小学五年级科学：探秘生活台秤巧用杠杆称重

小学五年级科学：探秘生活台秤，巧用杠杆称重一、教学内容分析  本课选自小学五年级科学与技术领域，内容核心指向“技术与工程”范畴中对简单机械——杠杆的理解与应用。从《义务教育小学科学课程标准》解构，本课知识图谱以“杠杆平衡原理”为核心科学概念，其认知要求需从“识记”杠杆三要素（支点、动力点、阻力点），提升至“理解”平衡条件（动力×动力臂=阻力×阻力臂），最终“应用”于设计与制作简易台秤这一具体工程任务。它在单元知识链中，上承对“力”的作用的初步认识，下启对“滑轮”“轮轴”等其他简单机械的学习，是学生建立“结构与功能相适应”工程思维的关键节点。过程方法上，课标强调“科学探究”与“工程实践”，本课拟通过“解构实物探究原理设计制作测试改进”的完整流程，让学生亲历“发现问题设计方案实施制作评估优化”的工程闭环。素养价值渗透方面，知识载体背后指向“科学观念”中“运动与相互作用”观念的形成，“科学思维”中模型建构与推理论证能力的培养，“探究实践”中测量工具使用与动手操作技能的锻炼，以及“态度责任”中严谨求实、合作分享品质的养成。  学情研判需立足于“以学定教”。五年级学生已具备一定的动手能力和合作意识，对“跷跷板”等杠杆生活原型有感性经验，但普遍存在认知误区：往往认为平衡仅与两端重量有关，而忽视“距离”这一关键变量。他们的思维正从具体运算向形式运算过渡，但理解抽象的“力臂”概念仍存在困难。教学需通过可视化、具象化的活动设计，将“距离”转化为可观察、可测量的“刻度”。在过程评估中，教师将通过观察学生在任务中的提问（如“为什么挂这里不平衡？”）、小组讨论的焦点、以及制作的台秤刻度是否均匀，动态把握其对原理的理解深度。基于此，教学调适策略为：对理解较快的学生，引导其探究“为什么秤杆要做成一头粗一头细？”等深入问题；对存在困难的学生，提供标有等距刻度的“预制秤杆”作为脚手架，降低初始建模难度，确保全体学生都能体验到成功的乐趣。二、教学目标  知识目标：学生能准确识别并指认杠杆的三要素（支点、动力点、阻力点）在台秤中的具体位置；能用自己的语言解释杠杆平衡的基本原理，即“重量”与“到支点距离”相互影响平衡状态；并能将这一原理迁移应用于解释生活中常见的杠杆工具（如剪刀、撬棍）的工作原理。  能力目标：学生能够以小组为单位，依据杠杆平衡原理，协作设计并制作一杆简易的、刻度基本均匀的悬臂式台秤；能够规范使用该台秤称量指定范围内的物体质量，并记录数据，初步体验工程制作的完整流程与测试优化环节。  情感态度与价值观目标：在合作制作台秤的过程中，学生能主动承担角色任务，乐于倾听同伴意见，并在面对制作失败或数据误差时，表现出耐心调试、积极寻求解决方案的科学探究精神，感悟“标准”与“公平”在测量中的价值。  科学思维目标：重点发展学生的“模型建构”思维。引导学生将复杂的实物台秤抽象为“杠杆”理想模型，并通过在秤杆上标记刻度这一行为，将抽象的平衡原理（F1×L1=F2×L2）转化为具象的、可视化的测量工具，完成从科学原理到技术产品的思维跨越。  评价与元认知目标：引导学生依据“结构稳固、刻度清晰、称量准确”三项基本标准，对自己及他组制作的台秤进行评价；并能在活动后反思：在制作过程中，哪一步最为关键？遇到的困难是如何解决的？从而提升对学习过程与策略的监控与反思能力。三、教学重点与难点  教学重点：理解并应用杠杆平衡原理制作简易台秤。确立依据在于，该原理是贯穿本课所有探究活动的核心科学“大概念”，是学生从感性认识（玩跷跷板）上升为理性认识（理解力臂），并最终外化为实践能力（制作测量工具）的枢纽。它直接对应科学课程标准中“知道利用杠杆可以改变力的大小和方向”的核心要求，也是学生未来学习复杂机械的知识基石。  教学难点：建立“力臂”概念，并理解“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的定量关系。难点成因在于，对于小学生而言，“力臂”是从支点到力的作用线的“垂直距离”，这一几何概念相对抽象，超越了其直观的生活经验（他们通常只关注水平距离）。