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文档简介
小学科学“用纸造一座桥”实验设计“用纸造一座桥”是小学科学课程中一项极具趣味性与探究性的经典实验活动。它不仅能让学生在动手实践中直观感受结构与力的关系,更能培养其工程设计思维、创新能力与团队协作精神。本设计旨在提供一个专业、严谨且易于操作的实验方案,引导学生经历从设计到制作、从测试到改进的完整工程体验。一、实验背景与目的桥梁是生活中常见的交通设施,其形态各异,功能强大。本实验通过限定使用纸张这一常见且看似“柔弱”的材料,挑战学生建造一座能够承重的“桥”,从而激发学生对结构工程的好奇心和探究欲。实验目的:1.知识与技能:初步了解桥梁的基本结构(如桥面、桥墩、梁、拱等);通过实践探索不同纸桥结构的承重能力差异;学习使用简单工具进行测量、裁剪和连接。2.过程与方法:经历“明确任务-设计方案-动手制作-测试改进”的工程设计基本流程;学习观察、比较、分析,并尝试对实验结果进行解释。3.情感态度与价值观:培养动手实践能力和解决问题的能力;激发对科学和工程的兴趣;培养创新精神、合作意识和严谨细致的科学态度。二、实验对象小学中高年级(3-6年级)学生,可根据年级不同调整探究的深度和操作难度。三、实验材料准备基础材料(每组):*纸张:A4打印纸或卡纸若干张(数量可限定,如10张以内,增加挑战性)。*辅助工具:剪刀(儿童安全型)、胶水或胶带(双面胶、透明胶)、直尺或三角板。*桥墩:两个相同高度的支撑物(如书本、文具盒、积木块,确保稳固且高度一致,桥墩间距可预设,如15-20厘米)。*测试重物:小硬币、回形针、钥匙、小砝码等质量均一的小物件(用于测试桥的承重能力)。*其他:铅笔(用于设计草图和标记)、记录纸(可选,用于记录设计方案和测试结果)。教师准备:*不同类型桥梁的图片或模型(如梁桥、拱桥、桁架桥、斜拉桥等)。*示范用材料和工具。*较大的测试重物(可选,用于展示极限承重,但需注意安全)。*清洁工具。四、实验时间1-2课时(约40-80分钟,含讨论、设计、制作、测试与总结)。五、实验步骤与指导(一)明确任务与安全提示(约5分钟)1.情境引入:教师可通过提问(如“我们见过哪些桥?”“桥有什么作用?”)或展示桥梁图片、视频,引出活动主题。提出挑战:“今天我们要用普通的纸张,在两个桥墩之间造一座桥,看看谁造的桥能承受更多的重量。”2.明确要求:*桥面必须连接两个桥墩,悬空部分为有效桥面。*桥必须能至少承受自身重量,不倒塌。*在规定时间内完成设计与制作。*测试时,重物应轻放在桥面中央或均匀放置。3.安全提示:强调正确使用剪刀,避免尖锐物品划伤;胶水/胶带使用后及时盖好盖子;测试时注意观察,防止重物坠落砸伤手。(二)设计与规划(约10-15分钟)1.分组讨论:将学生分成4-6人的小组,鼓励他们先讨论:*我们想造一座什么样的桥?(引导学生回忆见过的桥型,或教师适当展示几种基本桥型图片供参考)*桥面用什么形状?(平面、拱形、波浪形、三角形结构等)*如何让纸更“强壮”?(折叠、卷曲、剪切、粘贴组合等方法)*需要用到哪些材料?怎么分配?2.绘制设计图:引导学生将讨论出的想法用简单的草图绘制下来,标注主要结构和所用材料(纸张数量等)。教师巡回指导,鼓励创新,对不合理的设计提出修改建议。(三)动手制作(约20-30分钟)1.材料分发:根据各小组的设计方案,分发或让学生自取所需材料。2.精心制作:学生按照设计图开始制作纸桥。