资源简介

第19课　建筑材料（教学设计）
课题 建筑材料 课时安排 1课时
教材分析 本课是第五单元“材料的演变”的第三课，承接前两课对材料来源与性能的认识，把研究对象转向与居住环境最密切的建筑材料。教材以“房子是怎样一步步变高的”为线索，先让学生认识木材、砖、瓦、水泥、钢铁、玻璃等常见建筑材料，再沿时间轴梳理建筑材料从茅草、树枝、泥土、石块等天然材料，到砖瓦石灰、水泥钢铁玻璃钢筋混凝土，再到轻质隔墙板、保温材料、钢化玻璃、光伏玻璃等新型材料的演变历程。教材安排了观察、比较、交流等活动栏目，主线是“认识材料—梳理演变—解释选材”。 本课对应《义务教育科学课程标准（2022年版）》核心概念12“技术、工程与社会”的内容要求，以及核心概念1“物质的结构与性质”中学习内容1.1“物质具有一定的特性与功能”的3~4年级内容要求第③条“描述某些材料的透光性、导电性，说出它们的主要用途”。教学中要让学生知道材料的进步使建筑越来越高、越来越坚固、越来越舒适，体会技术与工程改变了人们的生产和生活。本课还渗透跨学科概念“结构与功能”与“稳定与变化”。 与旧版教材相比，2024版新增了建筑材料性能的比较实验和绿色建筑、建筑垃圾回收等内容，更强调“性能—部位—选材”的因果链条。本课承接第17课天然材料与人造材料的分类标准，把分类框架从身边的物品延伸到建筑领域，同时为第20课纳米材料作了铺垫——新型建材中的自洁玻璃、光伏玻璃正是材料科技不断升级的产物，也使学生对“材料一直在演变”形成完整认识。
核心 素养目标 科学观念：知道常见的建筑材料有木材、砖、瓦、石灰、水泥、钢铁、玻璃、钢筋混凝土等；知道建筑材料经历了从天然材料到人造材料、从单一材料到复合材料、从笨重到轻质多能的演变过程。 科学思维：能按时间顺序梳理建筑材料的演变线索，发现“从天然到人造、从单一到复合”的规律；能从硬度、承重、防水、透光、导热等性能出发，解释建筑物不同部位选材的理由。 探究实践：能用相互刻画、搭小桥承重、滴水、观察透光、感受导热等方法比较砖、木块、铁片、塑料片、玻璃片的性能，能填写比较记录单并汇报数据。 态度责任：感受建材演变背后人类的智慧与科技进步，欣赏赵州桥、榫卯等传统建筑之美，增强文化自信；知道建筑垃圾可以回收利用、装修材料可能带来污染，树立绿色建筑与安全环保意识。
重点 和难点 教学重点：认识常见建筑材料的名称与用途，理解建筑材料从天然材料到人造材料、再到新型材料的演变历程。 教学难点：理解“材料进步推动建筑发展”的因果联系，能从性能角度解释墙体、窗户、屋顶等不同部位的选材理由。突破策略：用“给房子选材料”的真实任务驱动，先让学生为承重墙、窗户、屋顶各选一种材料并说出理由，再用硬度、承重、防水、透光、导热五组比较实验获取证据，回填自己的选择，用“钢材抗拉、混凝土抗压，合在一起才撑起高楼”的骨骼类比打通因果。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
