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人与宇宙课程方案玉泉小学六年级一、项目背景及框架2016年2月11日，美国国家科学基金会宣布人类首次直接探测到引力波，这也是人们首次直接发现双黑洞，这两个黑洞的质量分别为26个和39个太阳的质量，互相绕转，最后合并。由此引发了人类对探索太空的新一轮热潮。在玉泉小学的科学教室里，正在打造一个为星际穿越而筹备的YQ-2016计划，负责该计划的小小科学家们正在探索宇宙和大自然的奥秘，为建造宇宙飞船以及在外太空的生活做筹备。以星际穿越的筹备为情境，提出一系列驱动性问题，在完成基本的科学活动、学习简单的科学原理的基础上，发挥想象力和创造力，完成“YQ-2016计划”的项目书。第一课：魔幻时空，观察迷幻的星际空间（实验：迷幻星空，光学）第二课：逃离地球引力，这是飞向宇宙的前提（实验：逃离地球引力，力学）第三课：探秘神奇材料，设计宇宙飞船（实验：魔沙、记忆合金、磁流体，材料科学）第四课：电，我们需要电！（实验：来自水果的电力，化学、物理）第五课：制作一辆超级星球探测车（实验：搭建小车，电学、力学）第六课：合成材料，搭建太空生态园（实验：塑料的性质，材料科学）第七课：生生不息，认识昆虫的生命周期（实验：螳螂活体观察，生物）第八课：昆虫木乃伊，永久的纪念（实验：制作昆虫标本，生物）二、课程内容【第一课】魔幻时空，观察迷幻的星际空间1. 课程目标（1）学科语文：描写星空的诗歌艺术：绘画“你的星空”、装扮你的灯廊物理：探秘光学原理，制作星空灯廊天文：与星空有关的科学知识数学：平面镜成像的几何关系（2）思维能依据平面镜呈现分析成像特点，能分析成像原因。能依据原理设计星空灯廊。（3）方法利用阅读法阅读与星空相关的诗歌。利用观察法研究平面镜成像的特点。制作并装饰星空灯廊，培养动手制作、绘图的能力方法。（4）情感通过阅读体会宇宙的浩瀚与广大，激发探索的欲望。通过光学原理的分析及星空灯廊的模拟，认识到“眼见不一定为实”，需要我们的探索来证实。体现玉泉小学：交际与合作、自律与自主、公平与公正、宽容与分享、劳动与奉献等。2. 课程形式（1）准备实验材料准备：镜子（镀膜玻璃）、橡皮泥、小灯泡电池盒（1个）、5号电池(2节)、灯泡（1个）、导线、双面胶（5条）、定制纸盒（1个）、水彩笔分工准备：根据课程内容，4个学生进行分工查找、阅读与星空有关的科普读物，了解与本活动有关的光学知识，了解与搭建一个星空灯廊有关的电学原理，在此基础上，做星空灯廊设计的初步准备。信息准备：根据课程内容和自己的角色，分头上网或书籍搜集必要的信息，筹备必要的学科知识，形成必要的学科知识背景（2）讨论学生阅读收集的诗歌，分享对于宇宙的认识。对宇宙中宇宙是黑暗的，深邃的，有一些星星就像弥漫在黑暗中的星星。教师利用星空灯廊的模拟其现象激发学生思考。（3）设计探究星空灯廊的秘密，认识其内部结构，对光学原理进行探讨。利用准备的材料设计星空灯廊的方案。（4）物化制作属于自己的星空灯廊，并对自己的灯廊进行装饰。创作你对宇宙的认识，以图画的形式表现（5）发表展示自己的灯廊，并对你的装饰创意进行分享。将你的图画进行展示。（6）后延我们生活在地球上，要完成对宇宙的探索，我们应该需要考虑哪些方面？激发思考，引发内容。【第二课】逃离地球引力，这是飞向宇宙的前提1. 课程目标（1）学科语文：阅读牛顿发现万有引力的故事。物理：地球引力、力与运动。数学：从几何的角度分析“逃离地球引力”实验装置的结构及其工作原理。天文：行星克服恒星引力的方式。历史：中外历史上人类关于飞翔的各种尝试（2）思维从下落现象认识到物理的受力，基于现象认识本质的分析批判思维。（3）方法使用观察方法认识到重力对物体的吸引作用。使用实验方法认识双锥体的运动，进而分析爬坡实验的本质。畅想真正脱离地球引力的方式。（4）情感从“向上运动”这个不同于预期的实验活动出发，调动学生好奇心和探究的兴趣。