小学二年级科学《折形状：探秘结构与承重》创新教案

小学二年级科学《折形状：探秘结构与承重》创新教案

一、教材与学情分析：在结构与功能的交汇处启航

【基础】本课教学设计基于教科版小学科学二年级上册《材料》单元拓展内容，属于技术与工程领域的启蒙课。教材的核心在于引导学生通过对纸张这一常见材料的简单加工——折叠，发现形状的改变能引起材料性质（尤其是承重能力）的巨大变化。这不仅是对前一课《神奇的纸》中“瓦楞状纸”特性的深化探究，更是为学生打开了一扇“结构与功能”科学大门的钥匙。教材意图通过“问题引发猜想—设计形状—实测验证—联系生活”的探究路径，让学生初步体验工程设计的核心流程，感受科学探究的严谨与乐趣。

【非常重要】二年级学生正处于从具体形象思维向初步逻辑思维过渡的阶段。他们对周围世界充满好奇，乐于动手操作，但注意力易分散，观察不够细致，语言表达不够精准。在知识储备上，学生已经通过《神奇的纸》一课，亲身体验了将纸折叠成瓦楞状后，其在弹性、承载力、隔热性等方面的变化，对“改变形状可以改变性能”有了最直观的、感性的认识。然而，这种认识往往是零散的、个别的，尚未上升到“不同形状结构承重能力不同”的普遍性规律层面。他们的前概念可能是“折叠后的纸更厉害”，但不知道为什么，也不清楚除了瓦楞状，其他形状如圆柱形、三角形是否同样有效，效果又有何差异。因此，本课的教学设计必须基于学生已有的感性经验，通过精心设计的结构性材料（不同形状的纸筒）和严谨的对比实验，引导他们从“玩”走向“探”，从“感知”走向“理解”，逐步建构起“改变形状可以改变物体的承重能力，且不同形状承重能力不同”的科学概念，并初步领悟到“圆筒形”在结构稳定性上的优越性及其在生活中的广泛应用。

二、教学目标与核心素养定向

1.科学概念目标：通过实验探究，认识到改变物体的形状可以改变其承重能力；知道圆柱形、三角形、四边形等不同形状的纸筒承重能力不同，其中圆柱形（或近似圆形的多边形）承重能力最强。【重要】【难点】

2.科学探究目标：能够基于生活经验提出假设，设计出不同形状的纸筒；能按照实验要求，控制变量（如纸张大小、厚度、连接方式等），公平地测试不同形状纸筒的承重能力；能用完整的语言、数据或图画等方式记录和描述实验现象与结果。【高频考点】

3.科学态度目标：在小组合作中，乐于交流，善于倾听，能够分工协作完成探究任务；培养尊重事实、用数据说话的实证意识；激发对材料科学和结构工程的探究兴趣。

4.科学、技术、社会与环境目标：能够留心观察生活中运用“改变形状增加强度”原理的物品，如瓦楞纸箱、纸杯、体育馆屋顶、钢管等，体会到科学技术与日常生活紧密相连。

三、教学准备：结构化材料支撑深度探究

为保障探究活动的严谨性与高效性，需要准备以下结构化材料：

1.分组实验材料（每组一套）：【重要】

废旧报纸或厚度、大小完全相同的A4打印纸若干张（确保纸张变量唯一）。

透明胶带、剪刀。

大小相同的科学书或语文书若干本（作为承重物，保证重量一致）。

用于支撑纸筒的平滑底板一块。

2.演示材料：

多媒体课件（包含不同形状建筑、物品的图片）。

瓦楞纸板、纸杯、鸡蛋包装盒等生活实物。

3.记录单：学生活动手册或设计好的《形状与承重探究记录表》。

四、教学实施过程：四阶探究，深度建构

（一）聚焦问题，激活思维：从“纸的力量”说起

1.情境创设：上课伊始，教师神情神秘地拿出一张薄薄的A4纸，向全班发起挑战：“同学们，在上一节课，我们认识了神奇的瓦楞状纸，知道它比普通纸能承受更重的订书机。今天，老师想用这张普通的打印纸来挑战更重的物体，比如这一大摞科学书。你们猜，一张平铺的纸能托起哪怕一本书吗？”