导入新课 教师依次出示五张图片：远古洞穴、茅草屋、木质古建筑、砖瓦民居、现代摩天大楼。学生一看到摩天大楼就发出惊叹，教师顺势提问：“人类住的房子是怎样一步步‘长高’的？”学生自由发言，有人说是因为有了机器，有人说是因为用了更结实的东西。 教师拿出一块小红砖和一块同样大小的木块，请两名学生上台掂一掂、敲一敲，问：“如果让你用这两种材料盖房子，承重墙你选哪一种？为什么？”学生大多选砖，理由集中在砖更硬、更结实、不怕风吹雨淋。 教师揭示课题并布置任务：“房子越来越高的秘密，就藏在墙里、藏在材料里。今天我们就研究建筑材料的演变，当一回小小建筑师，给房子的不同部位选材料。”学生明确本节课要梳理演变、比较性能、学会选材。 五张图片串起一部缩微建筑史，“进化”“长高的秘密”这类表述把静态的历史变成动态的谜题，激发学生追溯的兴趣；从洞穴到摩天大楼的巨大反差让学生直观感到建筑材料一定发生了很大变化，达成科学观念目标中“知道建筑材料不断演变”的要求。 掂一掂红砖与木块的对比，把“选材”问题落在一件具体的小事上，学生凭直觉就能作答，参与门槛低；教师追问理由，把学生的注意力从“感觉结实”引向“性能证据”，为后面的比较实验与选材任务完成铺垫，达成科学思维目标中“能依据性能分析选材合理性”的要求。
讲授新课 【总起】本课以“演变—性能—选材”为主线，按“走进建筑史—认识材料—比较性能—迁移应用”四步推进。先让学生从五张图片看出一部缩微的建筑进化史，聚焦“房子为什么能长高”这一核心问题；再通过样品观察与时间轴摆卡，把建筑材料从天然材料到人造材料、再到新型材料的演变过程摆出来、说明白；然后用硬度、承重、防水、透光、导热五组比较实验获取证据；最后完成“给房子选材料”任务并讨论绿色建筑与装修安全。 环节一：情境导入·聚焦问题（约7分钟） 教师依次出示五张图片：远古洞穴、茅草屋、木质古建筑、砖瓦民居、现代摩天大楼，请学生边看边想“人类住的房子是怎样一步步长高的”。随后教师拿出一块小红砖和一块同样大小的木块，请两名学生上台掂一掂、敲一敲，问：“如果让你用这两种材料盖房子，承重墙你选哪一种？为什么？”学生大多选砖，理由集中在“砖硬、结实、不怕雨淋”。教师把学生说出的材料名称随手写在黑板上，形成一列建材清单。 师：从洞穴到摩天大楼，房子越来越高，你觉得最重要的原因是什么？生（预设）：因为人们越来越聪明，发明了新工具；因为用了更结实的材料，比如钢筋和水泥。师：追问，光有材料就够了吗？如果没有合适的材料，能不能盖出一百层的高楼？生（预设）：不能，用泥土和茅草盖不到那么高，一压就塌。师：再追问，那为什么砖、木材、玻璃、钢铁各有各的用处，不能只用一种材料盖房子？生（预设）：因为房子的不同部位需要不同的本领，墙要结实，窗户要透光，屋顶要防水。 全班分成六人小组，每组领一份建筑材料样品箱，内有小木块、小红砖块、瓦片、水泥块、亚克力片（代玻璃片）、包裹好的短钢棒、石灰石各一件。分工：组长统筹，材料员取放，记录员填写记录单，安全员提醒轻拿轻放，汇报员准备发言。教师提示：样品只能在桌面上平移取放，不抛接、不敲击、不放桌边；比较刻画时只在样品角落轻轻试划，不划伤桌面。 【知识归纳】①建筑材料是用于建造房屋、桥梁、道路等建筑物的材料，常见的有木材、砖、瓦、石灰、水泥、钢铁、玻璃、钢筋混凝土。②建筑物的不同部位对材料的要求不同，所以一栋房子往往要用好几种材料。③观察建筑材料可以从硬度、重量、表面、透光性、是否渗水等方面入手。 【评价要点】达成科学观念与探究实践目标：能说出至少六种常见建筑材料，能指出一栋房屋至少三个不同部位各用什么材料。达标证据是小组在记录单上写出六种材料名称，并完成“部位—材料”的初步连线。 环节二：探究实践一·观察样品，沿时间轴看演变（约12分钟） 材料清单：小木块、小红砖块、瓦片、水泥块、亚克力片、包裹好的短钢棒、石灰石各一件，放大镜两把，比较观察记录单一张，抹布一块。