【新教材核心素养】教科版科学五年级上册3.6《制作“月球小车”》教学设计

3.6《制作“月球小车”》教学设计一、教材分析本课是运动和力单元工程实践课，整合力与运动、太阳能能量转化、工程设计流程三大核心知识。教材以真实月球探测车为情境，给出完整工程任务链条：明确任务→制订方案→实施方案→测试改进→展示交流，配套材料清单、组装步骤、设计图纸模板，引导学生综合运用摩擦力、动力、载重等力学知识解决真实工程问题，落实STEM工程实践思想，衔接前面弹力、摩擦力、力改变物体运动状态的理论内容，实现理论动手一体化。任务设置三重约束：总价≤100元、整车质量≤100g、10秒载重通过凹凸沙地，培养学生成本、质量、性能多维度权衡的工程思维。二、学情分析五年级学生已掌握摩擦力、拉力、重力、能量转化基础概念，具备简单手工组装、小组合作探究能力，喜欢动手制作类实践活动。但存在三点不足：1.只会单一运用力学知识，不会综合权衡载重、速度、重量、成本多个限制条件；2.缺乏完整工程设计思维，不会绘制规范设计图、核算材料质量与总价；3.测试出现故障后，难以自主分析摩擦力、动力不足、车身过重等问题并迭代改进。同时学生对月球、月球探测车充满好奇心，适合用真实航天素材激发探究兴趣。三、核心素养分析科学观念1.知道太阳能可转化为电能驱动电机，提供小车动力；2.理解摩擦力、车身重量、车轮大小会直接影响小车在凹凸地面的运动速度与载重能力；3.明白月球无大气，无法依靠重力、弹力发条持续驱动，太阳能是合理动力来源。科学思维1.能根据任务约束（重量、价格、竞速）对比筛选材料，建立多变量权衡的优化思维；2.小车测试失败后，能推理故障原因：车身过重、动力不足、车轮摩擦力过小、传动齿轮卡顿等，提出改进方案；3.通过绘制多角度设计图，建立模型结构可视化思维。探究实践1.完整经历工程五步骤：明确任务→设计方案选材→组装制作→测试迭代→展示评价；2.独立完成材料质量、价格核算，规范绘制标注尺寸的小车设计图；3.动手组装太阳能小车，完成沙地竞速载重测试，记录数据并针对性改良模型。态度责任1.感受我国探月工程科技成就，树立航天科学自豪感；2.养成节约材料、控制成本、严谨测量、反复调试的工程探究习惯；3.小组分工协作，学会倾听他人方案、客观评价作品，包容改进中的失误。四、教学重点1.掌握完整工程实践流程，综合运动和力知识设计、制作太阳能月球小车；2.根据重量、价格、性能三重限制合理选择材料，完成模型组装与沙地测试。五、教学难点1.多条件约束下优化设计：平衡整车重量、动力大小、成本、越野能力；2.测试后自主分析小车卡顿、行驶缓慢、载重打滑等故障，提出有效改进措施。六、教具准备教师教具多媒体课件、嫦娥探月月球车实拍视频、教材素材图片、成品月球小车模型、凹凸模拟沙坑、电子秤、计时器、橡皮、全套备选材料套装、材料清单展板。学生分组器材太阳能电池、大小电机、大小车轮、车身支架、齿轮、螺丝扎带、剪刀螺丝刀、绘图本、铅笔、直尺、电子秤、记录表。七、教学过程一、导入新课教师活动：播放玉兔号月球车月球行驶实拍视频，提问：月球表面凹凸不平，没有加油站，月球车靠什么动力行驶？为什么我们不能用橡皮筋、重物驱动月球车？出示本课成品太阳能月球小车模型，揭示本节课工程任务——制作符合标准的月球小车。学生活动：观看视频，思考月球环境特点，自由发言猜想月球车动力，观察成品小车结构。设计意图：以真实航天工程情境激发学习兴趣，抛出核心问题，自然引出本课工程实践主题。二、讲授新课（一）聚焦：明确工程任务教师活动：出示教材任务要求，逐条拆解三大硬性指标：总价不超100元、总质量≤100克、载重1块橡皮10秒通过凹凸沙坑；讲解月球特殊环境：无空气、昼夜温差大，排除重力、弹力驱动方式，点明太阳能动力的合理性；出示备选材料与工具，介绍每种材料的质量、价格、性能差异。学生活动：勾画任务限制条件，记录材料参数，小组讨论不同材料的优缺点，思考选材需要兼顾哪些因素。设计意图：让学生清晰工程任务约束，建立“设计不能随心所欲，要受条件限制”的工程基本认知，为后续方案设计铺垫。（二）探索：制订方案+实施方案教师活动：1.制订方案板块：讲解材料清单填写方法，示范核算总质量、总价；示范多角度标注尺寸的规范设计图绘制方法，提示车轮、太阳能板、电机、支架四大核心部件必须标注；组织小组讨论选材方案，巡视指导学生平衡重量、成本、动力。