学生基于经验，会齐声回答：“不能！”

教师演示：将一张纸平架在两个桥墩（两摞书）之间，放上一本书，纸瞬间塌陷，验证了学生的猜想。【热点】学生大笑，但思维已被激活。

2.引出问题：“看来，平铺的纸确实不堪一击。但是，如果我们允许对这张纸做一些改变，比如折一折，它是否能创造奇迹，托起一本甚至更多的书呢？你们有什么好办法吗？”教师将问题抛给学生，鼓励他们大胆设想。

学生可能会回答：“折成瓦楞状！”“折成扇子那样！”

教师进一步引导：“除了瓦楞状，我们还能把它折成其他形状吗？比如变成一根柱子？”教师顺势出示三角形、正方形、圆形的纸筒模型，“不同的形状，力量会不会也不同呢？今天，我们就来当一回小小工程师，一起‘折形状，探秘结构与承重’。”（板书课题）

（二）设计方案，控制变量：像工程师一样思考

【非常重要】本环节是科学方法渗透的关键，核心在于引导学生理解“公平测试”的原则。

1.明确任务：教师发布任务——“我们要用同样的纸，折成不同形状的‘纸柱’，来测试它们的力量。看看谁能成为最坚固的‘大力士纸柱’！”

2.头脑风暴，设计形状：

各小组利用手中的纸，尝试折出不同形状的柱体。教师巡视，鼓励创新。学生通常能很快折出三棱柱、四棱柱（方形）、圆柱体。【基础】教师引导：“请你们组折出三种形状，一种有三条棱，一种有四条棱，还有一种没有棱，是圆圆的。”

在此过程中，教师需强调“接口”的处理方式：为了保证公平，所有纸柱的接口处必须用一小段透明胶带固定，且固定方式、胶带长度应尽量一致。【难点】教师要演示如何将一张纸卷成圆筒并粘贴，以及如何折叠出棱角分明的三棱柱和四棱柱。

3.讨论“公平测试”规则：【重要】

教师提问：“如果我们就这样开始比赛，有的组用厚纸，有的组用薄纸；有的组纸柱矮矮的，有的组纸柱高高的，这样比出来的冠军，大家服气吗？”

引导学生讨论出必须相同的条件：纸张的大小、厚度要一样；纸柱的高度要一样；接口的粘贴方式要一样；放置重物时，要轻轻地、平稳地放，不能扔或推；重物（书本）的大小和重量也要一样。

教师总结：“对，做对比实验，除了要研究的那个条件（形状）可以改变，其他所有可能影响结果的条件都必须保持不变。这就是科学家进行公平测试的原则。”

（三）实测验证，数据分析：用证据说话

1.预测与记录：在实验前，请各小组在记录单上填写预测：你们认为哪种形状最坚固，哪种最脆弱？并简要说明理由。这能暴露学生的前概念，并与后续实验结果形成认知冲突。

2.分组实验，协同探究：【核心环节】占最大篇幅

各小组开始紧张而兴奋的测试。教师巡视指导，重点关注以下几个方面：

操作的规范性：提醒学生将纸柱轻轻放在平板上，然后小心地将书本一本一本地、对称地加到纸柱顶端。当放上书后，要停留几秒钟，观察纸柱是否变形或倒塌。

安全与耐心：告诫学生在纸柱即将达到极限时，要更加轻柔，避免因操作不当导致提前倒塌。鼓励小组内分工：一人负责放书，一人负责扶住纸柱（但不施力，以防作弊），一人负责数数并记录，一人负责观察和报告纸柱的变化（如“纸柱开始弯曲了！”“接口处要裂开了！”）。

