2026秋小学人教鄂教版科学三年级上册第五单元 小小建筑师《18 建筑中的结构》教学设计

2026秋小学人教鄂教版科学三年级上册第五单元小小建筑师《18建筑中的结构》教学设计一、教材分析（一）课标依据2026年义务教育科学课程标准技术与工程领域3-4年级学段要求明确提出，学生需“认识常见的技术产品及其结构，知道结构与功能相统一”，能“利用身边的材料设计并制作简单的技术作品，说明其结构和功能”。本课时属于人教鄂教版2026秋小学科学三年级上册第五单元“小小建筑师”的第18课，是单元技术工程实践的核心逻辑节点，前面承接第16课《建筑中的材料》、第17课《设计我的小屋》对建筑材料性能、建筑功能需求的认知，后续对接第19课《制作我的小屋》的工程实践，承担“结构认知”的承上启下作用。（二）内容编排逻辑教材内容分为三个梯度，第一梯度是生活感知：呈现赵州桥、港珠澳大桥、水立方、鸟巢等学生熟悉的标志性建筑实景图，引导学生观察不同建筑的外部形态差异；第二梯度是探究建构：设置纸桥承重对比实验，引导学生在动手操作中感知结构对承重能力的影响；第三梯度是拓展应用：引导学生联系生活，识别不同场景下的建筑结构类型，建立“结构决定功能”的工程思维。教材编排符合三年级学生从具象感知到抽象建构的认知规律，突出“做中学、用中学、创中学”的新课标理念。二、学情分析（一）认知基础三年级学生已在本单元前两课掌握了常见建筑材料的硬度、防水性等性能特点，日常积累了大量建筑的直观感知，能说出赵州桥、鸟巢等知名建筑的名称，但对建筑形态背后的结构原理缺乏认知，对“相同材料下结构变化会改变功能”的规律没有系统认知。（二）能力特点该学段学生具象思维占主导，抽象逻辑思维处于萌芽阶段，动手操作意愿强，能完成简单的搭建、测量任务，但控制变量的实验思维尚未形成，小组合作中容易出现分工模糊、操作不规范的问题，对实验数据的整理和归纳能力有待提升。（三）兴趣指向学生对“搭建筑”“测承重”等动手类活动兴趣浓厚，对中国古今超级工程的相关内容好奇心强，但容易在活动中聚焦“玩”的过程，忽略对背后科学原理的思考，需要教师通过问题链引导深度探究。三、教学目标（一）知识与技能1.能准确识别拱形结构、桁架结构、薄壳结构、框架结构4种常见建筑结构，说出每种结构的核心特点及至少2个生活实例；2.能独立完成对比实验操作，严格控制桥墩跨度、高度、材料数量等无关变量，准确记录实验数据并计算平均值；3.能结合结构特点，说出提升纸桥承重能力的至少2种优化方案。（二）过程与方法1.通过观察4类建筑的实景图、模型，归纳不同结构的外部特征，提升观察与分类归纳能力；2.通过小组合作开展纸桥承重对比实验，掌握控制变量的科学探究方法，提升动手操作与数据处理能力；3.通过解决“提升纸桥承重”的真实问题，形成“根据功能需求设计结构”的工程思维。（三）情感态度价值观1.通过了解赵州桥、港珠澳大桥等中国本土建筑的结构优势，感受中国古今劳动人民的工程智慧，增强民族自豪感与文化自信；2.在小组实验过程中，养成主动承担分工、倾听他人意见、共同解决问题的合作意识；3.感受建筑结构的巧妙性，激发对建筑工程领域的探究兴趣，初步树立“结构决定功能”的工程意识，落实科学核心素养中“态度责任”的培育要求。四、教学重点认识4种常见建筑结构的特点与应用场景，通过对比实验探究不同结构的承重能力差异。五、教学难点理解建筑结构的受力传导逻辑，能在对比实验中严格控制无关变量，保证实验数据的准确性。六、课前准备（一）教师准备1.教学资源：PPT课件（含赵州桥、港珠澳大桥桁架段、国家游泳中心（水立方）、国家体育场（鸟巢）、埃菲尔铁塔等实景图，结构受力动画演示视频，实验操作规范微视频）；4种结构的实物演示模型各1个；生鸡蛋1个；精度0.1g的电子秤1台；50g钩码10个。2.实验预设数据：统一实验参数：桥墩高度8cm，跨度15cm，实验用纸为70gA4纸，测试重物为第五套一元硬币（单枚重量6.0-6.1g），提前对参数进行预实验验证：平桥平均承重1-2枚硬币，拱形桥平均承重10-15枚硬币，数据差异显著，便于学生直观感知。