吉林省小学做中学科学教育项目形状和结构单元模块

1、吉林省小学“做中学”科学教育项目形状和结构单元模块 概念图：形状结构与承受力大小条形拱形框架结构桥的结构材料的宽度、厚度与抗弯曲能力关系横切面为U、工、L形材料的抗弯曲能力拱形承重特点圆顶形、球形及生物体上弧形三角形框架稳定性特点加固框架结构的方法稳定性特点稳定不倒的形状结构特征钢索桥发展延伸应用延伸延伸应用本模块活动： 活动研究的问题学生的活动核心概念能力培养活动一条形材料抗弯曲能力与形状的关系。1.用实验的方法研究梁的抗弯曲能力与其宽度、厚度之间的关系。2.用平展的纸梁和折成钢材形状的纸梁做实验来研究形状与抗弯曲能力的关系。增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力

2、。改变材料的形状，可以改变材料的抗弯曲能力。识别和控制变量，记录数据，分析数据并得出合理结论。能够大胆假设又能在实验中小心求证。活动二拱形承受力的特点测试纸拱的承重能力。根据拱形的变化分析力的作用，认识到拱形承受压力的特点。拱形可以向下和向外传递承受的压力，所以能够承受很大的压力。用已有知识对常见弧形结构承受力的特点作解释。发展观察、联想和逻辑推理能力。活动三框架结构的特点通过动手做，让学生灵活应用知识，体验框架的作用。三角形框架具有稳定性，利用三角形框架可以加固框架结构。上小下大、上轻下重的物体稳定性好。用三角形框架来加固框架结构。用简单材料独立地探究物体不容易倒的秘密。活动四认识桥多姿多彩

3、的形状和结构收集桥的图片和资料，观察研究我们家乡的桥桥梁有多种不同结构，有的桥梁把多种结构合为一体。桥的形状和结构与它的功能是相适应的。提高观察、比较、描述和评价的能力。活动五设计制作桥在规定时间里（比如20分钟），用纸造一座有一定大小和载重能力的桥。设计和建造桥需要综合考虑许多因素，如造桥的要求，材料的特性和数量、形状和结构等。学生们在经历设计、制作和交流评价的过程中，能够发展诸方面的素养。第1课 抵抗弯曲教学目的：这节课为学生介绍以下的科学概念：房屋和桥梁结构中有“梁”和“柱”，梁比柱容易弯曲。增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力。学习成果：预计学生将能够：认

4、识到“梁”和“柱”的重要性。增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力。认识到厚度比宽度更能提高梁的抗弯曲能力。能操作好控制变量的对比实验。学习成果评价：概念发展：层次1：学生没有观察注意过房屋和桥梁的“梁”和“柱”。层次2：学生观察过梁和柱，知道梁和柱重要性。层次3：学生认识到“梁”和“柱”的重要性。知道增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力，认识到厚度比宽度更能提高梁的抗弯曲能力。探究能力：层次1：实验中对实验变量的控制考虑的不够全面，如：纸横梁架空的长度相同等。层次2：学生能操作识别和控制变量的对比实验，能记录数据，但不能分析数据得出结

5、论。层次3：在正确实验操作后能分析数据得出正确结论。教学准备：给每个小组准备：长度、宽度相同、厚度不同的纸条（相同的卡纸粘贴而成1张、2张、4张），长度、厚度相同、宽度不同的纸条（1倍宽、2倍宽、4倍宽）；垫圈；竹片或尺子；记录表。教学过程：一、集中话题1、出示：房屋和桥梁的横梁和柱子有关图片。2、观察：交流，认识梁和柱的重要性，房屋和桥梁都是依靠梁和柱支撑的。（可以用板凳来比喻柱和梁，用板凳来比喻房子和桥梁，学生就容易理解房子和桥梁结构的共同点了，因为它们在结构上都和板凳是类似的。）3、提出：研究的对象是什么样的“梁”抗弯曲能力强？二、探索与调查活动一：纸的宽度与抗弯曲能力1、用纸做横梁，测

6、试纸的宽窄度如何影响抗弯曲能力（用垫圈去测试）2、问学生在实验中有什么样的发现？（了解学生初始想法）3、你们能够拿出一定的数据来说服大家吗？想弄清楚这个问题吗？那就需要我们进一步深入的进行研究。4、再次实验，完善方案。我们要怎样做才能比较的时候是公平的？记录些什么数据？怎样架起这个“横梁”？（架空的距离不变的）（中间接触到桌面作为弯曲的标准，用垫圈的个数表示纸的抗弯曲能力）每次的宽度要增加多少？（成倍的改变，容易看出规律）5、学生实验研究，记录数据，分析数据得出结论。活动二：纸的厚度与抗弯曲能力（可参看活动一）活动三：横梁平放还是立放好学生可以用冰棍木片、塑料尺子自行实验证明。小组实验记录单：