2.实施方案板块：播放组装流程微课，分步讲解车架搭建、车轮电机安装、太阳能板固定、电路接线四步操作要点；强调安全使用螺丝刀，电路接线绝缘注意事项；巡视各组组装，及时纠正齿轮卡滞、电机固定不稳、线路接反等问题。学生活动：小组合作填写材料清单、核算总价总质量，绘制多角度月球小车设计图；依据设计方案领取材料，分步组装小车，互相配合完成机械结构与电路连接。设计意图：落实工程设计、动手实践两大核心环节，锻炼学生数据计算、绘图建模、动手操作能力，在小组合作中分工解决制作难题。（三）研讨：测试与改进教师活动：布置统一测试场地（凹凸模拟沙坑），发放计时器、电子秤；组织各组依次测试，记录三项数据：整车重量、总花费、通过沙坑用时；引导各组针对失败现象提问：小车走得慢、打滑、载重不动、车身超重分别是什么原因？带领学生从摩擦力、动力、重量、传动结构四个角度分析，梳理改进思路。学生活动：分组称重、核算成本、沙地竞速测试；记录测试数据，小组复盘故障问题，讨论更换大车轮、大功率太阳能板、轻量化支架等改良方案，动手修改小车模型再次测试。设计意图：通过真实测试暴露设计缺陷，引导学生运用运动和力知识推理分析，实现“发现问题—分析问题—迭代优化”的科学探究闭环，突破教学难点。（四）拓展：展示与交流教师活动：开展作品展示交流会，制定评价标准：达标三项指标、设计图完整、成本控制合理、改良思路清晰；播放中国探月工程拓展短片，介绍真实玉兔、玉兔二号月球车技术难点。学生活动：小组上台展示小车，讲解设计思路、测试问题与改进方法；互评其他小组作品，交流选材、组装、改良经验；观看航天视频，分享自己对月球探测车的新想法。设计意图：完成工程流程最后一步展示评价，同时链接航天科技，落实态度责任素养，升华课堂主题。三、课堂练习选择题1.月球上不能用橡皮筋弹力驱动小车，主要原因是（）A.月球引力太小B.弹力装置无法持续供能，月球无补给C.月球表面摩擦力太大答案：B2.想要小车更快通过凹凸沙地，优先选择（）A.大尺寸宽轮胎车轮B.小尺寸窄车轮C.轻量化光滑塑料轮答案：A3.选择材料时首要遵守的硬性约束是（）A.外观好看B.总价≤100元、总质量≤100gC.零件数量多答案：B判断题1.太阳能小车是将太阳能转化为电能，再转化为小车运动的机械能。（√）2.车身支架越重，小车载重橡皮后行驶越稳定，不用控制总质量。（×）3.车轮齿轮安装错位卡滞，会减小摩擦力，让小车跑得更快。（×）情境题小组制作的月球小车称重108克，载重橡皮后在沙坑打滑，15秒才通过终点，请写出两条可行改进方案。参考答案：①更换更轻的车身支架、小型电机，减轻整车总质量至100g以内；②更换大尺寸防滑车轮，增大接触面摩擦力，同时选用大功率太阳能电池提升动力。四、课堂小结今天我们完整完成了月球小车的工程实践，先明确任务里重量、价格、竞速三条要求，再对比材料参数设计图纸、核算成本重量，分组动手组装太阳能小车。测试时我们发现车身过重、车轮打滑、动力不足都会影响小车行驶，结合摩擦力、能量转化知识调整改良。我们还知道月球没有空气，弹力、重力驱动无法长期使用，太阳能是月球车最合适的动力。整个过程告诉我们，工程制作不能只看外观，要综合多种条件权衡优化，我国玉兔月球车也是工程师反复调试才成功登月，今后我们遇到动手实践任务，也要学会设计、测试、不断改进。五、板书设计制作“月球小车”一、工程五步骤明确任务→制订方案→组装制作→测试改进→展示交流二、任务约束总价≤100元总质量≤100g10秒载重过沙地三、核心原理太阳能→电能→机械能；摩擦力影响越野速度四、故障改良超重→轻量化；打滑→大防滑轮；慢速→加大动力六、教学反思成功之处1.以玉兔探月真实情境导入，学生探究积极性高，能主动结合月球环境理解太阳能动力的优势；2.完整落实工程实践全流程，选材核算、绘图、组装、测试迭代层层递进，学生综合运用运动和力知识解决实际问题，科学思维与动手能力得到充分锻炼；3.分组合作模式清晰，测试研讨环节给学生充足自主分析故障的空间，多数小组能独立提出改良方案。不足之处1.课堂组装环节耗时较长，部分动手能力弱的小组未能完成二次改良测试；2.材料质量、价格核算讲解速度偏快，少数学生不会计算总重量、总价；3.