预设依据源于常见认知障碍：学生易误认为平衡只与两端重量或简单的水平距离有关。突破方向在于，通过多次、有对比的悬挂重物实验，引导学生观察并记录“重量”与“悬挂位置”两个变量共同决定平衡的现象，用“格数”代替抽象的“力臂”，将公式转化为“钩码数×格数=钩码数×格数”的直观形式。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含台秤结构动画、杠杆原理演示）；实物台秤（机械式）一台；制作精良的简易台秤模型一套。1.2实验材料包（按小组配备）：长条形均匀木条（作秤杆）1根、带线绳的塑料小杯（作秤盘）1个、铁架台（作支点支架）1个、50g钩码若干（作秤砣和待称物）、刻度尺、记号笔。1.3学习支持材料：《“我是小工程师”学习任务单》（内含观察记录表、设计草图区、测试数据表、评价量表）。2.学生准备2.1课前预习：观察家中或菜市场的台秤，思考“它为什么能称出东西的重量？”。2.2物品携带：每人携带一件适合用自制台秤称量的小物件（如橡皮、钢笔）。3.教室环境布置3.1座位安排：46人异质分组，围坐成岛式，便于合作探究与材料取用。3.2板书记划：左侧预留核心概念区（杠杆三要素、平衡原理），中部为探究过程记录区，右侧为学生作品展示与评价区。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突：教师出示实物机械台秤，将一个苹果放在秤盘上，移动秤砣使秤杆平衡，读出重量。“同学们，这个我们生活中常见的‘公平秤’，为什么移动这个小秤砣，就能知道苹果有多重呢？它肚子里藏着什么秘密？”（稍作停顿，引发思考）接着，教师展示一个自制简易天平（两端等臂），左盘放苹果，右盘需加很多砝码才能平衡。“看，如果用这个天平来称，需要这么多砝码。而台秤只需要一个小秤砣。这太奇怪了，难道台秤会‘变魔术’吗？”  1.1提出驱动问题：“今天，我们就来当一回工程侦探，拆解这个‘魔术’，并亲手制作一杆属于自己的小台秤。我们的核心问题是：如何利用杠杆的‘秘密’，让一个小秤砣称出大重量？”  1.2明晰学习路径：“我们将分三步走：第一步，拆解观察，找到台秤里的‘杠杆’；第二步，实验探究，破解杠杆平衡的密码；第三步，动手实践，运用密码制作我们的秤。让我们先从第一步开始吧！”第二、新授环节任务一：解构观察——台秤中的杠杆三要素教师活动：教师引导学生观察实物台秤和工作原理动画。“请大家聚焦秤杆部分，用手比划一下，它绕着哪个点转动？这个点我们叫它‘支点’。”教师用红笔在课件动画上标出支点(O)。“秤盘挂在哪个位置？它对杠杆施加了什么样的力？”（引导学生说出“向下的力，是我们要称的物体产生的，叫阻力”，标记阻力点(A)及阻力F2）“秤砣又挂在哪个位置？它对杠杆施加了什么样的力？”（引导说出“向下的力，是为了平衡用的，叫动力”，标记动力点(B)及动力F1）。“好，现在我们找到了杠杆的三个关键兄弟：支点、阻力点和动力点。谁能上台，在实物秤上把它们指认出来？”学生活动：学生观看动画，跟随教师引导，在任务单的台秤结构图上圈画、标注杠杆三要素。部分学生上台指认实物，并用语言描述：“这里是支点，秤盘挂这里是阻力点……”即时评价标准：1.能否在静态结构图和动态动画中准确识别支点的位置。2.能否正确区分“阻力点”（承载待测物）与“动力点”（悬挂秤砣）的功能差异。3.在指认实物时，表述是否清晰，使用“转动”、“悬挂”等准确动词。形成知识、思维、方法清单：  ★杠杆三要素：支点（杠杆围绕转动的固定点）、阻力点（阻力作用点）、动力点（动力作用点）。它们是分析任何杠杆的基础。  ▲生活链接：剪刀、跷跷板、开瓶器都是杠杆，三要素的位置决定了它们是省力还是费力。  ★观察方法：分析复杂工具时，先寻找其可绕轴转动的杆状部分，再确定其固定点（支点）和受力点。任务二：探究发现——寻找杠杆平衡的规律教师活动：教师发放每组一个铁架台（作支点架）和一根中间有孔可悬挂的木条。“让我们用最简单的材料模拟台秤的秤杆。先把它挂在支点上，让它水平平衡。”教师演示。“现在，我在左侧（阻力点）挂一个钩码，同学们，猜猜看，我在右边（动力点）挂几个钩码，挂在什么位置，能让它再次平衡？