在对“实质是向下运动”的原理揭示之后，提出如何“真正逃离引力”的问题，进一步激发学生对未知领域的畅想和求知的欲望。体现玉泉小学：交际与合作、自律与自主、公平与公正、宽容与分享、劳动与奉献等。2. 课程形式（1）准备材料准备：塑料块、轨道、漏斗、双面胶等。知识准备：了解力与运动的简单知识。查询探索宇宙的相关资料。（2）讨论我们生活在地球上，要完成对宇宙的探索，我们应该需要考虑哪些方面？引发主题内容思考。以“苹果为什么会落地”的牛顿的发现讨论万有引力和力与运动。（3）设计实验搭建双椎体在平行轨道上的运动、双椎体在八字形轨道上的运动。设计可以“逃离地球引力”装置。（4）物化制作双锥体爬坡的装置。探究双锥体爬坡的装置原理重心下降。（5）发表分享双锥体爬坡的原理。（6）后延发现本质，探究能够脱离地球引力的真正方式。查阅资料，进行资料的进一步分析与应用，需要给飞船以足够的速度来逃离地球引力。【第三课】探秘神奇材料，设计宇宙飞船1. 课程目标（1）学科化学：金属等材料的性质物理：磁现象、密度等技术工程：材料的加工与设计数学：液体浸润的角度、切线等艺术：对本课涉及新型材料的各种应用进行创意想象（2）思维综合评价材料的不同用途，通过对比实验研究物质性质的思维方法。体会结构与功能的相互适应的思维方法（3）方法利用观察的方法研究记忆合金性质。利用视频、实验等方法研究磁流体，认识磁现象。利用对比实验研究不沾水的沙子。（4）情感体会材料革新所带来的巨大的利用价值，体会科学对人类的巨大作用，激发学习科学、研究科学的兴趣。体现玉泉小学：节能与环保、交际与合作、自律与自主、公平与公正、诚心与信用等。2. 课程形式（1）准备设计宇宙飞船的材料信息收集。实验材料准备：记忆合金、磁流体、不沾水的沙子。这三类材料的视频相关资料，这三类材料在实际生活中应用的资料收集。（2）讨论利用视频引发学生记忆合金、磁流体、不沾水的沙子性质的探讨。利用实验，认识记忆合金、磁流体、不沾水的沙子性质。（3）设计为这些材料找用途，设计在制作宇宙飞船时材料的重要应用。（4）物化利用材料画设计宇宙飞船的设计图，并说明设计理由。（5）发表收集材料的其他重要用途，对其可能的用途进行分析。（6）后延关注生活中神奇材料的重要用途。对多种多样材料在生活中的用途进行进一步的收集与讨论。【第四课】制作一辆超级星球探测车1. 课程目标（1）学科语文：星球探测车的相关报道阅读物理：电学、力学相关知识技术与工程：机械搭建数学：探测车结构与运动方式、速度关系的数学模型艺术：星球探测车的外观设计（2）思维通过实验方法认识电路，外显认识电路的思维方法。通过制作组装无轮小车，分析力与运动的相互关系。（3）方法通过实验方法认识电路，培养科学实验、观察、分析的方法。通过动手制作、组装小车，发展结构设计方法和动手能力。（4）情感通过对科研人员设计研发星球车的相关新闻报道，培养学生对科研工作的尊敬和向往之情。通过让学生设计星球探测车激发他们的想象力和创造热情。体现玉泉小学：交际与合作、自律与自主、公平与公正、宽容与分享、劳动与奉献等。2. 课程形式（1）准备准备星球探测车的相关资料、准备实验材料。电学基本知识的回顾。（2）讨论在星球上进行样本采集时需要探测车，对探测车的相关资料进行讨论。教师播放无轮小车视频，以此激发学生进一步探究其工作原理的思考。（3）设计从探测车所需要完成的任务出发，对探测车的功能提出设想。探究无轮小车的工作原理，对其电路进行分析探究电路，分析其运动原理，为探测车的设计提供启发。（4）物化组装我的探测车。通过对探测车的改装，分析其工作原理，进而理解离心力的作用。（5）发表在发表空间小组对所涉及的电路问题进行汇总。并对生活中的离心力现象进行收集整理汇报（6）后延查找月球探测车的工作原理，对比分析无轮小车和月球探测车。【第五课】电，我们需要电！1. 