得启示进行发明创造。在日常生活中，学生都有“鸡蛋一磕就破”的生活经验，因此普遍认为蛋壳“很脆弱”，这种前概念与后续实验中将发现的“蛋壳能承受较大压力”形成强烈反差，是极好的教学契机。但五年级学生难以自发地将“蛋壳”与“拱形建筑”建立联系，需要教师通过观察蛋壳截面线条、画拱形等中介活动搭建思维支架。平桥与拱桥对比实验中，学生容易只关注“哪个放得多”的结果，而忽视对“为什么”的思考，需要教师引导分析力的传递路径。
学习目标：
1.科学观念：
（1）知道蛋壳呈椭球形结构，蛋壳曲面可以看成由无数拱形拼接而成。理解拱形结构能将受到的压力向下向外分散，从而承受更大的重量。
（2）知道人们从蛋壳结构中受到启示，发明了薄壳结构，广泛应用于建筑和日常生活。
2. 科学思维：
（1）能通过“握—戳—压”三个递进的实验现象，推理论证蛋壳抗压能力强与椭球形结构之间的关系。
（2）能通过平桥与拱桥的对比实验数据，归纳拱形结构承重能力强的特点。
（3）能运用“力的分散”模型解释蛋壳和拱形为什么能承受较大压力。
3. 探究实践：
（1）能规范操作“握鸡蛋”“戳蛋壳”“鸡蛋承重”三个实验，仔细观察并如实记录实验现象。
（2）能用A4纸分别制作平桥和拱桥桥面，通过逐加木块比较两者的承重能力，记录数据。
（3）能观察并画出蛋壳上的拱形线条，在建筑图片中标出拱形结构的位置。
4. 态度责任：
（1）在认知冲突中激发探究热情，乐于通过实验检验自己的预测。
（2）感受“小鸡蛋有大力量”的自然奇妙，体会向自然学习的价值。
重点与难点：
重点：探究蛋壳和拱形的承重能力。
难点：理解拱形结构能承受更大压力的原因（力的分散与传递）。
教法与学法：
教法：认知冲突法、实验探究法、对比分析法。
学法：体验感受、对比实验、画图分析、阅读提炼。
教学准备：
教师材料：多媒体课件（拱形建筑图片、薄壳结构视频）、完整的生鸡蛋若干（备用）。
学生材料：完整鸡蛋2枚、半个蛋壳（纵向切开）2个、铅笔2支、塑料瓶盖8个、小木板1块、书本若干；A4卡纸2张、木块（或钩码）若干；记录单。
教学课时：1课时（40分钟）
教学过程：
教学环节 教学活动 设计意图
创设情境发现思维 1.出示鸡蛋，学生交流鸡蛋的特点。2.“一枚鸡蛋，用手用力握，会轻易握碎吗？4枚鸡蛋放在瓶盖上，作为支撑物，上面能承受多少本书？”学生预测填写在记录单上。3.揭示课题：带着这些问题，我们一起来探究《蛋壳与薄壳结构》。 制造认知冲突：“薄而易碎”的鸡蛋究竟能承受多大的力？为后续实验埋下悬念。
探究活动发展思维 活动一：拱形探究1.观察过渡：在蛋壳上用笔画一条线，从侧面观察这条线是什么形状的？（拱形）教师揭示：蛋壳曲面可以看成由无数拱形拼接而成。2.认识拱形建筑：课件展示赵州桥、重庆朝天门长江大桥图片，学生观察并指出图中的拱形结构。3.平桥与拱桥承重对比实验：每组用2张A4卡纸分别做平桥和拱桥桥面（桥墩跨度相同），往桥面中间逐个放相同木块，记录桥面塌陷时的木块数。4.数据分析：汇总全班数据，发现拱桥承重明显大于平桥。5.原理研讨：引导学生画出受力箭头：竖直向下的压力，被拱形向两侧分散。 思辨讨论：如果拱两边没有牢固支撑，还能承受重物吗？6.小结：拱形能够分散压力，提升承重；拱结构必须依靠两侧坚实支撑。7.找一找生活中的拱形。8.拓展认识拱建筑 阅读赵州桥、朝天门长江大桥、无梁殿、古罗马水渠。感受古今利用拱形建造大型建筑的工程智慧。活动二：蛋壳抗压1.教师手拿一枚鸡蛋放在手心，五指均匀用力握紧，鸡蛋完好，组织学生交流。2.戳蛋壳实验——将半个蛋壳凸面朝上、凹面朝上分别放置，用同一支铅笔从同一高度自由落下。3.学生汇报结果。对比观察：笔尖落在凸面时蛋壳不易破，落在凹面时容易破。提问：“小鸡从内部啄破蛋壳孵化，说明了什么？”（压力从内部施加时容易破）4.出示课前做的鸡蛋承重实验，四枚鸡蛋作为支撑，上面放了20本书，鸡蛋完好，学生谈感受。5.学生交流原因，教师引导总结：6.小结:蛋壳的椭球形结构能将压力分散到各个部位。蛋壳向外凸起的弧形（立体拱），能把压力向四周分散。这种轻薄、弧形、抗压的立体结构叫作薄壳结构。布置课后回家握鸡蛋实验、体验。7.讨论总结： 三个实验从“均匀受力→内部突破→多点承重”三个角度全面揭示蛋壳的抗压能力。每个实验后都设置“为什么”的追问，引导学生从现象走向原理，避免“只做不思”。
应用新知提升思维 活动三：薄壳应用1.阅读资料：学生阅读“薄壳结构”资料卡片，了解人们从蛋壳得到启示发明了薄壳结构2.观察图片：课件展示国家大剧院、安全头盔等，学生找出其中的薄壳结构。提问：“这些建筑或物品为什么采用薄壳结构？”（省料、抗压、美观）3.课堂总结，学生畅谈收获。4.作业：课后找一找生活中的拱或薄壳结构的物品。 从科学探究回归技术与工程，体现“科学为工程提供理论基础”。
课堂练习 一、选择题1.用手用力握鸡蛋，鸡蛋不易碎，主要原因是（　）。
A. 鸡蛋壳很厚 B. 鸡蛋是椭球形的，压力被曲面分散C. 鸡蛋壳是平面的　D. 鸡蛋里面有蛋白
答案：B2.下列建筑物中，运用了薄壳结构原理的是（　）。
A. 赵州桥 B. 国家大剧院　C. 埃菲尔铁塔　 D. 金字塔
答案：B3.拱桥比平桥承重能力更强，主要是因为拱结构能把压力（　）。
A. 集中到中间一点　B. 向下和向外传递分散　C. 完全消除　 D. 转移到桥墩底部
答案：B二、判断题1.蛋壳的曲面可以看成由无数拱形拼接而成。（　）
答案：√2.平桥和拱桥的承重能力一样强。（　）
答案：×3.人们从蛋壳结构中受到启示，发明了薄壳结构。（ ）
答案：√
板书设计 18 蛋壳与薄壳结构蛋壳的奥秘：椭球形结构→压力分散→承重能力强薄壳结构：国家大剧院、安全头盔......
教学反思

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