操作步骤：①用看、摸、掂、敲四步观察每种样品，看颜色与表面，摸粗糙与光滑，掂轻重，轻轻敲一敲听声音；②对照标签确认名称，把特点用两三个词记在记录单上；③每组推选一种最有意思的材料向全班介绍。记录单样式：材料名称—看起来—摸起来—掂起来—敲起来—我的发现。样例数据：红砖，看起来是暗红色、表面粗糙有小孔，摸起来硬而涩，掂起来较重，敲起来声音闷，我的发现是它结实、不怕水淋；亚克力片，看起来透明透亮，摸起来光滑，掂起来轻，敲起来声音脆，我的发现是能看见后面的物体；短钢棒，看起来是银灰色、有金属光泽，摸起来又硬又凉，掂起来最重，敲起来声音清亮，我的发现是它非常坚硬，还能弯一点都不会断。 教师请各组把七种样品分成两堆：哪些是直接取自大自然的天然材料，哪些是经过人工加工制造的人造材料。学生很快把木块、石灰石放入天然材料一类，把红砖、瓦片、水泥块、亚克力片、钢棒放入人造材料一类，教师追问每种人造材料的原料来自哪里，共同梳理出：砖瓦来自黏土，水泥来自石灰石与黏土，玻璃来自砂子，钢铁来自铁矿石。教师小结：这些材料的原料本来都是天然的，经过人工烧制、冶炼、加工才变成建材。 师：我们上一节课学过，判断天然材料和人造材料的关键是什么？生（预设）：看它是不是直接来自大自然，有没有经过人工加工制造。师：追问，那红砖的原料黏土是天然的，为什么砖算人造材料？生（预设）：因为黏土要经过成型、高温烧制才能变成砖，中间经过了人工加工。师：再追问，照这个标准，水泥、玻璃、钢铁又分别来自什么原料？生（预设）：水泥来自石灰石和黏土，玻璃来自砂子，钢铁来自铁矿石，都要经过加工，所以都是人造材料。 教师在黑板上画出一条时间轴，分远古、古代、近代、现代四段。各组把材料卡片摆到相应位置：远古放树枝、茅草、泥土、石块；古代放木材、夯土、砖瓦、石灰；近代放水泥、钢铁、玻璃；现代放钢筋混凝土、钢化玻璃、保温材料、光伏玻璃、轻质隔墙板、彩钢板、防水卷材。摆完后教师引导学生观察卡片的变化，学生自己发现三条规律：从天然材料走向人造材料，从单一材料走向复合材料，从笨重走向轻质、多能。教师追问：“为什么有了钢筋混凝土，房子才能盖到一百多层？”学生答：钢材能拉、混凝土能压，两种材料合在一起像建筑的骨骼，既抗拉又抗压，所以能撑起高楼。 【知识归纳】①建筑材料经历了从天然材料到人造材料、再到新型材料的演变。②演变规律：从天然到人造、从单一到复合、从笨重到轻质多能。③钢筋混凝土之所以能撑起高楼，是因为钢材抗拉、混凝土抗压，两者结合取长补短。④古人的智慧不逊今人，赵州桥用石拱结构、古代木构用榫卯结构，都是了不起的创造。 【评价要点】达成科学观念与科学思维目标：七种样品分类全部正确，能把材料卡片准确摆到时间轴的相应时期，并能说出至少两条演变规律。达标证据是分类结果、时间轴卡片位置和学生对“钢筋混凝土为什么能撑起高楼”的口头解释。 环节三：探究实践二·五组比较，为不同部位选材料（约14分钟） 实验一：比硬度、比承重。材料：小木块、小红砖块、亚克力片、包裹好的短钢棒、塑料片、两块支撑用的木块、若干小螺母或硬币（作重物）。硬度做法：两两互划，用甲在乙的表面轻轻划一下，再用乙在甲的表面同一位置轻轻划一下，能划出痕迹的一方更硬，把比较结果填进表格形成硬度排序。安全提示：只划样品角落，不划桌面、不划手，钢棒端头只轻碰不猛戳。