御风而行探秘深蓝：风帆动力实验室-五年级下册综合实践活动跨学科项目式教案（沪科黔科版）

御风而行，探秘深蓝：风帆动力实验室——五年级下册综合实践活动跨学科项目式教案（沪科黔科版）

一、教学内容与课标解读

【基础】本节课是沪科技黔科版五年级下册第三单元“利用身边的风”中的核心活动二“神奇的风帆”。在完成了活动一“几个叶片的电风扇使用效果好”的基础上，学生已对风能有了初步的感性认识。本课旨在引导学生深入探究风帆的奥秘，将“风”这一自然现象转化为可被人类利用的动力，通过工程设计、动手制作与科学探究，理解风帆的形状、大小、角度等因素与其性能之间的关系。这不仅是一次简单的动手操作课，更是一次融合了科学探究、技术工程、数学测量和艺术设计的综合实践活动。

【核心素养指向】

1.科学观念：理解风是一种可再生、无污染的自然能源；认识力可以改变物体的运动状态，风帆是通过捕获风力产生推力使物体运动的。

2.科学思维：能够运用控制变量法设计实验，探究影响风帆效果的因素；能够基于观察到的现象和收集到的数据，进行分析、推理，并得出结论。

3.探究实践：经历“提出问题—设计方案—动手制作—测试优化—展示评价”完整的工程与技术实践过程；掌握基本的测量、记录、绘图等技能。

4.态度责任：在小组合作中培养团队协作精神和沟通能力；在反复测试与改进中培养精益求精的工匠精神和抗挫折能力；感受古人的智慧，增强对可再生能源开发利用的意识。

二、学情深度研判

【重要】五年级学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期。他们具备了一定的生活经验，许多学生在电视、网络或实际生活中见过帆船，对风帆“推着船走”有直观的印象。然而，对于“风为什么能推着船走”、“什么样的帆走得快”、“帆的角度怎么调”等深层次问题，他们缺乏系统的思考和科学的认知。在动手能力上，他们能够熟练使用剪刀、尺子等工具，但对于精细化的制作和依据数据进行调试还有待提升。此外，学生在小组合作中容易出现分工不明、各自为战的现象，需要教师提供结构化的合作支架。

三、教学目标设定

1.【基础】知识与技能：能说出风帆的基本结构和工作原理；能够设计并制作一个可以稳定行驶且具有一定速度的小风帆车模型；能够用简单的工具测量距离和时间，并计算出速度。

2.【核心】过程与方法：通过小组合作，经历“设计-制作-测试-改进”的工程循环；能运用控制变量法，自主设计实验，探究帆面大小、形状或角度对风帆车行进速度的影响。

3.【升华】情感态度与价值观：感受风能的巨大潜力，增强环保意识和科技创新意识；在面临失败时，能积极寻找原因，不断尝试，培养坚韧不拔的科学探索精神。

四、教学重难点与创新突破

1.教学重点：经历完整的工程技术实践过程，设计并制作出能够行驶的风帆车。【基础】

2.教学难点：科学地设计对比实验，探究并解释影响风帆效果的关键因素（如帆面大小、角度等）。【难点】【高频考点】

3.创新突破：引入“项目式学习”和“工程设计思维”，将课堂转化为“风帆动力实验室”。学生不再是被动的知识接受者，而是主动的“小工程师”和“小科学家”。通过“竞标-设计-建造-试航-竞速-反思”的项目流程，激发学生的内生动力和创新潜能。

五、教学准备

1.【非常重要】硬件资源：小组材料包（含小车底盘模型——可用乐高或简易木板配车轮、桅杆用木棍/吸管、帆面材料——厚卡纸、布料、塑料薄膜、胶带、剪刀、美工刀、直尺、量角器、秒表、电风扇——作为稳定的模拟风源、卷尺）。