（二）学生准备（每组4人配置）70gA4纸2张；固体胶1个；安全剪刀1把；统一规格的塑料桥墩2个（高度8cm）；第五套一元硬币20枚；实验记录单1份；马克笔1支。其中实验记录单设置栏目为：实验名称、小组成员及分工、不变量、改变量、实验次数、平桥承重硬币数量、拱形桥承重硬币数量、平均值、实验结论。七、课时安排1课时，共计40分钟。八、教学过程（一）导入环节（5分钟）1.教师演示对比小实验：取出两张完全相同的70gA4纸，将第一张纸平铺在两个高度8cm、跨度15cm的桥墩上，在桥面中心轻轻放置1枚一元硬币，桥面立即塌陷接触桌面；将第二张纸弯曲成弧度120°的拱形，两端卡在桥墩内侧，同样在中心放置硬币，连续放置10枚硬币后桥面仍未塌陷。2.教师提出驱动性问题：“两张完全一样的纸，只是摆放的形状不同，为什么承重能力差了这么多？建筑的坚固程度除了和材料有关，还和什么因素有关？”3.请2-3名学生自由发言，教师引导学生提炼出“结构”的核心概念，引出本节课主题《建筑中的结构》。设计意图：通过直观的演示实验制造认知冲突，快速聚焦学生注意力，契合三年级学生具象感知的认知特点，明确本节课的探究方向。（二）新授环节（12分钟）1.认识常见建筑结构（10分钟）（1）拱形结构：教师出示赵州桥实景图，介绍：“赵州桥是隋朝工匠李春设计建造的，距今已有1400多年历史，经历过8次地震、多次洪水仍完好保存，是世界上现存最早的敞肩石拱桥。”播放拱形受力动画：当重物压在拱形顶端时，力会沿着拱形向下、向两侧传递给桥墩，只要桥墩足够牢固，拱形就能承受很大的重量。教师补充实例：窑洞的拱形顶、隧道的拱形支撑、老式拱桥都是拱形结构的应用。（2）桁架结构：教师出示港珠澳大桥的钢结构桁架段实景图，拿出桁架模型演示：“桁架结构是由很多三角形拼接而成的，大家可以动手拉一拉模型，是不是很难变形？”请前排2名学生上台体验，引导学生说出三角形具有稳定性的特点。教师讲解：桁架结构用空心的钢材拼接，用料只有实心钢结构的1/3，但是承重能力和实心结构几乎相同，还能减小风阻，港珠澳大桥的非通航段全部采用了桁架结构，节省了近40万吨钢材。补充实例：铁路桥、高压输电铁塔、塔吊都用到了桁架结构。（3）薄壳结构：教师拿出1个生鸡蛋，请一名学生上台用整个手掌握住鸡蛋均匀用力，学生无法将鸡蛋握碎。教师讲解：这就是薄壳结构的原理，薄壳是曲面结构，受到的压力会均匀分散到整个壳的表面，所以看似很薄的壳能承受很大的力。出示水立方、国家大剧院的实景图：这两个建筑的外壳都采用了薄壳结构，重量只有同等面积玻璃的1/10，但是能承受12级台风的冲击力。补充实例：安全帽、乌龟壳都是薄壳结构的应用。（4）框架结构：教师出示鸟巢、埃菲尔铁塔的实景图，拿出框架模型演示：框架结构是用钢筋、钢材等杆件交叉连接而成，中间是镂空的，自重非常轻，风可以从镂空的地方穿过去，抗风、抗震能力非常强。我们住的楼房的钢筋骨架就是框架结构，遇到地震的时候即使外墙脱落，框架也能保持不倒塌，保护我们的安全。2.实验设计引导（2分钟）教师提出问题：“我们刚才知道了拱形结构承重能力强，怎么用实验准确证明这个结论？实验中要保持哪些条件不变，只改变什么条件？”引导学生小组讨论1分钟，然后请学生发言，共同明确：不变量（无关变量）为桥墩高度、桥墩跨度、纸张数量和规格、重物放置位置、放重物的力度；改变量（唯一变量）为桥的结构（平桥/拱形桥），只有控制其他条件完全相同，实验得出的结论才是科学的。设计意图：通过实景图、模型、小体验多维度呈现不同结构的特点，融入中国超级工程案例，落实文化自信的培育，通过问题引导帮助学生建立控制变量的实验思维，为后续小组实验做好铺垫。（三）小组合作实验环节（13分钟）1.分组与分工（1分钟）：全班按照4人异质分组，提前明确分工：材料员负责领取、整理实验材料；操作员负责搭建桥体、放置硬币；记录员负责如实填写实验记录单；汇报员负责整理小组数据，上台汇报。2.实验要求明确（1分钟）：教师播放1分钟实验操作微视频，明确操作规范：（1）搭建平桥时直接将A4纸平铺在桥墩上，不能折叠，两端不能粘在桥墩上；（2）搭建拱形桥时将A4纸弯成弧形，两端卡在桥墩内侧，不能用胶固定；（3）放置硬币时要轻拿轻放，每次放1枚，放在桥面中心位置，直到桥面接触桌面即为倒塌，记录倒塌前的硬币数量；（4）每种桥的承重测试重复3次，去掉最高和最低值后取平均值，填入记录单。