先别试，把你们的猜想画在任务单上。”待学生猜想后，引导实验：“现在，请各组开始探索，用不同的挂法让杠杆平衡，并把每次平衡时，左右两边的‘钩码数’和‘到支点的格数’记录在表格里。看哪组找到的平衡方法最多！”学生活动：学生小组合作进行探究实验。他们尝试在左侧固定一个钩码，然后在右侧尝试挂一个钩码但移动位置，或挂两个钩码寻找合适位置等。记录数据：左钩码数、左格数、右钩码数、右格数。即时评价标准：1.实验操作是否规范（轻拿轻放，读数时视线水平）。2.小组是否尝试了多种组合（如改变钩码数或位置），而非仅满足于找到一种平衡。3.记录是否清晰、完整，能体现变量关系。形成知识、思维、方法清单：  ★杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。对于本节课，可初步表述为：左侧钩码数×左侧格数≈右侧钩码数×右侧格数。这是制作台秤的核心科学依据。  ★变量控制：探究时，先固定一侧的钩码数和位置（如阻力），再改变另一侧的钩码数和位置（动力），这是科学研究中控制变量的思想。  ▲数据中的规律：引导学生观察记录表，发现“当左边重物（阻力）固定时，右边重物（动力）越轻，就需要离支点越远才能平衡”。这就是“四两拨千斤”的原理！任务三：工程转化——设计我们的刻度尺教师活动：“同学们，我们找到了密码！现在要把它变成一把‘尺子’。如果我们想让右边这个小钩码（比如1个）作为‘秤砣’，去称左边不同重的东西，该怎么办？”引导学生思考：“我们需要在秤杆上提前标好刻度。比如，当秤砣挂在‘第10格’时平衡了，说明左边的重量是多少呢？”结合学生实验数据讲解：“如果我们的秤砣是1个钩码（50g），挂在第10格时平衡，根据规律‘左重×左格=1×10’，因为秤盘位置（左格）固定，那么‘左重’就是10格除以秤盘格数再乘以50g……听起来有点复杂？有个更聪明的办法：我们何不直接用实验来‘标定’刻度呢？”学生活动：学生根据教师引导，理解“标定”概念。小组讨论：如何利用已知重量的钩码（如1个50g，2个100g）作为“标准砝码”，在秤杆右侧（动力臂）上标出对应的重量刻度。即时评价标准：1.能否理解“标定”的含义——用已知确定未知。2.小组设计思路是否清晰，能否说出“先把秤砣挂在某处，然后在秤盘里加已知重物，平衡了就在秤砣位置标上那个重量”的基本流程。形成知识、思维、方法清单：  ★刻度标定原理：秤杆上的刻度不是随意画的，而是通过实验标定产生的。每个刻度位置，都对应着当秤砣悬挂于此、杠杆平衡时，秤盘中所放物体的特定质量。  ★等臂与不等臂：天平是等臂杠杆（左右格数相等），所以右盘砝码质量等于左盘物体质量。台秤是不等臂杠杆（动力臂远长于阻力臂），所以能用小秤砣称大重量，其刻度是不均匀的（靠近支点密，远离支点疏）。  ▲工程思维：将科学原理（平衡公式）转化为技术产品（带刻度的秤），中间的关键步骤是设计与标定。任务四：制作与初测——搭建简易台秤教师活动：教师明确制作要求：“现在，请各工程小组，利用材料包，制作一杆最大称量至少为200g的简易台秤。秤盘位置（阻力点）请统一固定在离支点第5格处。制作步骤：1.组装（安装支点、固定秤盘位置）。2.标定刻度（用50g、100g、150g、200g钩码作为标准砝码，依次放入秤盘，移动秤砣找到平衡点并标记相应重量）。3.美化秤杆（清晰描画刻度线和数字）。”教师巡视，重点关注刻度标定过程是否准确，并对遇到困难的小组进行提示：“想想我们任务二发现的规律，帮帮秤砣找到‘家’。”学生活动：小组分工合作，按步骤制作台秤。一人稳定支架，一人放置标准砝码，一人移动秤砣寻找平衡点，一人标记刻度。过程中不断调试，确保标记准确。即时评价标准：1.操作安全有序，组员分工明确，配合默契。2.标定过程是否严谨（每次加砝码前是否归零？寻找平衡点时是否耐心细致？）。3.刻度标记是否清晰、准确、易于读数。形成知识、思维、方法清单：  ★制作流程：明确工程制作有其固定流程：设计→选材→制作→测试→优化。本课聚焦前四步。  ▲调试的重要性：第一次标定的刻度可能不准，需要反复测试、微调。