7、纸的宽度与抗弯曲能力测试记录纸的宽度（以最窄的为标准）1倍宽2倍宽3倍宽抗弯曲能力的大小纸的厚度与抗弯曲能力测试记录纸的厚度（以粘在一起张数计算）123抗弯曲能力的大小回顾解释：1、 分析数据，得出怎样可以增加“梁”的抗弯曲能力？2、“梁”和“柱”有什么重要性？3、横截面是长方形的横梁为什么都是立着安放的？4、回家搜集并观察“包装箱瓦楞纸板”，思考：为什么包装箱要用它？有什么好处？第2课 形状与抗弯曲能力教学目的：这节课为学生介绍以下的科学概念：改变材料的形状，可以改变材料的抗弯曲能力。学习成果：预计学生将能够：知道改变材料的形状就可以改变材料的抗弯曲能力。能操作好纸的形状与抗弯曲能力关系的实

8、验，并给予合理解释和提出问题。学习成果评价：概念发展：层次1：学生没有注意过形状，不了解不同形状与抗弯曲能力的关系。层次2：学生观察过不同形状的物体，知道不同形状结构具有不同的抗弯曲能力。层次3：学生认识到形状与抗弯曲能力之间所存在的关系，知道改变物体的形状可以改变其抗弯曲能力。理解了改变形状实际上都是减少了材料的宽度，增加了材料的厚度。探究能力：层次1：实验中对实验变量的控制考虑的不够全面。层次2：学生能操作好改变形状与抗弯曲能力的实验，能记录数据，分析数据得出结论。层次3：能根据得出的结论对瓦楞纸板的结构作出解释。教学准备：给每个小组准备：实验用的大小相同的纸若干张、铁垫圈、胶水、包装箱瓦

9、楞纸板。教学过程：一、集中话题通过上节课的学习我们知道增加物体的厚度可以明显地加强材料的抗弯曲能力，但这样就要增加材料的用量。同学们还能为工程师想想其它的办法吗？二、探索与调查活动一、观察钢材或铝材的不同横截面的形状。思考：这些不同的形状与抗弯曲能力有关系吗？活动二：研究形状与抗弯曲能力的关系1、 提供纸张、胶水、垫圈等材料。2、要求：不改变纸的长度，把纸折成不同形状，预测并实际测试它们的抗弯曲能力。3、小组实测：折成各种形状的纸横梁测量抗弯曲能力，并记录数据。活动三：瓦楞纸板的研究1、观察瓦楞纸板，并可以用手掰感觉其软硬。2、说明设计的理由。3、认识瓦楞纸板抗弯曲能力强的原因。小组实验记录单

10、纸的形状与抗弯曲能力的测试形状。抗弯曲能力课外延伸1、以小组为单位，课下搜集塑钢窗、铝合金等边角余料，感受他们的结实程度。2、关于瓦楞纸板你们还有什么问题吗？第3课 拱形的力量教学目的：这节课为学生介绍以下的科学概念：拱形可以向下和向外传递承受的压力，所以能够承受很大的压力。学习成果：预计学生将能够：理解拱形可以向下和向外传递受到的压力，所以能够承受很大的压力。学习成果评价：概念发展：层次1：学生见到过拱形，但不理解其为什么能承受那么大的力。层次2：学生见到过拱形，理解拱形可以向下和向外传递受到的压力，所以能够承受很大的压力。探究能力：层次1：观察常见的拱形，产生问题。层次2：探究实验，看到拱

11、形产生形变。层次3：根据现象，推想受力状况，能清楚的解释自己的想法。教学准备：给每个小组准备：做拱形的纸，铁垫圈若干，搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。教学过程：一、集中话题1、让学生看一些拱桥的图片。2、问：为什么桥要做成拱形，特别是在古代，材料还不是很多，强度也不是很好的年代。其原因在那里？3、学生用一张纸测试能承受多重的力？（可放垫圈）二、探索与调查活动一：测试拱形的承重能力1、做一个纸拱，试试它能承受多大的压力？2、调查：每个小组能承受多少个垫圈？（前概念的调查）3、怎样让你的纸拱承受更大的力？（再思考）提出意见：用书抵住拱足，再测试。有什么发现？（希望学生发现：随着压力变大，拱开始变形）3、小组