承重做法：把两块支撑木块相距十厘米摆好，分别用木块、亚克力片、砖块搭在上面作小桥，桥面中间逐个放螺母，记录桥面塌下前能承受的螺母个数。预期现象：钢棒最硬，砖次之，木块再次之，塑料片和亚克力片较软；承重方面砖块最强、木块居中、亚克力片较弱。结论：硬度大、承重强的材料适合做承重墙和柱子。 实验二：比防水、比透光、比导热。材料：砖块、木块、亚克力片、钢棒、塑料片、滴管、清水、装了热水的杯子、塑料垫。防水做法：用滴管在每个样品表面各滴一滴水，静置一分钟后观察水是否渗入或留在表面，砖块和木块会把水吸进去并留下深色水痕，亚克力片和钢棒上的水珠则停在表面。透光做法：把样品依次举到眼前，看能不能看见对面的手指或窗外的景物，亚克力片透明，能清楚看见；砖、木、钢都不透光。导热做法：把装了热水的杯子分别垫在木块、塑料片、钢棒上，静置三分钟后用手背感受杯底外侧温度，或者用手分别摸一摸室温下放在桌上的钢棒和木块，钢棒明显更凉、导热更快，木块和塑料片隔热效果好。安全提示：热水由教师分发，水温不超过五十摄氏度；金属样品刚从热水边取下时不要立刻用手直接触摸。 师：如果让你给房子的承重墙、窗户、屋顶这三个部位各选一种材料，你会怎么选？生（预设）：承重墙选砖和钢筋混凝土，因为结实能承重；窗户选玻璃，因为透明能采光；屋顶选瓦片或防水卷材，因为能挡住雨水。师：追问，那为什么室内隔墙不用砖而用轻质隔墙板？生（预设）：因为室内隔墙不承重，用轻质板更轻便，施工快，还能保温隔音。师：再追问，钢棒又硬又结实，为什么我们不用钢棒做整面墙？生（预设）：因为钢太重、太贵，而且导热快、不保温，还要配其他材料一起用才合适。 预设问题与应对一：学生认为材料越新越好，古代用木头石头是落后。应对：出示赵州桥和都江堰的图片与资料，请学生想一想“这些用石头、木材建成的建筑为什么能屹立上千年”，引导学生认识到每种材料都有长处，新型材料的优势主要是更轻、更高、更多功能，而不是把旧材料全部否定。预设问题与应对二：搭小桥承重失败时，学生归咎于材料不结实。应对：引导学生先查结构，再看材料，追问“是桥面塌了还是支撑滑了”“跨度能不能再小一点”，把结构与功能的跨学科概念点到，帮助学生区分材料因素与结构因素。预设问题与应对三：学生认为玻璃和水晶一样是天然材料。应对：回顾第17课的溯源方法，出示“砂子—高温熔化—玻璃液—成型玻璃”的过程图，明确玻璃的原料天然但成品是人造材料。 变式训练1道：小明家的老平房冬冷夏热，冬天窗户缝漏风，屋顶下雨还会滴水。请你从材料的角度帮他提两条改造建议，并说出每条建议用到了材料的什么性能。参考答案与要点：第一条，把木窗换成玻璃窗或中空玻璃窗，因为玻璃透光能采光，密封性好可以挡风，中空结构还能保温隔音；第二条，屋顶加铺防水卷材或改用瓦片并加保温层，因为防水卷材不渗水、保温材料导热慢，可以解决漏水和冬冷夏热的问题。能围绕防水、透光、保温等性能作答、言之有理即可。 【知识归纳】①比较建筑材料常用五种方法：相互刻画比硬度，搭小桥放重物比承重，滴水比防水，看能否看见后面的物体比透光，摸一摸或垫热水杯比导热。②选材要按需选择：承重墙和柱子要用硬度大、承重强的砖和钢筋混凝土；窗户要用透光的玻璃；屋顶要用防水的瓦片和防水卷材；室内隔墙可用轻质隔墙板。③钢筋抗拉、混凝土抗压，结合使用是高层建筑的骨骼。 【评价要点】达成科学思维与探究实践目标：五组比较实验能按要求操作并记录数据，能根据性能证据为具体部位选材并说清理由。