探秘“度量衡”：从传统杆秤到现代称重（五年级下册综合实践活动教学设计）

探秘“度量衡”：从传统杆秤到现代称重（五年级下册综合实践活动教学设计）一、教学内容分析  本课归属于小学综合实践活动课程五年级下册“技术设计与应用”领域，并深度融入了数学、科学、工程等跨学科元素。依据《中小学综合实践活动课程指导纲要》，本课旨在引导学生通过“考察探究”与“设计制作”相结合的方式，亲历发现问题、动手实践、物化成果的全过程。从知识技能图谱看，核心在于理解杠杆平衡原理这一科学概念，掌握杆秤结构与工作原理，并运用数学的比例关系（刻度等分）进行简单计算与设计，构成连接物理原理与技术应用的认知桥梁。在过程方法路径上，本课强调“做中学”与“思中学”，将科学探究中的“提出问题猜想假设实验验证得出结论”流程，与技术工程中的“需求分析方案设计模型制作测试优化”流程有机融合，培养学生系统化解决问题的思维习惯。其素养价值渗透则指向多个维度：在探究杠杆平衡中培育理性求实的科学精神；在制作、校准杆秤中锤炼精益求精的工匠态度与工程思维；在追溯度量衡历史、对比古今称重技术中，感悟科技发展与社会文明的互动，增强文化理解与创新意识。  基于“以学定教”原则进行学情诊断：五年级学生已具备初步的动手操作与合作学习能力，在数学学习中接触过等分与比例，在科学课中对杠杆有模糊的生活感知（如跷跷板），但将抽象原理转化为具体技术产品（刻度精准的秤）存在显著认知跨度。主要障碍可能在于：难以自主建立“权”“物”“距”三者的定量关系模型；在刻度划分时，易混淆物理上的“等臂”与数学上的“等分”。因此，教学需铺设具体到抽象的阶梯。过程评估设计为：通过导入环节的“前测”问题探测前概念；在新授环节，通过观察小组讨论焦点、操作卡点进行动态诊断。教学调适策略上，将为理解力较弱的学生提供“杠杆平衡探究记录表”作为思维脚手架，为动手能力强的学生设置“精度挑战”拓展任务，实现差异化支持。二、教学目标  知识目标：学生能够解释杆秤利用杠杆平衡原理称重的基本工作机制，准确描述其“秤杆、提纽、秤盘、秤砣（权）”等核心部件的功能，并能用“力臂与重量成反比”的关系，定性说明秤砣位置与所称物体重量之间的关系，建构起从物理原理到工具应用的初步知识结构。  能力目标：学生能够以小组合作形式，参照设计图，使用给定材料成功组装一杆简易杆秤模型，并能通过调试使其实现基本称重功能；进一步，能够依据测试数据，反思制作过程中的误差来源，并提出至少一条改进设想，完成从模仿制作到初步优化设计的进阶。  情感态度与价值观目标：在小组协作探究与制作中，学生能主动承担角色任务，积极倾听同伴意见，共同面对并尝试解决技术难题，体验团队合作的价值与乐趣；通过了解杆秤所蕴含的“公平公正”文化意象，初步树立诚信意识与社会责任感。  科学（学科）思维目标：重点发展学生的模型建构与技术优化思维。通过将实际的杆秤抽象为杠杆模型进行分析，再将原理模型转化为可操作的实物模型，经历完整的“具体—抽象—具体”思维过程；在测试校准环节，引导学生像工程师一样思考，基于测试反馈进行迭代优化。  评价与元认知目标：引导学生依据简易量规（如：结构完整、能测准12个已知重物）对自制杆秤进行自评与互评；在课堂小结时，能够回顾并简述“从原理到产品”的关键步骤，反思“哪一步最具挑战以及是如何克服的”，提升对学习过程的管理与监控能力。三、教学重点与难点  教学重点：理解杠杆平衡原理在杆秤中的具体应用，并完成简易杆秤的制作。此重点的确立，源于其在《纲要》中体现了“运用跨学科知识解决真实问题”的核心要求，是连接科学原理认知与技术工程实践的关键枢纽。掌握此重点，不仅为理解更多简单机械奠定基础，更是培养学生“知行合一”实践能力的核心落脚点。  教学难点：难点在于引导学生自主探究并建立“权”的重量与“物”的重量之间的等量关系模型，并据此进行准确的刻度划分。