这就是工程实践中的“测试改进”迭代思想。  ★误差概念：由于摩擦、秤杆不完全均匀等原因，测量值与被测物体真实值之间存在差异，这就是误差。好的设计能减小误差。任务五：应用验证——称量未知物教师活动：“各位工程师，请拿出你们课前准备的小物件，用自己制作的台秤称一称它的质量，记录在任务单上。然后，与相邻小组交换称量同一物品，看看结果是否相近？想一想，如果结果有差异，可能是什么原因造成的？”教师收集典型数据（如一个橡皮，各组称量结果有50g、55g、60g），引导学生讨论误差来源。学生活动：学生兴奋地用自制台秤称量自己的物品，并认真记录。进行小组间交叉验证，比较数据差异，并讨论原因（如：支点摩擦大小不同、刻度画得不够准、读数视角有偏差等）。即时评价标准：1.能否规范使用自制仪器进行测量（轻放物品、准确读数）。2.能否客观看待测量误差，并尝试理性分析其产生原因，而非简单断定“谁的秤不准”。形成知识、思维、方法清单：  ★测量规范：使用测量工具时，被测物轻拿轻放，读数时视线要与刻度线齐平，以减小误差。  ▲误差分析：能初步从工具（如刻度不准、摩擦大）、操作（如读数不准）、环境等方面分析测量差异的原因，这是批判性思维的体现。  ★科学与技术的关系：科学发现规律（杠杆原理），技术应用规律制造产品（台秤）。产品的好坏取决于对科学原理应用的精确程度。第三、当堂巩固训练  本环节设计分层练习，学生可根据自身掌握情况选择完成。  基础层（必做，直接应用）：1.请在你的学习任务单上，画出你家筷子的杠杆示意图，并标出使用它夹菜时的支点、动力点和阻力点。2.判断：用一根长的撬棍搬动大石头，是因为撬棍增长了动力臂，从而可以用更小的动力撬动石头。（）  综合层（选做，情境应用）：小明的自制台秤，秤盘固定在离支点3格处。他用一个100g的钩码作秤砣。当称量一个苹果时，秤砣需要挂在离支点15格处才能平衡。请你计算一下，这个苹果大约有多重？（提示：运用平衡规律）  挑战层（选做，开放探究）：思考与设计：我们现在制作的台秤，刻度是标在秤砣移动的那根杆（动力臂）上。观察商店里的电子台秤，它的“刻度”（数字显示）原理和我们的一样吗？如果不一样，你猜猜它可能是依据什么原理工作的？（可通过查阅资料课后完成）  反馈机制：基础层练习通过同桌互查、教师抽评方式快速反馈。综合层练习请做对的学生上台讲解思路（“我是这样想的：苹果重×3格=100g×15格，所以……”）。挑战层问题作为课堂延伸，鼓励学生课后探究，下节课分享。第四、课堂小结  教师引导学生进行结构化总结：“同学们，这节课我们完成了一次从科学家到工程师的旅程。现在，请大家用1分钟时间，在任务单背面，用思维导图或关键词的方式，梳理一下我们的探索之路。”随后邀请学生分享（如：中心词“台秤”，分支：科学原理杠杆平衡、三要素；制作过程标定、刻度；收获合作、耐心……）。  “回顾整个过程，我们最关键的一步是什么？”（引导学生说出“通过实验找到平衡规律，并利用它来标定刻度”）“这就是将科学转化为技术的魔法。”  作业布置：1.基础性作业（必做）：完善课堂上的思维导图，并向家人介绍你的自制台秤工作原理。2.拓展性作业（建议完成）：尝试用不同材料（如硬纸板、吸管）改进你的台秤，使它更美观或更精准，并记录改进点。3.探究性作业（选做）：研究“杆秤”与“台秤”在结构和使用上有何异同，写一份简短的对比报告。六、作业设计基础性作业（全体必做）  1.知识整理：绘制本节课的知识结构图，至少包含“杠杆三要素”、“平衡条件（公式及文字表述）”、“台秤制作关键步骤”三个核心板块。  2.原理复述：向家长或同伴扮演“小老师”，清晰地讲解为什么一个小秤砣可以称出很重的东西，要求使用“支点”、“力臂”、“平衡”等术语。拓展性作业（多数学生可完成）  1.家庭小实验：寻找家中的杠杆工具（如指甲剪、核桃夹、手动榨汁机等），分析其属于省力杠杆还是费力杠杆，并说明理由（通过判断动力臂与阻力臂的长短）。  2.微型优化项目：观察你的自制台秤，提出至少一项可以优化其准确性或便捷性的设计（例如：如何让秤砣挂得更稳？如何让刻度看得更清？），并简单说明如何实现。