达标证据是比较记录单上的硬度排序、承重个数、透光与防水结果，以及“给房子选材料”任务卡上的两条理由。 环节四：迁移应用·课堂小结（约6分钟） 教师出示四组真实案例，请学生用今天学到的知识解释：①港珠澳大桥，跨海大桥要抵抗海风和海水侵蚀，桥体用了大量高强度钢材和混凝土，桩基深入海底；②中国尊等超高层建筑，用钢结构做骨架、混凝土做核心筒，还用了能承受高压的玻璃幕墙；③赵州桥，一千多年前的石拱桥，用石块砌成拱形，把桥面的压力分散传到两岸，说明前人已经懂得用结构和材料省力；④都江堰，用竹笼装卵石筑成无坝引水工程，以天然材料解决分水与排沙问题，两千多年仍在发挥作用。教师指出，从古到今，建筑材料一直在为人们的需求而改变。 教师引导学生讨论建筑材料的另一面：①建筑垃圾，拆除的旧砖、旧混凝土、旧钢筋如果随意堆放会污染环境，可以破碎后再利用做路基和再生砖；②节能建材，如保温材料、中空玻璃、太阳能光伏玻璃，能让房子冬暖夏凉、还能发电，减少能源消耗；③装修污染，一些劣质涂料、胶合板会释放甲醛等有害气体，新房装修后不能马上入住，要开窗通风、放置一段时间再搬进去；④安全提示，工地上要戴安全帽，不进入施工区域，玻璃和尖锐材料要小心搬运。教师强调：材料用得对、用得省、用得环保，才是真正的绿色建筑。 【课堂小结】这节课我们走进建筑世界，认识了木材、砖、瓦、水泥、钢铁、玻璃等常见建材，沿时间轴梳理了建筑材料从天然材料到人造材料、再到新型材料的演变，还用五组比较实验为不同部位选出了合适的材料。我们明白了：建筑的进步离不开材料的进步，选材要看性能，更要看用途。【板书生成】按“课题—常见建材—演变线索—性能方法—选材依据”的顺序逐步生成板书：先写课题“建筑材料”，再写常见建材清单；接着在时间轴上写出四个时期的代表材料与三条规律；然后在性能栏写上五种比较方法与结论；最后写上“按需选材”与“绿色建筑”，并补充一行“钢筋抗拉＋混凝土抗压＝建筑的骨骼”，由学生说、教师写。【知识归纳】①建筑材料经历了从天然材料到人造材料、再到新型材料的演变。②选材要按需选择，材料的性能要匹配建筑的部位。③建筑垃圾可以回收利用，装修后要通风换气。【评价要点】达成态度责任目标：能举例说明材料进步给生活带来的变化，能说出至少一条绿色建筑的做法。达标证据是课堂讨论中关于建筑垃圾回收与装修通风的具体建议。 【当堂检测】1.选择题：下列关于建筑材料的说法，正确的是（　）。A.木材、石料取自大自然，属于人造材料　B.玻璃来自砂子，砂子是天然的，所以玻璃是天然材料　C.钢筋混凝土既抗拉又抗压，适合建造高层建筑的骨架　D.新建的房子应该马上搬进去住，越早越好。2.材料分析题：小华的家乡要建一座新图书馆，设计师提出了三种方案：窗户用玻璃，外墙用砖和钢筋混凝土，屋顶用瓦片并加一层防水卷材。请你分别说出这三处选材用到了材料的什么性能，并解释为什么不能把整栋楼都用钢铁来建造。 参考答案与解析：1.选C。木材、石料直接取自大自然，属于天然材料；玻璃的原料砂子虽然天然，但砂子要经过高温熔化等加工才能变成玻璃，属于人造材料；新房装修后可能释放甲醛等有害气体，应通风一段时间再入住，不能马上搬入。2.窗户用玻璃是因为玻璃透光，能让室内明亮；外墙用砖和钢筋混凝土是因为砖硬度大、钢筋混凝土承重强，能支撑楼体；屋顶用瓦片和防水卷材是因为它们不渗水，能挡住雨水。