其成因在于，学生需要跨越从定性感知（哪边重）到定量分析（多重对应多远）的思维鸿沟，并需综合运用数学比例知识解决物理问题。预设依据来自学生常见错误：容易认为秤砣位置与物体重量是简单的线性相加关系，而非反比例关系。突破方向在于设计循序渐进的探究任务，通过记录多组数据，引导发现规律。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含杆秤结构图、杠杆原理动画、度量衡发展简史视频）；标准杆秤（实物）、电子秤（实物）；示范用大型杠杆模型。1.2实验材料包（每组一套）：长筷子（作秤杆）、棉线、一次性塑料杯（作秤盘）、螺母或橡皮泥（作秤砣“权”）、钩码（若干，作标准重物）、定位标签贴（作刻度）、剪刀、直尺。1.3学习支持材料：《杠杆平衡探究记录表》、《杆秤制作与测试任务单》、分层任务卡。2.学生准备  预习了解生活中常见的称重工具；携带一件小型、可称重的个人物品（如橡皮、文具盒）。3.环境布置  教室布置为6个合作学习岛，岛内呈马蹄形，便于讨论与操作；准备大幅海报纸用于张贴各组探究结论。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题提出：“同学们，我们先来个小竞猜：一斤铁和一斤棉花，哪个更重？”（学生笑答“一样重”）“那如果蒙上眼睛，单凭手感，你能准确判断出手中物体是一斤还是八两吗？古人没有电子秤，他们是如何做到公平交易的呢？”（出示杆秤实物）“看，这就是我们祖先智慧的结晶——杆秤。今天，我们就要化身小小‘衡器工程师’，揭开它称重的秘密，并亲手制作一杆！”2.建立联系与路径明晰：（播放简短度量衡发展视频）“从‘权衡’这个词，就能看出秤的重要性。它关乎公平，也蕴含科学。本节课，我们将沿着‘探原理—明结构—动手做—细校准’的路线图，完成挑战。先想想，杆秤凭什么能称出重量？它和你玩过的跷跷板有什么相似之处？”（唤醒旧知，指向杠杆原理）。第二、新授环节  本环节采用支架式教学，通过一系列递进任务，引导学生主动建构知识。任务一：解构杆秤——认识“衡”之器1.教师活动：首先展示实物杆秤，邀请学生上台尝试称一下自己的文具盒。“别急，在称之前，我们先来当一回‘产品观察员’。请大家仔细观察，一杆秤主要由哪几部分组成？每一部分可能起什么作用？”教师引导学生有序观察，并用课件放大关键部件。随后，给出标准名称：秤杆、提纽（支点）、秤钩/秤盘（重点）、秤砣（力点，古称“权”）。提问：“猜猜看，为什么秤砣又叫‘权’？‘权衡’一词从这里能获得什么新理解？”2.学生活动：观察实物与课件，触摸、尝试提起杆秤，直观感受各部件。小组讨论各部分功能，并进行初步推测和命名。思考“权”的含义，并与“衡”字关联。3.即时评价标准：1.观察是否全面、有序。2.能否将部件名称与其实际功能进行合理关联推测。3.在讨论“权衡”时，能否表达出“平衡”“标准”“权力”等关联理解。4.形成知识、思维、方法清单：★核心部件与功能：秤杆（承载刻度）、提纽（支点，决定杠杆类型）、秤盘（悬挂待称物，受力点）、秤砣（可移动的“权”，提供标准重量）。认识工具是工程实践的第一步。▲文化意象：“权”不仅指秤砣，更引申为标准、力量；“衡”指秤杆，意为平衡、衡量。“权衡”合用，寓意衡量利弊以求平衡，富含哲理。★观察与推测方法：认识一种陌生工具，可从整体到局部进行有序观察，并根据结构猜想功能，这是科学探究的起点。任务二：探究奥秘——揭示“衡”之理1.教师活动：“认识了结构，关键问题来了：它到底怎么称出重量的？让我们回到熟悉的跷跷板。”出示杠杆模型，回顾“两边重量相等、距离支点也相等时，跷跷板平衡”。“但如果一个大孩子和一个小孩子想一起玩平衡，该怎么办？”引出“重的一方坐近点，轻的一方坐远点”的生活经验。提出驱动性问题：“在杆秤上，秤盘位置（重点）固定，秤砣（权）移动。