观察与思考：引导学生不仅关注“放了多少本”，更要关注“纸柱是怎么倒的”。是拦腰折断了？是接口处崩开了？还是慢慢弯曲变形了？这些细节都是宝贵的科学证据。

数据记录：要求学生在记录单上详细记录每种形状纸筒承受的书本数量，至少测试两次，取最大值或比较稳定的数据。

教师观察到的典型场景：当测试圆柱形纸筒时，随着书本一本本加上去，学生往往瞪大眼睛，发出阵阵惊呼。“哇！还能放！第5本了！”“第8本了！”“纸筒有点扁了，但还没倒！”而当测试三棱柱或四棱柱时，可能在只放了2、3本书时就瞬间坍塌。这种强烈的反差会给学生留下极其深刻的印象。

3.数据汇总与分析：【高频考点】

实验结束后，教师组织各小组汇报数据。教师在黑板上或利用Excel表格现场汇总全班数据。

展示样例：

小组三棱柱四棱柱圆柱

第一组3本5本11本

第二组2本4本9本

第三组4本6本15本

引导学生观察数据：“请大家仔细观察这些数据，你发现了什么共同的规律？”

学生通过对比，能清晰地发现：圆柱形（或近似圆柱形）的纸筒承重能力最强，四棱柱次之，三棱柱最弱。【非常重要】这个结论不是老师告诉的，而是学生自己通过实验数据发现的。

教师追问：“为什么圆柱形会这么强呢？大家结合刚才观察到的纸柱倒塌时的样子想一想。”

引导学生理解：圆柱形的侧面没有棱角，重量被均匀地分散到了整个圆弧面上，每个点承受的压力都差不多；而有棱角的形状，比如三棱柱，压力会集中在棱上，这些地方最容易先被压弯或撕裂。【难点】教师可以借助多媒体动画或比喻（如“就像大家排队，分散站（圆柱）比挤在墙角（棱角）更不容易被挤倒”）帮助学生理解。

（四）联系生活，拓展应用：从课堂走向世界

1.寻找“大力士”的影子：【热点】

教师展示一系列图片和实物：巨大的煤气罐、高耸的烟囱、雄伟的体育馆穹顶、鸡蛋的薄壳结构、建筑工地上的脚手架、饮料瓶、瓦楞纸箱、纸杯、装鸡蛋的纸托、一次性餐盒上的加强筋等等。

引导学生辨认和讨论：“这些物体都运用了我们今天发现的什么科学原理？它们为什么要做成这种形状？”

学生能够发现，生活中许多物品都巧妙地运用了“改变形状以增强强度”的原理。例如，瓦楞纸箱的瓦楞结构不仅增加了承重，还起到了缓冲作用；鸡蛋的拱形结构能承受很大的外部压力；饮料瓶的圆形瓶身既节省材料又坚固耐用。

2.微项目化学习延伸：【基础】

教师提出挑战：“今天我们只测试了三种基本形状，生活中还有很多复杂的形状，比如拱形、工字型、蜂窝状。请同学们在课后继续扮演‘材料工程师’，利用互联网或图书馆，查阅资料，了解为什么大型桥梁和飞机机翼的骨架常常被设计成‘工’字形或蜂窝状？它们比我们的圆柱形还要厉害吗？下节课我们来举办一个‘结构与形状’小型发布会，分享你们的发现。”

这个拓展任务将课堂探究延伸至课外，鼓励学生进行跨学科学习（科学、技术、工程、艺术），培养信息检索和自主学习能力。

五、板书设计：思维可视化

一、折形状

（主板书区）（副板书区：生成性记录）

探究问题：公平测试：相同条件

形状如何影响承重能力？纸张大小、厚度、接口方式

书本大小、放置方式

实验结论：【非常重要】……

圆柱形（圆筒形）>四棱柱>三棱柱

原因：力量均匀分散

应用：瓦楞纸、体育馆、柱子……

六、教学反思与预设

本课设计以“高阶思维”和“深度探究”为目标，通过层层递进的问题链和结构化材料，引导二年级学生经历了一次完整的科学探究与工程实践雏形。重点在于将认知冲突（预测与结果的差异）转化为探