整栋楼不能都用钢铁，因为钢铁太重、价格高，而且导热快、不保温，单独使用既不经济也不舒适，需要与其他材料配合使用。 本课以“演变—性能—选材”为主线，四个环节分别承担“走进建筑史—认识材料—比较性能—迁移应用”的任务。环节一用五张图片和一次掂砖体验聚焦问题；环节二用样品观察与时间轴摆卡把演变历程操作化、可视化，让学生自己发现“从天然到人造、从单一到复合”的规律，达成科学观念目标。 环节三是本课重心，五组比较实验分别指向硬度、承重、防水、透光和导热性能，每组实验都写清操作要点与安全提示，最后用“为什么不同部位用不同材料”把实验结果与建筑选材挂钩，达成科学思维与探究实践目标；其中搭小桥承重实验最能暴露学生的前概念，需要重点跟进。 环节四补充港珠澳大桥、中国尊、赵州桥、都江堰等真实案例，并讨论建筑垃圾回收、节能建材与装修污染通风，达成态度责任目标。评价以比较记录单、选材任务卡、口头理由为证据，重点看学生能否从性能说到部位、从结果说到理由。
板书设计 建筑材料 常见建材：木材、砖、瓦、石灰、水泥、钢铁、玻璃、钢筋混凝土 演变：天然材料（茅草、树枝、泥土、石块、木材） 演变：人造材料（砖瓦、石灰、水泥、钢铁、玻璃、钢筋混凝土） 演变：新型材料（轻质隔墙板、保温材料、钢化玻璃、彩钢板、防水卷材、光伏玻璃） 规律：从天然到人造、从单一到复合、从笨重到轻质多能 性能比较：硬度（相互刻画）承重（搭桥放重物）防水（滴水）透光（看物体）导热（摸与垫） 选材依据：承重墙用砖和钢筋混凝土，窗户用玻璃，屋顶要防水保温，室内用轻质材料 高楼秘密：钢材抗拉＋混凝土抗压＝建筑的骨骼 环保安全：建筑垃圾回收利用，用节能建材，装修后要通风
作业布置 基础性作业：完成活动手册“建筑材料演变”时间轴填空，按远古、古代、近代、现代四个时期各写出两种代表材料，并用一句话概括建筑材料演变的规律。 提升性作业：完成“给房子选材料”任务卡，为承重墙、窗户、屋顶三处各选一种材料，写出两条理由，说明所选材料的性能是怎样满足这个部位需要的。 拓展性作业：观察自己家或小区的一处建筑，找出三种建筑材料，猜一猜它们属于哪一时期、具有什么性能；再采访长辈“以前的房子是什么样”，记录两处变化，写一段简短的住房变化史。
教学反思 预设问题：学生容易得出“材料越新越好、老材料一无是处”的结论。改进设想：在讨论中引入赵州桥、都江堰等古代建筑案例，请学生想一想“这些用石头、木材建成的建筑为什么能屹立上千年”，引导学生理解材料各有长处，新材料的优势主要体现在更高、更轻、更多功能上。 学生真实困难：搭小桥承重实验中，有的组桥面一放重物就塌，学生把失败归结为材料不好。改进设想：引导学生先从结构上找原因，比如跨度太大、支撑点太远、桥面太薄，再对比不同材料的承重表现，帮助学生把“材料性能”和“结构设计”两个因素分开来看。 安全风险：砖块、水泥块偏重，玻璃片易碎，钢筋端头锋利。改进设想：全部改用小尺寸安全样品并把棱角打磨，玻璃片改用亚克力片代替，钢筋改用包裹好的短棒；领用与归还都由材料员负责，教师巡场时重点检查实验操作是否稳当。 评价跟进问题：选材任务中有些学生只会写“因为结实”“因为好用”，理由空泛。改进设想：提供句式支架“这个部位需要……的性能，所以选择……，因为这种材料……”，并要求至少写两条理由，一条来自实验数据、一条来自生活经验。
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