那么，物体越重，秤砣应该向哪边移动才能平衡？移动的距离和物体的重量有什么关系？”分发《杠杆平衡探究记录表》，指导学生利用简易杠杆装置（尺子、支点、固定重物作“权”，移动钩码作“物”）进行模拟实验，记录多组“物重”与“权到支点距离”的数据。2.学生活动：以小组为单位进行实验探究。固定“权”的重量不变，改变“物”的重量，移动“权”的位置直至平衡，测量并记录距离。尝试从数据中寻找规律。3.即时评价标准：1.实验操作是否规范（平稳释放、准确读数）。2.小组是否进行了有效分工（操作员、记录员、汇报员）。3.记录的数据是否准确、完整。4.能否从数据趋势中初步归纳出“物越重，权需离支点越远”的定性关系。4.形成知识、思维、方法清单：★杠杆平衡条件（定性）：在动力臂×动力=阻力臂×阻力的公式基础上，针对杆秤这一具体应用，得出：当“权”重不变时，所称物体越重，秤砣（权）就需要离提纽（支点）越远，杠杆才能平衡。这是刻度的理论基础。★变量控制实验思想：本次探究中，“权”的重量是常量，“物”的重量是自变量，“权到支点的距离”是因变量。明确变量是进行科学探究的关键。★数据分析与归纳：从实验数据表中寻找规律，是得出结论的科学方法。鼓励学生描述“随着…，…怎样变化”的模式。任务三：设计刻度——量化“衡”之度1.教师活动：“现在我们发现了规律：物体重，秤砣就得往外走。那到底走出去多远代表多重呢？这就是‘定刻度’。”承接实验数据，选取一组数据为例：“比如，当挂一个钩码（假设为50克）时，秤砣放在距离提纽10厘米处平衡了。那么，挂两个钩码（100克）时，秤砣大概要放在哪里？我们来算算看。”引导学生利用“权重×权臂=物重×物臂”的原理，进行推算（假设物臂不变）。“看，这里有个简单的比例关系！我们能不能利用这个关系，给我们的简易杆秤画上刻度？”下发《制作任务单》，讲解制作步骤：1.确定“定盘星”（空秤平衡点）。2.用一个已知重物（如一个钩码）标出第一个刻度点。3.利用等比例原理，推算出其他重量刻度点的大致位置并进行标记。2.学生活动：理解刻度定标原理。小组合作，根据任务单指引，在自制秤杆上确定“定盘星”，并使用已知重物标记第一个刻度。尝试讨论并推算下一个刻度的位置。3.即时评价标准：1.能否理解“定盘星”的含义并准确找到。2.是否能用已知重物成功标定第一个有效刻度。3.在讨论推算后续刻度时，能否运用“比例”或“加倍”等数学思维进行推理。4.形成知识、思维、方法清单：★定盘星（零刻度）：空秤时，秤砣悬线所对的点，代表重量为零，是称量的起点，象征着公平的基准。★刻度标定原理：在理想状态下（秤杆均匀、物臂固定），刻度与重量成正比，即刻度是均匀的。这是数学比例知识在物理工具中的典型应用。（公式提示：L_权=(物重×物臂)/权重）★理论与实践的桥梁：将探究得到的物理规律，转化为可操作、可量化的设计步骤，这是工程设计的核心环节。任务四：制作调试——体验“衡”之工1.教师活动：巡视指导各组制作。针对共性问题进行集中提示：“秤盘悬挂点要固定牢哦！”“提纽的线要系紧，防止滑动。”“标刻度时，标签要贴正、贴稳。”鼓励学生用自制的秤称量任务单上指定的物品（如一个钩码、两个钩码），并记录读数。“咦？各组称出来的结果完全一样吗？如果和标准重量有出入，想想问题可能出在哪里？”引导学生进入调试优化阶段。2.学生活动：动手组装各部件，完成简易杆秤制作。使用自制杆秤进行称量测试，记录数据。对比标准值，分析误差原因（如：秤杆不匀、支点摩擦、刻度标定不准等），并进行微调（如：微调秤盘位置、重新贴刻度等）。3.即时评价标准：1.制作工艺是否细致、牢固。2.测试过程是否认真、记录是否真实。3.能否客观分析误差来源并提出至少一条合理的改进设想。4.小组协作是否高效，能否共同解决问题。4.形成知识、思维、方法清单：★系统误差与调试：理论模型是理想的，实际制作会受到材料、工艺、环境等多种因素影响，产生误差。