2.信息化资源：PPT课件（包含古代帆船图片、现代风帆运动视频、风帆原理动画）、工程设计图纸模板、实验数据记录表。

3.环境准备：在教室后方或走廊开辟一块平坦、无障碍的“试航区”，并划定起点线和终点线。

六、教学实施过程（【非常重要】核心环节，展开详述，占总篇幅80%）

（一）创设情境，发布项目任务（10分钟）

1.情境导入：播放一段激动人心的帆船比赛视频，或者展示郑和下西洋的宏伟船队图片。教师以充满激情的语调导入：“同学们，从古至今，人类从未停止过对海洋的探索，而风帆，就是古人赋予船只‘千里眼’和‘顺风耳’的伟大发明。它不需要燃油，不排放污染，仅凭自然之力，便能跨越重洋。今天，我们‘风帆动力实验室’接到了一个紧急项目——‘绿色能源挑战赛’。我们要用最简单的材料，设计并制造一艘性能卓越的风帆车，谁的风帆车能在同样的风力下，跑得又快又稳，谁就能赢得‘最佳工程设计奖’！”

2.明确终极挑战：展示风帆车的基本模型（未装帆的小车）。挑战要求：只能以风为动力（用风扇统一提供），在3米长的赛道上进行竞速赛。速度最快者获胜。

3.提出驱动性问题：“想要让这辆小车在风中飞驰，我们需要给它装上什么样的‘翅膀’？这个‘翅膀’的大小、形状、角度，又会怎样影响它的速度呢？让我们一起开启今天的探究之旅。”

（二）初步探究，建构核心知识（15分钟）

1.头脑风暴，猜想影响因素：引导学生围绕驱动性问题进行头脑风暴。“你们觉得什么样的风帆能让小车跑得更快？”学生的猜想可能涉及帆的大小、形状、材料、帆的朝向（角度）、帆的数量等。教师将学生的猜想板书在黑板上，并引导学生对这些猜想进行分类。【热点】

2.聚焦核心问题：“在这么多因素中，你们觉得哪个因素可能是最关键的？”通过讨论，引导学生聚焦到“帆面大小”和“帆面角度”这两个最核心、最易于量化的因素上。

3.微课讲解原理：播放一段精心制作的微动画，用简洁的力学图示讲解风帆原理：风吹在帆面上，给帆面一个压力（作用力），这个力分解成两部分，一部分推动船只前进，一部分使船只横移（但因船体设计而抵消）。帆面与风向的夹角不同，获得的前进动力也不同。【重要】

4.工程师的思维：控制变量法：教师以“探究帆面大小对速度的影响”为例，引导学生思考：“如果我们要公平地比较‘大帆’和‘小帆’，除了帆的大小不同，其它什么条件必须保持完全相同？”（如：小车相同、风向相同、风速相同、赛道相同、帆的材质相同、帆的角度相同……）由此引出并强调科学探究的灵魂——【非常重要】控制变量法。同时介绍如何用速度（距离/时间）来量化评价风帆的性能。

（三）工程实践：设计与建造（25分钟）

1.组建工程师团队：4人一组，明确角色分工：项目经理（组长，负责协调与进度）、设计师（负责绘制图纸与剪裁）、建造师（负责组装与固定）、测试与数据分析师（负责测试与记录）。鼓励角色轮换。

2.领取任务一：绘制工程设计图：各小组领取“风帆车设计图纸”模板。他们需要在规定时间内，讨论决定本组要探究的主题（是探究大小还是角度），并据此设计第一代风帆。【基础】图纸上必须标注帆面的尺寸（长、宽）、所用材料、以及预期达到的目标。教师巡视，指导各小组合理设计图纸，鼓励创新，但要基于科学原理。

3.领取任务二：按图施工，搭建原型：各小组凭借设计图到“材料超市”领取相应材料，开始动手制作。这是课堂最热闹也是最能体现学生动手能力的环节。教师在此过程中扮演“工程顾问”的角色，巡视指导，提醒安全使用剪刀等工具，鼓励遇到困难的小组先自行查阅图纸或组内讨论解决。重点关注小组分工是否明确，制作是否严谨。

（四）科学测试：试航与数据采集（15分钟）

1.试航规则说明：各小组带着自己建好的“第一代”风帆车，来到“试航区”进行测试。测试区设置固定的风扇（风力档位固定）、固定的起点线和终点线。测试数据分析师负责用秒表计时，记录三次行驶的时间，并计算出平均速度，填入“实验数据记录表”。【非常重要】