3.小组实验开展（8分钟）：各组按照要求开展实验，教师巡回指导，重点关注：（1）各组是否严格控制无关变量，若发现桥墩移位、硬币放置位置偏移等问题及时提醒纠正；（2）引导学生如实记录数据，不能随意修改不符合预期的实验结果；（3）对承重效果差的小组，引导他们调整拱形的弧度，观察弧度为120°左右时承重能力最优的规律。4.成果汇报与总结（3分钟）：请3个具有代表性的小组上台展示实验记录单，汇报实验数据：例如1组平桥平均承重1.5枚，拱形桥平均承重12枚；2组平桥平均承重1枚，拱形桥平均承重10枚；3组平桥平均承重2枚，拱形桥平均承重14枚。教师引导全班观察数据，共同得出实验结论：在材料、桥墩参数等条件完全相同的情况下，拱形结构的承重能力远高于平面结构。针对个别小组拱形承重偏低的情况，引导学生分析原因：例如拱形弧度太小、两端没有固定牢固，帮助学生梳理实验误差的来源。设计意图：通过明确的分工和操作规范，保证实验有序开展，让学生在动手操作中直观感知结构对功能的影响，提升探究实践能力，通过数据汇报培养学生的证据意识。（四）课堂练习环节（5分钟）教师PPT出示分层练习题，学生独立完成后全班订正：1.基础题（连线题）：将下列建筑与对应的结构类型连线：赵州桥——拱形结构；港珠澳大桥非通航段——桁架结构；水立方——薄壳结构；鸟巢——框架结构。2.提升题（选择题）：（1）高压输电铁塔不容易倒塌是因为用到了（）结构的原理？A.拱形B.桁架C.薄壳答案：B（2）下列哪种物品的设计用到了薄壳结构的原理？（）A.安全帽B.防盗门C.课桌答案：A（3）我们居住的高层住宅的主体结构属于（）？A.拱形B.薄壳C.框架答案：C3.拓展题（开放题）：如果要设计一座跨度20cm的纸桥，要求能承受至少20枚一元硬币的重量，你可以用到哪些结构来提升承重能力？请2-3名学生发言，教师点评：例如可以将拱形和桁架结构结合，或者搭建双层拱形结构，只要符合结构原理都予以肯定。设计意图：通过分层练习巩固本节课的核心知识点，开放题引导学生将所学知识应用到工程设计中，提升知识迁移能力。（五）课堂小结（3分钟）教师引导学生共同回顾本节课内容：“今天我们认识了建筑中常见的四种结构，分别是拱形、桁架、薄壳、框架，知道了不同的结构有不同的特点，通过实验我们发现相同材料下，拱形比平面结构的承重能力强很多。我们国家古代就有赵州桥这样领先世界的拱形建筑，现在的港珠澳大桥更是用到了多种先进的结构设计，是世界上最长的跨海大桥，这些都是劳动人民智慧的结晶。”（六）作业布置（2分钟）1.基础作业：回家观察小区、周边道路的建筑，找出3种不同的结构，用拍照或者画图的方式记录下来，标注结构类型，下节课带来分享。2.拓展作业：用家里的废卡纸、雪糕棍等材料，设计一座跨度20cm的纸桥，要求能承受至少5枚一元硬币的重量，下节课我们开展“最强纸桥”评比活动。设计意图：分层作业兼顾不同能力水平的学生，拓展作业将课堂探究延伸到课后，进一步激发学生的工程设计兴趣。九、板书设计常见建筑结构核心特点应用实例实验结论拱形结构压力分散，承重强赵州桥、隧道相同条件下：

拱形结构承重＞平面结构承重桁架结构三角形稳定，用料少港珠澳大桥、输电塔薄壳结构曲面受力均匀，坚固水立方、安全帽框架结构镂空，自重轻，抗风抗震鸟巢、高层住宅（一）教学亮点1.导入设计直观有效：通过两张A4纸的对比演示实验快速制造认知冲突，契合三年级学生的认知特点，课堂导入的注意力聚焦率达到100%；2.核心素养落实到位：教学中融入赵州桥、港珠澳大桥等中国本土工程案例，将文化自信的培育融入科学知识学习，实验过程中严格落实控制变量的探究方法，提升学生的科学思维与探究实践能力；3.活动设计可操作性强：提前统一所有实验参数，预实验验证数据差异显著，操作规范清晰，学生的实验完成率达到95%以上，大部分小组能得出准确的实验结论。（二）存在问题1.部分小组的实验操作存在误差：约10%的小组在放置硬币时没有放在中心位置，或者桥墩出现移位，导致实验数据和其他组差异较大，后续需