发现并分析误差来源，是技术制作中的重要环节。★迭代优化思维：制作不是终点。基于测试反馈进行调整、优化，是工程师工作的常态。例如，通过微调“物臂”长度来整体校准刻度。★工匠精神：追求精准、注重细节、耐心调试的态度，在实践活动中得以具体培养。任务五：古今对话——拓展“衡”之界1.教师活动：“经过努力，大家都有了属于自己的‘称’。但我们的称能称手机吗？能称出羽毛的重量吗？”展示电子秤、天平、磅秤等图片。“现代称重技术已经发展到何等精密与多样！那么，从古老的杆秤到今天的电子秤，不变的追求是什么？变化的又是什么？”组织小组进行简短讨论。2.学生活动：观察各类现代称重工具图片，结合自身体验（如超市电子秤、体重秤）进行讨论。思考“公平、准确”这一不变内核，以及“原理、材料、精度、智能化”等方面的巨大变化。3.即时评价标准：1.能否说出至少两种现代称重工具的名称。2.讨论是否聚焦于“变与不变”的核心。3.能否理解技术进步服务于更精准、更便捷的需求。4.形成知识、思维、方法清单：▲技术的演进：从杠杆原理到电磁力传感器、电阻应变片，称重技术的原理不断革新，精度和适用范围极大提升。★不变的内核：无论技术如何演变，对“度量精准”和“交易公平”的追求始终是称重工具发展的核心驱动力，这体现了科技的人文价值。★批判性与联系性思维：学会对比分析，理解技术发展的连续性与变革性，建立历史与现实的联系。第三、当堂巩固训练  设计分层挑战任务，学生可依据自身情况选择完成：1.基础层（全员尝试）：使用自制杆秤，称量一件自己带来的小物品（如橡皮），并记录读数。然后，用班级准备的电子秤进行复核，计算误差，并简要说明误差可能原因。（反馈：小组内交换查看，教师选取典型误差案例进行简要评讲，强调“正视误差、分析原因”的科学态度。）2.综合层（大多数学生挑战）：情境应用题——“小明的简易杆秤，秤砣重100克，秤盘挂在离提纽5厘米处。当他用这把秤称一个苹果时，秤砣需要挂在离提纽20厘米处才能平衡。请问这个苹果大约有多重？”（反馈：请学生上台讲解解题思路，巩固杠杆平衡原理的定量应用。）3.挑战层（学有余力者选做）：开放设计题——“如果请你为菜市场设计一款‘新型公平秤’，除了称重准确，你还会考虑增加哪些功能或设计，来更好地保障公平、方便群众？（如：语音报重、防作弊报警、数据打印等）”（反馈：鼓励口头分享奇思妙想，肯定其创新意识与社会关怀，不作为统一要求。）第四、课堂小结1.知识整合：“同学们，今天我们完成了一次精彩的探索之旅。谁能用思维导图或者关键词的方式，带领大家回顾一下我们从‘认识杆秤’到‘做出杆秤’经历了哪些关键步骤？”邀请学生代表上台梳理（原理探究—结构认识—刻度设计—制作调试）。2.方法提炼：“在这个过程中，我们用到了哪些重要的方法？（观察推测、控制变量实验、比例计算、模型制作、测试优化）这些方法以后在解决其他问题时也能派上用场。”3.作业布置与延伸：“今天的作业是‘自助餐’：必做项——完善你的《杆秤制作与测试任务单》，并写一句本节课最大的收获或疑问。选做项（二选一）——A.查阅资料，了解‘曹冲称象’的故事，并用杠杆原理分析其智慧所在。B.尝试用家庭材料（如衣架、塑料袋）制作一个更精美的杆秤模型，并拍视频展示。下节课，我们将分享大家的成果，并深入探讨‘度量衡’标准统一的重要意义。”六、作业设计1.基础性作业（必做）  完成《杆秤制作与测试任务单》的最终整理，包括：绘制最终版的简易杆秤设计简图，标注各部分名称；记录测试物品的重量（自制秤读数与电子秤标准读数）；用一两句话分析测试中产生误差的主要原因。并在一张便利贴上写下：“本节课我解锁的一个新知识/新技能是：__________。”2.拓展性作业（选做A）  主题：“曹冲称象”中的杠杆智慧。要求学生阅读或观看“曹冲称象”的故事，然后完成以下任务：①画出曹冲方法的示意图，并标出哪里可以看作“杠杆”。