课程目标（1）学科物理：电路和电池的相关认识化学：制作水果电池，对水果电池的电力探讨生物：水果中的主要成分，及其对产生电流可能的影响艺术：将多个电池组织在一起，进行艺术创意设计语文：进行“电与现代文明”主题的相关阅读和表达（2）思维通过对水果电池现象的分析，将电路知识进行迁移应用的能力。在对水果电池原理的分析基础让认识到电能产生的主要原因是化学能的转化，体会能量转化与转移的思维方法（3）方法制作水果电池、实验观察水果电池中的电力、分析电池中原理。基于电池原理动手制作手工干电池，发展动手能力。（4）情感体会实事求是的科学精神，体会知识迁移的成就感。利用原理进行设计与制作。体现玉泉小学：节能与环保、交际与合作、宽容与分享、劳动与奉献等2. 课程形式（1）准备水果电池和自制手工电池的实验材料、生活中的电池结构的信息和实物收集。（2）讨论结合水果电池的小视频，讨论提出科学问题，聚焦水果电池的电力和原理分析。通过水果电池电路和干电池电路比对分析，分析水果电池的作用原理。（3）设计如何让水果电池产生更多的电力，设计并制作串联的水果电池。（4）物化利用水果电池的原理，制作手工干电池。（5）发表制作关于电池认识的板报版画，梳理关于电池的认识。（6）后延认识电的产生对于人类的重要意义。在太空探索中，我们需要用电力时，可以依据原理自主获得电。【第六课】合成材料，搭建太空生态园1. 课程目标（1）学科生物：生态圈、生命活动的基本条件。化学：与生命有关物质（例如水、二氧化碳等）的认识。合成材料的性质特点，物质材料科学。技术与工程：生态园的空间设计。数学：生态园结构的几何分析、材料用量的计算。语文：材料利用的利与弊资料阅读。（2）思维通过了解塑料等合成材料，能对材料进行评价。在评价中进行批判性思考。（3）方法通过收集塑料材料学习分类的思维方法。通过对塑料中微观分子的模拟理解材料的合成。（4）情感能理解科学是为人类服务的，基于需求去设计产品，进行反应。体现玉泉小学：节能与环保、交际与合作、诚心与信用、宽容与分享、劳动与奉献、生命与奋斗等。2. 课程形式（1）准备塑料的使用与降解的资料、实验材料的准备（2）讨论基于信息讨论塑料的基本性质，并对塑料在生活中的应用与分类进行讨论。（3）设计塑料的基本性质实验，硼砂果冻拌出来实验。在此基础上，学生模拟长链、网状分子形成解释塑料分子的工作原理。（4）物化在材料利用的基础上，利用“水去哪儿”的魔术，让学生理解功能性材料。（5）发表对多种多样的材料进行分析，选择和评价搭建太空生态园的合成材料（6）后延对多种多样材料在生活中的用途进行进一步的收集与讨论。体会材料对人的重要作用。【第七课】生生不息，认识昆虫的生命周期1. 课程目标（1）学科生物：认识螳螂的身体结构，各部分的功能，生命周期，以及与之相关的食物链。化学：认识生命所需基本的营养物质。艺术：观察并绘制螳螂，或进行卡通设计。技术与工程：从仿生学的角度，基于螳螂观察的启发进行技术工程设计。语文：阅读与螳螂有关的文章。（2）思维进行“结构-功能”关系的分析，发展分析思维和能力。建立生命周期模型、食物链模型，发展建模思维能力。（3）方法科学观察，比较，分析推测，建模。（4）情感认识人与自然的关系，体验和感受生命过程，激发热爱自然的情感。体现玉泉小学：交际与合作、宽容与分享、劳动与奉献、生命与奋斗等。2. 课程形式（1）准备调查常见的昆虫，写出你所知道的昆虫的名字。阅读与螳螂有关的文章，查阅与螳螂、生命周期、食物链等有关的科学知识。（2）讨论观察螳螂的身体结构，讨论各个部分的功能。用放大镜观察螳螂的眼睛，它的眼睛具有怎样的结构特点。观察并讨论螳螂的捕食机理是什么。不同成长阶段螳螂的对比。（3）设计基于对螳螂的观察，绘制螳螂的图片或卡通图。通过分析螳螂各个身体部分的功能，从“结构-功能”的角度出发，基于仿生学设想对于设计其他用具可以有哪些有用的借鉴。在此基础上，提出一个可设计的用具，制定设计方案。（4）物化将上述设计方案转化为现实。（5）发表交流讨论上述仿生学用具的设计。