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）  1.跨学科探究：中国古代的杆秤是杠杆原理的杰出应用。请查阅资料，了解“戥子”（一种称量金银药材的精密杆秤）的历史和设计精妙之处，撰写一份不超过300字的简介，并思考其刻度（“星”）的分布规律。  2.创意设计挑战：如果让你设计一个能称量书包重量、便于携带的“便携式书包装”，你会如何运用杠杆原理？请画出设计草图，并简要标注说明关键部分的功能。七、本节知识清单及拓展  ★杠杆：一根在力的作用下可绕固定点转动的硬棒。构成所有杠杆分析的基础模型。  ★杠杆三要素：    1.支点(O)：杠杆绕着转动的固定点。如台秤的提纽处。    2.动力点(B)：动力（使杠杆转动的力）的作用点。如台秤上悬挂秤砣的位置。    3.阻力点(A)：阻力（阻碍杠杆转动的力）的作用点。如台秤上悬挂秤盘的位置。  ▲力臂：从支点到力的作用线的垂直距离。是决定杠杆作用效果的关键几何量。小学阶段可初步理解为“沿杆方向到支点的距离”。  ★杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂(F1×L1=F2×L2)。这是杠杆处于静止或匀速转动状态时遵循的基本原理。教学提示：可通过“跷跷板”实例帮助记忆：轻的人坐远些（增大动力臂），重的人坐近些（减小阻力臂），就能平衡。  ★不等臂杠杆：动力臂与阻力臂长度不相等的杠杆。台秤、杆秤、撬棍都是典型的不等臂杠杆。其优点是可以用较小的动力平衡较大的阻力，实现省力。  ▲杠杆类型（按省费情况）：    1.省力杠杆：动力臂>阻力臂（如撬棍、剪刀剪纸时）。费距离。    2.费力杠杆：动力臂<阻力臂（如镊子、钓鱼竿）。省距离。    3.等臂杠杆：动力臂=阻力臂（如天平、跷跷板中点支撑时）。不省力不费力。  ★台秤工作原理：利用不等臂杠杆的平衡条件。将已知质量的秤砣（动力）在长长的秤杆（动力臂）上移动，直至与秤盘中未知重物（阻力）平衡。此时，根据平衡公式，由秤砣位置（动力臂长度）即可读知物重。  ★刻度标定：台秤秤杆上的刻度是通过实验“标定”出来的。用已知质量的标准砝码依次放入秤盘，移动秤砣至平衡点并标记相应质量值。这是一个将抽象公式转化为具体测量工具的关键技术步骤。  ▲杆秤vs台秤：杆秤的支点在一端（手提处），秤砣重量固定，通过改变阻力点（悬挂重物的位置）或使用不同重量的秤砣来匹配不同量程。台秤的支点在中间，阻力点固定，通过移动动力点（秤砣位置）来平衡。两者核心原理相同，但结构布局不同。  ★误差：测量值与真实值之间的差异。在自制台秤中，误差可能来源于支点摩擦、秤杆不均匀、刻度标记不准、读数视角偏差等。认识到误差的存在并设法减小它，是科学测量态度的重要体现。  ▲从科学到工程：本课完整呈现了“科学探究（发现杠杆原理）→技术设计（构思台秤结构）→工程制作（制作与标定）→评价优化（测试与改进）”的STEM学习流程，是科学、技术、工程、数学素养的综合体现。八、教学反思  本教学设计以“工程制作为明线，科学探究为暗线”的思路展开，旨在达成知识建构、能力发展与素养提升的多维目标。从假设的课堂实施来看，预计目标达成度较高。证据将体现在：学生能正确指认实物杠杆三要素（观察与提问）；能通过实验数据归纳出初步的平衡规律（任务单记录）；最终能产出可用的测量工具（作品）。新授环节的五个任务层层递进，从认知到实践，形成了有效的“脚手架”。任务二（探究规律）是认知飞跃的关键，充足的操作时间和明确的数据记录要求是保障；任务四（制作标定）是能力整合的焦点，小组协作与教师精准巡视指导至关重要。  对不同层次学生的深度剖析是差异化教学的依据。对于思维敏捷的学生，他们在任务二中可能更快发现“乘积相等”的规律，并能在任务三中迅速理解标定原理。对于这些学生，应鼓励其担任小组内的“理论指导”，并挑战其思考“若秤盘位置改变，刻度分布将如何变化？”等深入问题。而对于动手能力强但理论归纳稍弱的学生，他们在制作环节可能大放异彩，教师应肯定其贡献，并引导其用操作过程反向解释原理，如：“你刚