2.试航与观察：当第一辆风帆车出发时，全班的注意力都会被吸引。有的车可能纹丝不动，有的车可能横着走，有的车可能跑得非常快。每一次试航都是一次生动的现场教学。教师引导：“快看，为什么这辆车不走直线？它的帆可能有什么问题？”“哇，这辆车跑得好快！我们等会儿去采访一下他们小组，他们的帆是怎么设计的？”

3.数据记录：各小组认真记录本组风帆车在三次测试中的表现，不仅要记录时间，还要记录观察到的现象，比如“车跑偏了”、“帆被吹翻了”、“速度很慢”等。

（五）分析与迭代：优化再设计（15分钟）

1.【非常重要】工程师的反思：测试结束后，教师组织各小组返回座位，召开“工程分析会”。引导各小组根据测试数据和观察现象，分析本组设计的成败。“为什么我们的车跑得慢？是我们的帆太小了？还是角度不对？”“为什么我们的车总是跑偏？是帆两边受力不均，还是车轮有问题？”

2.基于数据的迭代：这是一个将科学思维推向高潮的环节。教师引导：“数据分析师，请你们汇报一下数据。设计师，根据数据，你们觉得应该如何修改设计？”学生们基于真实的数据，开始对第一代设计进行批判性思考，并提出改进方案。例如：“我们第一次帆太大了，虽然力量大，但容易翻，下次我们要把帆做小一点，但把角度调得更精准。”“我们第一次帆的角度是垂直的，可能不对，第二次我们打算用量角器，把帆固定在45度角试试。”

3.二次建造与测试：各小组根据改进方案，快速修改自己的风帆车（换帆、调整角度、加固结构等），然后再次奔赴试航区进行二次测试，并记录新数据。看着自己修改后的车比原来跑得更快、更稳，学生们脸上洋溢出的成就感是任何说教都无法替代的。

（六）终极挑战与成果展示（10分钟）

1.“风帆竞速”总决赛：经过两轮的设计-测试-改进，各小组的风帆车都已进化到了“2.0版本”甚至“3.0版本”。激动人心的总决赛开始了！每个小组推选出最优秀的一辆车，在全体师生的注视下，进行终极竞速。

2.工程发布会：竞速结束后，不仅仅公布名次，更重要的是举办“工程发布会”。邀请速度最快、设计最稳定、或改进效果最明显的小组上台，分享他们的“工程故事”。他们需要展示：

1.3.最初的设计图。

2.4.遇到的问题（比如车跑偏、速度慢）。

3.5.基于什么数据（测试时间）做了什么样的改进（比如将帆的角度从90度调整为45度）。

4.6.最终的成果和感悟。

7.多维评价：台下的小组和老师根据“工程设计（创意与科学性）”、“团队合作”、“探究过程（基于数据的改进）”和“竞速成绩”四个维度，共同评出“最佳工程设计奖”、“最佳团队合作奖”、“最具创新奖”等多个奖项，让每一个付出努力的小组都能获得认可。【热点】

七、板书设计

御风而行，探秘深蓝：风帆动力实验室

一、我们的挑战：制作风帆车，风动力竞速

二、我们的猜想：速度与什么有关？（帆面大小、角度、形状、材质……）

三、我们的方法：控制变量法（重要！）

比如：探究“帆面大小”的影响，就要保证（风向、风速、小车、角度……）相同。

四、我们的发现：

1.帆面并非越大越好，要与车身平衡。

2.帆面与风向成一定角度（约45°）时，前进动力最强。

3.对称的帆面能让车跑得更直。

五、我们的感悟：科学探究+工程实践=创造的力量

八、教学反思与预设

1.预设问题与应对：

1.2.小车不走直线

：可能是帆面受力不均，或车轮不灵活。引导小组检查车轮，并调整帆面使其对称，或在车尾增加舵（用一小块纸板做简易舵）来引导方向。-8

2.3.风帆被吹倒/吹翻

：可能是帆杆固定不牢或帆面材料太软。引导小组加强固定点，或更换稍硬挺的材料。

3.4.小车原地不动

：可能是风力太小或帆面没有迎风。引导小组调整帆面角度，确保正对风源。

5.教学特色：

1.6.真项目，真问题：以真实的竞速任务驱动，所有探究都指向