（6）后延观看动画片黑猫警长中与螳螂有关的内容，从科学的角度分析其中有哪些不当或错误的内容。【第八课】昆虫木乃伊，永久的纪念1. 课程目标（1）学科生物：认识蝴蝶的结构，各部分的功能。认识生物多样性。艺术：观察并绘制蝴蝶，或进行卡通设计。技术与工程：从仿生学的角度，基于蝴蝶观察的启发进行技术工程设计。语文：阅读与蝴蝶有关的文章，进行以生命活动为主题的戏剧创作与表演。（2）思维进行“结构-功能”关系的分析，发展分析思维和能力。（3）方法科学观察，比较，分析推测，建模。（4）情感认识人与自然的关系，体验和感受生命过程，激发热爱自然的情感。认识生物多样性，感受生命之美。体现玉泉小学：交际与合作、宽容与分享、劳动与奉献、生命与奋斗等。2. 课程形式（1）准备调查蝴蝶的种类，以及在地球上的分布。阅读与蝴蝶有关的文章，查阅与蝴蝶成长过程、生物多样性等有关的科学知识。（2）讨论观察蝴蝶的身体结构，讨论各个部分的功能。用放大镜观察蝴蝶的翅膀，它的翅膀具有怎样的结构特点。观察并讨论蝴蝶的寻找食物的机理是什么。不同成长阶段蝴蝶的对比。（3）设计基于对蝴蝶的观察，绘制蝴蝶的图片或卡通图。通过分析蝴蝶各个身体部分的功能，从“结构-功能”的角度出发，基于仿生学设想对于设计其他用具可以有哪些有用的借鉴。在此基础上，提出一个可设计的用具，制定设计方案。（4）物化将上述设计方案转化为现实。并融入以生命活动为主题的戏剧创作。（5）发表交流讨论上述仿生学用具的设计，生命活动为主题的戏剧表演。（6）后延拓展阅读：蝴蝶效应。三、课程案例探秘神奇材料，设计宇宙飞船注：以下仅列出核心教学任务，学生交流讨论、分享等环节略。【引入】在上一节课，我们学习了逃离地球引力的原理，现在，我们就需要设计一个宇宙飞船，带着我们逃离地球引力。任务1 体验会变形的金属在地球上，很多操作可以由人来完成，但在宇宙飞船上，很多操作，比如说张开天线，很难由人来操作，这就需要某些材料在一定条件下能够照预先设计的形状展开。你知道这样的材料么？学生活动：根据生活经验和自身已有知识回忆并讨论。其实，现在这种材料已经广泛应用于火箭、微信天线的制作了，这种材料被称为“记忆金属”或“记忆合金”。（介绍记忆金属的概念）由记忆金属制成的天线，在航天飞行的时候，可以将抛物面天线折叠起来，使其所占体积很小，装进航天飞行器中。飞行到预订轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。现在请大家拿出发给大家的实验盒，实验盒中的金属丝就是记忆金属制作而成的，现在就请大家研究这根记忆金属丝的特点。学生活动：动手实验，体会记忆金属常温弯折变形、加热后恢复原状的特性。体会了记忆金属的特点之后，你能否设计记忆金属还能用在哪些领域？为什么？学生活动：讨论并汇报记忆金属可能的用途。（引导、总结学生发言）汇报记忆金属在医疗、机械电子产品、生物医疗、建筑结构、日常生活（防烫伤阀、眼镜框架、移动电话天线和火灾检查阀门）.船舰和海底油田管道损坏，用记忆合金配件修复起来，十分方便。在一些施工不便的部位，用记忆合金制成销钉，装入孔内加热，其尾端自动分开卷曲，形成单面装配件。（视频记忆弹簧的作用各种各样的温度传感器）除了这些直接利用记忆金属记忆、超弹特性的材料之外，还可以通过一些特殊的装置，利用记忆金属将将热能转化为机械能（实现能量的转化）。（视频记忆合金制作的小轮子）总结：记忆金属是20世纪60-70年代人类成功研制的一种新型材料，他的功能和用途都还有极大的开发空间。大家还可以发挥自己的现象力，没准下一个记忆金属的用途就是你想出来的。任务2 玩转有磁性的液体除了刚刚看到的记忆合金这种神奇的材料，而设计一艘宇宙飞船所需要的材料还有很多很多，比如我们再看下一段视频。通过刚才的视频，大家应该都觉得特别好玩，特别神奇。那你能不能具体说说，这种材料神奇在什么地方。学生活动：根据生活经验和自身已有知识回忆并讨论。（引导学生关注这是一种能够通过磁力控制、甚至改变其形貌的液体）该流