教师巡回指导,关注以下几点:*鼓励学生大胆尝试,同时提醒他们注意结构的对称性和连接的牢固性。*指导学生合理利用纸张,思考如何通过改变纸的形状(如折成瓦楞状、卷成圆筒、做成桁架结构)来增强其承重能力。*提醒学生注意时间,合理安排制作进度。*强调小组内的分工与合作。(四)测试与改进(约15-20分钟)1.搭建与调试:各小组将制作好的纸桥小心地架在两个桥墩上,确保放置平稳。2.承重测试:*初步测试:先轻轻放置少量重物在桥面中央,观察桥是否稳固。*逐步加载:然后逐个或逐批(如每次加5个硬币)向桥面添加重物,每次添加后观察桥面和桥身的变化(是否弯曲、变形、倒塌)。*记录数据:记录纸桥所能承受的最大重物数量或总质量(如果条件允许)。建议用“能承受X个硬币的重量”或“在放上第Y个硬币时倒塌”来描述。3.分析与改进:*测试后,引导学生观察自己小组和其他小组的纸桥:“我们的桥哪里做得好?哪里需要改进?”“其他小组的桥有哪些值得我们学习的设计?”*如果时间允许,可让学生根据测试结果和观察到的问题,对纸桥进行简单的加固或修改,再次测试,体验改进的乐趣和意义。六、实验现象与讨论1.现象观察:*不同结构的纸桥,其承重能力有明显差异。例如,简单平铺的纸桥承重能力较弱,而经过折叠、卷曲或组合成特定形状(如拱形、三角形桁架)的纸桥承重能力显著增强。*桥面的宽度、厚度(层数),以及与桥墩连接的牢固程度,都会影响纸桥的承重。*重物放置的位置也可能影响结果,通常中央承重能力最低。2.引导讨论:*结构与力:“为什么把纸折成波浪形(或圆筒形、三角形)后能承受更重的东西?”(引导学生思考形状改变如何分散力、增强结构稳定性,初步感知“薄壳结构”、“三角形稳定性”等原理,但无需深入讲解术语)。*材料的“变身”:“同样是纸,为什么不同的处理方式会让它‘变强壮’?”*设计的重要性:“一个好的设计对成功有什么帮助?”*团队合作:“在制作过程中,小组合作给我们带来了什么?”七、实验结论与拓展结论(引导学生总结):*通过改变纸张的形状和结构,可以显著提高纸桥的承重能力。*三角形、拱形、圆筒形、波浪形等结构在承重方面具有优势。*稳固的连接和合理的设计是建造一座“强壮”纸桥的关键。拓展延伸:1.探索不同变量:如果条件允许,可以引导学生探究单一变量对纸桥承重的影响,如:*不同种类的纸(报纸、卡纸、皱纹纸)对承重能力的影响。*桥墩间距变化对纸桥承重能力的影响。*桥面宽度变化对承重能力的影响。2.桥梁博览会:举办班级“纸桥博览会”,展示各小组的作品、设计图和测试结果,进行交流评比。3.桥梁工程师:介绍现实生活中著名的桥梁及其设计师,鼓励学生了解更多桥梁知识,畅想未来的桥梁。4.环保议题:讨论桥梁建设与材料选择、环境保护的关系。八、评价建议*过程性评价:关注学生在设计、制作、讨论、合作等环节的参与度和表现。*成果性评价:纸桥的创意性、结构合理性、承重能力。*发展性评价:学生在实验过程中的发现、提问能力以及解决问题的尝试。*鼓励为主,肯定学生的每一个创意和努力。九、教师提示与注意事项*安全第一:强调剪刀等工具的安全使用,防止纸张边缘划伤。测试重物时注意下方不要有人员,防止坠落砸伤。*材料管理:引导学生节约用纸,合理规划材料使用。*鼓励创新:对于学生新颖的、与众不同的设计,要给予积极的肯定和鼓励,即使其承重能力未必最强。*关注差异:对动手能力稍弱的学生或小组,教师应给予更多的具体指导和帮助。*强调过程:实验的重点在于学生的参与过程和探究体验,而非
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