12、使纸拱形状保持不变，纸拱承载更大的重量。（两边的书摞的高一些）4、根据拱形的变化分析力的作用，认识拱形承受压力的特点。活动二：搭个瓜皮拱1、小组搭个瓜皮拱，抵住拱足，测试可以放多少重物。2、小结：解释不垮的原因。瓜皮每个小块就是一个小拱形，拱形承载重量时，把压力向下、向外传递给相邻的部分，各部分相互挤压，结合更紧密，地主这个外推力就会承受很大的重量。课外延伸：搜集我国赵州桥石拱的构造和特点方面的资料，感受拱形能承受更大的力，同时感受我们古代劳动人民的聪明才智。第4课 找拱形教学目的：这节课为学生介绍以下的科学概念：圆顶形、球形等有和拱形相似的特点，可以承受很大的压力。学习成果：了解圆顶形和球形

13、的承重特点。观察分析塑料饮料瓶形状结构的设计。了解生物体中的拱形结构。学习成果评价：概念发展：层次1：学生不明白关于拱形的任何特征；层次2：学生知道拱形的部分特征，了解圆顶形、球形和拱形的特点；层次3：学生知道圆顶形、球形等有和拱形相似的特点，可以承受很大的压力。探究能力：层次1：学生认识常见的弧形，能够观察出弧形的特点，但是对常见弧形结构承受力的特点作解释出现困难。层次2：学生能够运用已有知识对常见弧形结构承受力的特点进行合理的联想。层次3：学生能够运用逻辑推理能力解释常见弧形结构承受力的特点。教学准备：为小组准备：完整的和对半剖开的乒乓球，完整的和剪开的塑料饮料瓶。教师自己准备：类似拱形、

14、圆顶形和球形的物品或相关图片，若干根相同的硬纸条（演示拱形拼成圆顶形和球形）。教学过程：一、集中话题1、出示一些圆顶形建筑物的图片和乒乓球。2、思考：它们和拱形有没有关系呢？有什么关系呢？二、探索与调查活动一：认识圆顶形、球形承受力的特点1、活动与思考：给学生剖开乒乓球三半，放在桌子上，试试可以承受几本书的压力？为什么能承受这么大的力？2、小结：半圆形可以看成几个相同的拱形拼成的。4、活动与思考：几个人手牵手围成一个圆圈，每个人都向外退（每个人相当与一个拱的拱足）能退开吗？5、小结：球形可以看成是若干个拱形的组合，球形在各个方向上都是拱形，球形的任何一个地方受力，力都可以向四周均匀地分散开来，

15、所以，球形比任何形状都更坚固。6、学生举一些类似拱形的形状以扩展拱形的概念。（如：悉尼歌剧院、中国国家大剧院等建筑）活动二：观察塑料饮料瓶的结构特点1、活动与思考：小组内观察塑料瓶承受力的情况，填写记录表。（比较观察、分部分观察、用手捏观察）2、分析提升认识。（上部是圆顶形，中部瓶身是圆柱形，表面有环状的拱形。底部一般是向内凹进去，类似圆顶形。这些都与瓶子承受力的需要有关。）活动三：生物体中的拱形结构。1、课件出示：头骨、肋骨、足弓等图片。2、小组观察分析这些生物体中的拱形有什么好的作用？交流。3、小结：头骨近似球形，可以更好的保护大脑；拱形的肋骨护卫着胸腔中的内脏；人的足骨构成的拱形足弓，可

16、以更好地承载人体的重量。小组实验记录单塑料饮料瓶的观察记录表上部中部底部形状最厚的地方最薄的地方最硬的地方最软的地方回顾与解释：1、拱形建筑有什么好处？2、其他生物体有没有拱形的结构呢？（龟壳、贝壳等）这些形状对动物自身有什么意义？3、课后搜集圆顶形和球形等在建筑方面应用的图片资料。4、搜集筷子或塑料吸管，橡皮筋等材料。第5课 做框架教学目的这节课为学生介绍以下的科学概念：三角形框架具有稳定性，利用三角形框架可以加固框架结构。学习成果预计学生将能够：制作简单框架和一个坚固的正方体框架。学习成果评价概念发展：层次1：学生不明白框架的特点；层次2：知道三角形框架具有稳定性；层次3：知道利用三角形框

17、架可以加固框架结构。探究能力：层次1：认识框架，但不会制作框架；层次2：能够制作简单的框架；层次3：学生能够利用三角形框架的稳定性做一个坚固的正方体框架。教学材料为小组准备：筷子或塑料吸管、橡皮筋、剪子。教师自己准备：框架结构建筑的图片或影像。活动过程一、集中话题出示各种框架结构的图片(可选视频材料)二、探索与调查活动一：观察框架结构1、从身边的物体中找出框架结构。2、 发现框架结构的共同特点。活动二：制作简单框架1、学生以小组为单位用3到4根筷子制作不同的框架。2、小组比较观察不同形状的框架受到力时有什么不同。（什么样的易变形，什么样的不易变形。）3、全班总结：三角形的框架不易变形。4、试着