②用今天所学的平衡原理，解释为什么石头的总重量就等于大象的重量。③（可选）思考：这种方法可能存在哪些误差？3.探究性/创造性作业（选做B）  主题：“我家的小小衡器师”。鼓励学生利用家中易得材料（如：均匀的木棍、衣架、细绳、一次性杯、已知重量的调味品等），人合作，设计制作一杆更具美感或创意的小杆秤。要求能称量至少两种小物品，并用短视频（12分钟）记录制作过程和称重演示，重点讲解自己的创意点或遇到的挑战及解决办法。七、本节知识清单及拓展★杠杆：在力的作用下能绕固定点（支点）转动的硬棒。杆秤是杠杆原理的应用。★杆秤核心部件：提纽（支点）、秤盘/秤钩（重点，悬挂待称物）、秤杆（力臂）、秤砣（力点，亦称“权”，标准重物）。★杠杆平衡（定性）：对于杆秤，当秤砣重量不变时，所称物体越重，秤砣（权）需离提纽（支点）越远才能平衡。★定盘星：杆秤空载时，秤砣悬线对准的刻度点，代表重量为零，是公平的象征。★刻度原理：在理想条件下（物臂固定、秤杆均匀），秤砣悬挂位置（刻度）与所称物体重量成正比，因此刻度是均匀的。▲杠杆平衡公式：动力×动力臂=阻力×阻力臂。在杆秤中可近似理解为：秤砣重×秤砣到提纽距离=物体重×秤盘到提纽距离。★变量控制实验：在探究“物重”与“秤砣位置”关系时，需保持“秤砣重量”和“秤盘位置”不变，这是科学探究的重要方法。★系统误差：由于材料、制作工艺等非偶然因素引起的、具有规律性的误差（如秤杆一头粗一头细）。★调试与优化：根据测试结果对作品进行调整和改进，是工程技术中的关键步骤。▲“权”与“衡”：“权”本义秤砣，引申为标准、权力；“衡”本义秤杆，引申为衡量、平衡。“权衡”一词富含哲理。★技术演进：称重工具从机械杠杆（杆秤、台秤）发展到电子传感（电子秤、地磅），精度与应用范围不断提升。★不变的核心价值：无论技术如何进步，追求度量精准与交易公平始终是称重工具发展的根本目的。▲曹冲称象的模型转换思想：将无法直接称量的大象重量，转换为可以分批称量的石头总重量，体现了等量替换的智慧，其本质是杠杆平衡原理的创造性应用。★工程设计流程（简化）：明确问题（需要称重）→原理探究（杠杆平衡）→设计制作（制作杆秤）→测试优化（校准刻度）→交流评价。★合作学习角色：在小组实践中，可承担操作员、记录员、汇报员、材料员等不同角色，学会各司其职、协同工作。★度量衡：“度”指长度，“量”指体积，“衡”指重量。其标准统一是国家治理和商贸活动的基础。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析：从课堂观察和任务单反馈来看，知识目标基本达成，绝大多数学生能清晰指出杆秤部件并解释其平衡原理，但在定量描述“反比关系”时，部分学生仍停留在定性层面，需在后续数学课中强化比例概念的应用。能力目标达成显著，所有小组均成功制作出能实现基本称重功能的杆秤，约三分之二的小组在测试后进行了主动微调，体现了初步的优化意识。情感与价值观目标在小组协作中表现突出，学生们在遇到“刻度不准”等技术难题时，能自发讨论、互帮互助，氛围积极。科学思维与元认知目标通过探究记录和课堂小结环节得以落实，但学生自主梳理学习策略的能力仍有待长期培养。  （二）教学环节有效性评估：导入环节的“一斤铁与棉”之间题迅速激活课堂，效果良好。核心任务二（探究原理）是承重墙，预留足够时间让学生充分实验、记录数据至关重要，本节课此处时间略显紧凑，导致部分小组数据规律不显著，影响了后续对比例关系的深入感知。任务三（设计刻度）是难点突破点，将抽象比例转化为“用已知重物标第一个点”的具体操作，这个脚手架搭建得比较成功，降低了思维跨度。任务四（制作调试）是高潮，学生投入度高，但材料（如筷子均匀度）差异确实带来了客观误差，引导学生科学分析而非简单归咎于“没做好”，是培养理性精神的关键。“当时我巡视时发现第三组在反复调试后仍然偏差较大，便引导