小学科学抗弯曲能力实验教案设计

一、教学背景与目标定位在小学科学课程中，“材料的抗弯曲能力”是探究结构与力的关系的核心内容。通过实验探究，学生将直观理解材料宽度、厚度对其抗弯曲能力的影响，建立“结构优化能提升承重性能”的科学认知。（一）科学概念建构学生需认识到：增加材料的宽度或厚度，都能提升其抗弯曲能力；相比宽度，厚度对提升抗弯曲能力的作用更显著。（二）实践能力发展通过设计对比实验、规范操作、记录分析数据，培养学生控制变量的科学思维，提升动手实践与合作探究能力。（三）情感态度培育在实验中养成严谨、细致的科学态度，体会“猜想—验证—结论”的探究乐趣，增强工程设计的创新意识。二、实验准备清单为确保实验高效开展，需提前准备以下材料（以4人小组为单位）：实验材料：不同规格的纸条（如宽度为1cm、2cm、3cm的相同厚度卡纸，厚度为1层、2层、4层的相同宽度A4纸）、垫圈（或螺母、积木等重量均匀的重物）、书本2本（作为支撑“桥墩”）、铅笔、实验记录单。辅助工具：直尺（测量纸条跨度）、胶带（固定多层纸条）。三、教学过程设计（一）情境导入：从生活中发现问题教师展示桥梁、房屋横梁的图片，提问：“为什么大桥的桥面下要设计粗壮的钢梁？家里的横梁为什么不是平着放而是立着放？”引发学生思考“材料的抗弯曲能力与哪些因素有关”，顺势提出核心问题：宽度和厚度，哪个对材料抗弯曲能力的影响更大？（二）实验探究：在操作中验证猜想实验一：宽度对材料抗弯曲能力的影响1.猜想与假设：小组讨论并记录猜想：“纸条越宽，能承受的垫圈数量越____（多/少）。”2.实验设计：控制变量：保持纸条厚度（1层）、跨度（两本书间距15cm）、垫圈放置位置（纸条中间）不变；改变变量：使用宽度为1cm、2cm、3cm的纸条（需提前裁剪，确保厚度、长度一致）。3.操作步骤：将书本平行放置，间距15cm作为“桥墩”；把纸条放在“桥墩”上，形成“桥面”；从中间位置逐个轻放垫圈，直到纸条接触桌面，记录垫圈数量；更换不同宽度的纸条，重复实验3次（取平均值减少误差）。4.数据记录：小组填写记录表（示例）：纸条宽度（cm）123-------------------------垫圈数量（个）实验二：厚度对材料抗弯曲能力的影响1.猜想升级：基于实验一的发现，小组猜想：“增加纸条厚度，抗弯曲能力会____（增强/减弱），且效果比增加宽度更____（明显/微弱）。”2.实验设计：控制变量：保持纸条宽度（2cm）、跨度（15cm）、垫圈放置位置不变；改变变量：使用厚度为1层、2层（用胶带粘紧）、4层的纸条（确保宽度、长度一致）。3.操作与记录：重复实验一的操作流程，记录不同厚度下的垫圈数量，对比两组实验数据。（三）数据分析：从现象中提炼规律各小组展示实验数据，教师引导学生观察：宽度实验中，垫圈数量随宽度增加如何变化？（如3cm宽的纸条承受的垫圈数远多于1cm的）厚度实验中，4层纸条的承重能力与1层相比，提升幅度是否比宽度实验更显著？结合数据，师生共同总结：材料的抗弯曲能力随宽度增加而增强；材料的抗弯曲能力随厚度增加而显著增强（厚度增加1倍，承重能力提升远超过2倍）；相比宽度，厚度对提升抗弯曲能力的作用更关键（可举例：用2层纸的承重能力，可能超过3倍宽度的单层纸）。（四）生活拓展：从科学到工程实践1.案例分析：展示瓦楞纸、桥梁横梁（立放的工字钢）的图片，提问：“这些设计如何利用了‘厚度提升抗弯曲能力’的原理？”引导学生联系实验结论，理解生活中“增加厚度（如瓦楞纸的波纹结构）比增加宽度更节省材料、更坚固”的工程智慧。2.创新挑战：布置课后任务：“用A4纸设计一座能承受最多垫圈的纸桥”，鼓励学生结合宽度、厚度的优化，尝试折叠、拼接等结构创新。四、教学反思与优化1.材料优化：若使用普通A4纸，单层与多层的厚度差异可能不够明显，可改用卡纸或增加层数（如8层），增强实验效果。2.操作规范：需强调“垫圈逐个轻放”“纸条保持水平”，避免因操作不当导致数据偏差。3.思维深化：对能力较强的学生，可引导思考“跨度大小是否会影响抗弯曲能力”，为后续探究埋下伏笔。通过本实验教案，学