18、给长方形框架加固，分析大框架结构的“小格子”一般是什么形状？为什么？活动三：做一个坚固的正方体框架1、小组为单位用多根筷子（尽量少的筷子）制作一个坚固的正方体框架。2、说说自己的制作原理，分析受力情况。3、改进设计制作。4、比一比哪个小组的框架既节省材料，受力又大。（用教科书测试）5、总结框架结构的好处。课外延伸1、课下再制作一个既省材料又能承受很大压力的框架。2、搜集框架的应用之一：埃菲尔铁塔相关资料。第6课 建高塔教学目的这节课为学生介绍以下的科学概念：上小下大、上轻下重的物体稳定性好。学习成果预计学生能够：知道高塔不容易倒的秘密，应用这个知识和自己的经验制作不容易倒的“高塔”。学习成果评

19、价概念发展：层次1：学生能初步认识上小下大、上轻下重的物体不容易倒层次2：学生能过理解高塔不倒的原因层次3：学生能过理解高塔不倒的原因并能应用这个知识制作高塔探究能力：层次1：学生自己能建高塔，但不稳固层次2：学生自己能建高塔，比较稳固，加斜梁的位置找的不准确层次3：学生自己能建高塔，非常稳固，知道在哪加斜梁教学材料为小组准备：几个大小不同的塑料瓶、沙、吸管、胶带、水。活动过程一、集中话题出示关于塔的图片资料，让学生感受到塔的神奇与生活中的具大作用。提出问题：这样高大的塔要承受哪些方面力的作用呢？观察这些铁塔，它们在形状和结构上有什么相同的地方？二、探索与调查活动一：研究物体不容易倒的秘密1、

20、观图提出问题。2、学生自己实验，研究出怎样不容易倒。活动二：建造不容易倒的“高塔”1、学生利用刚研究的原理建“高塔”。2、用扇风的方法检验建造的“高塔”的抗风能力。3、认识框架结构的物体抗风能力比实体的物体强。活动三：铁塔不容易倒的再思考结果与先前的猜想比较，学生加深对框架铁塔稳定性特点的认识。实验记录表不容易倒的“高塔”实验设计方案所需材料制作步骤草图课外延伸搜集有关“鸟巢”的相关资料，理解框架结构的特点。第7课 桥的形状和结构教学目的这节课为学生介绍以下的科学概念：桥梁有多种不同结构，有的桥梁把多种结构合为一体。桥的形状和结构与它的功能是相适应的。学习成果预计学生将能够：了解不同拱桥的特点

21、；认识一种新的结构的桥（拉索结构）；能够主动去观察研究我们家乡的桥。学习成果评价概念发展：层次1：桥梁有多种不同的结构，有的桥梁把多种结构合为一体。层次2：桥的形状和结构与它的功能是相适应的。探究能力：层次1：提高观察、比较、描述和评价的能力。层次2：“观察研究我们家乡的桥”为有条件的学校提供一个学生自主研究的好课题。教学材料为小组准备：吸管或竹片、粗线。为全班准备：木板或瓦楞纸板、绳子。教师自己准备：各种桥梁的图片或影像资料。活动过程一、集中话题我国著名桥梁专家茅以升说过：“桥梁是一种自古有之，最普遍而又最特殊的建筑物。”二、探索与调查活动一：各式各样的拱桥1、观察四种不同的拱桥。2、找出它

22、们的相同之处和不同之处和各自的优点所在。3、模拟实验：用木棍做一个拱，然后两个做对比，看是那一个面的受力更大。4、认识：桥面在拱下方的拱桥，桥面可以拉住拱足，抵消拱产生的向外的推力。桥面被水平方向的力拉紧，还增加了桥面的抗弯曲能力。活动二：大跨度的钢索桥1、观察拉索桥，它们的受力部分主要是哪些？（学生说出自己的观察结果和想法）2、实验：模拟做一个拉索桥（这个由老师做演示实验）在实验中学生边观察边思考问题，当演示完成后回答。（1） 两人同时用力拉绳把“桥”吊起来。我们朝什么方向用力？（2） 把绳子拉平直些，再拉平直些，感觉用力有什么变化？回顾解释、生成问题1、回忆我们认识哪几种桥？应用了什么原理？为什么在不同的地点要建造不同结构的桥？2、各有什么优点，有什么不足。课外延伸1、搜集有关各种桥的资料和图片。2、