2026秋小学冀人版科学五年级上册科技擂台《生涯链接 汽车与骑车设计师》教学设计

2026秋小学冀人版科学五年级上册科技擂台《生涯链接汽车与骑车设计师》教学设计一、教材分析本课时是2026年秋季冀人版五年级上册科学第五单元“小小工程师”板块下设的“科技擂台”拓展内容，属于2026版义务教育科学课程标准规定的“跨学科实践·工程设计与生涯启蒙”范畴。课时内容依托前三单元所学的材料特性、力的作用与反作用、摩擦力、结构稳定性等核心科学知识，衔接第五单元已学的“明确问题→确定方案→设计制作→测试改进→展示交流”工程设计基本流程，将科学知识、工程方法与真实职业场景深度融合。本课时的设置既是对前面力学、材料学知识点的巩固应用，也是对工程思维的落地实践，同时契合新课标“从学生真实生活和发展需要出发，开展生涯启蒙教育，建立科学与职业、社会的关联”的要求，通过科技擂台的竞赛式活动形式，符合五年级学生的探究兴趣，能够让学生在解决真实问题的过程中落实科学观念、科学探究、科学态度与责任、STSE融合的核心素养。二、学情分析五年级学生年龄集中在10-11岁，处于具体运算阶段向形式运算阶段过渡的关键期，具象思维仍占主导，对直观的、与生活关联度高的学习内容兴趣浓厚，已具备以下学习基础：（一）知识基础已经掌握摩擦力的影响因素、力的作用效果、常见材料的密度与承重特性等核心科学知识点，熟悉工程设计的基本步骤，能识别3种以上常见的工程结构。（二）能力基础具备简单的制图能力、小组分工协作能力，能够完成基础的数值核算与信息整理，85%以上的学生能独立完成弹簧测力计、电子秤等常用测量工具的操作。（三）生活经验日常上下学多使用自行车或乘坐汽车，对两类交通工具的外观、基本功能有直观认知，60%以上的学生有调节自行车车座、更换自行车配件的生活经验，对“设计优化”有朴素的认知。同时学生也存在三点认知难点：一是对“职业”的认知停留在名称层面，不了解设计师工作的系统性与约束性；二是做设计时容易优先考虑“好看”“炫酷”等个性化需求，忽略成本、安全、普适性等工程设计的核心约束；三是不能主动将所学科学知识与真实设计场景结合，存在知识与应用脱节的问题。三、教学目标（一）知识与技能1.能够准确说出汽车设计师与自行车设计师的核心工作内容、基本工作流程，能够列举3项以上两类设计师工作的共性要求与2项以上差异性要求；2.能够准确运用摩擦力、材料密度、弹力缓冲等已学科学知识，完成1款符合给定约束条件的小学生代步自行车优化设计，知识点应用准确率不低于90%；3.能够准确核算设计方案的总成本与总重量，判断方案是否符合约束要求，数据核算准确率不低于85%。（二）过程与方法1.通过观看职业访谈视频、梳理职业信息的过程，掌握信息提取、归纳梳理的方法，能够从案例中提炼出工程设计的核心要素；2.通过小组分工完成设计任务的过程，掌握“需求-约束-方案”匹配的工程设计方法，能够在小组协作中完成方案的讨论、修改与完善；3.通过展示互评的过程，掌握基于量规的标准化评价方法，能够准确指出他人方案的优点与可优化点，给出具体的可落地改进建议。（三）情感态度与价值观1.体会汽车与自行车设计师“以用户为中心”的设计理念，感受工程设计造福人类的价值，树立用科学知识解决真实问题的意识；2.感受设计师在方案迭代过程中精益求精的工匠精神，形成尊重不同职业劳动、尊重创新创造的态度；3.在小组合作中形成分工协作、乐于分享、主动反思的学习习惯，提升对工程类职业的兴趣，建立初步的职业探索意愿。四、教学重点1.掌握汽车与自行车设计师的基本工作流程与核心设计要求；2.能够运用已学科学知识完成符合约束条件的代步工具优化设计。五、教学难点能够在设计过程中平衡用户需求、成本限制、性能要求等多重约束条件，实现设计方案的科学性与实用性统一。六、课前准备（一）教师准备1.教学资源类（1）经过内容审核的职业访谈微视频2段，每段时长2分30秒：第一段为国内头部新能源车企整车安全设计师访谈，内容包含设计师的日常工作内容、设计新能源汽车时重点考虑的3个核心因素（碰撞安全、能耗控制、用户适配）、为了方便老人上下车将车门门槛高度降低3cm、前后调整8次方案的真实经历；第二段为国内专业民用自行车品牌青少年线设计师访谈，内容包含设计小学生自行车时的核心考量、轮胎花纹与摩擦力的关联、车架材料的选择逻辑、首款设计产品上市时的感受；（2）配套PPT课件，包含不同场景使用的汽车、自行车对比图，工程设计约束条件说明，评价量规，往届学生优秀设计方案案例3份（标注每份方案的优点与不足）；2.实验与工具类（1）不同材质的车架样块（ABS塑料、6061铝合金、实木）各12套，标注单块重量、单价、承重数值；（2）不同纹路的轮胎样块（光面胎、细纹通勤胎、粗纹防滑胎）各12套，标注单块重量、单价、摩擦力测试数据；（3）其他配件样块（普通车座、减震车座、普通车铃、智能定位车铃、LED车灯、可调节支架、反光条）各12套，标注对应的重量与单价；（4）弹簧测力计、电子秤、计算器各12组，方便学生测试不同材料的性能、核算数据；（5）统一设计的《小学生代步自行车设计单》36份（按4人一组共9组准备，多备3份备用）、评价量规表36份、马克笔、直尺若干。（二）学生准备1.课前1周完成预学习任务：观察家中的自行车和日常乘坐的汽车，分别记录3个你认为设计不合理的地方，填写在预习单上；2.准备自己常用的彩笔、直尺，用于绘制设计图；3.自愿收集自己喜欢的交通工具设计图片，课上可参与分享。七、课时安排1课时，共40分钟。八、教学过程（一）导入（3分钟）1.教师活动（1）PPT出示4张图片，分别为普通通勤自行车、山地越野自行车、家用燃油轿车、户外越野SUV，提出游戏任务：“请同学们在1分钟内找出两类交通工具不同场景版本的设计差异，找出最多的小组得1个活动积分”；（2）统计学生找出的差异，比如自行车的轮胎纹路粗细、车架重量、有无减震，汽车的底盘高度、轮胎大小、有无车顶行李架等；（3）追问：“大家找的这些差异都是故意设计的吗？是谁设计了这些不同的功能？他们为什么要这么设计？”2.学生活动（1）参与找茬游戏，踊跃举手说出自己找到的差异；（2）思考教师提出的问题，预设回答：“是设计师设计的，因为不同的人使用场景不一样”。3.设计意图：用游戏化的导入快速激活学生的已有生活经验，聚焦“设计是为了满足需求”的核心逻辑，自然引出本节课的主题。（二）新知讲授（12分钟）1.认识汽车与自行车设计师的职业属性（5分钟）（1）教师活动：播放两段职业访谈微视频，播放前提出观看要求：“请大家认真观看，记录两个设计师的工作内容分别有哪些，有什么相同和不同的地方”；（2）播放结束后，组织学生交流观后收获，用PPT同步出示思维导图梳理内容；（3）补充讲解：“不管是汽车设计师还是自行车设计师，都属于交通工具设计师，是工程师的一种，他们的工作核心就是用科学知识解决人们出行的问题。”2.梳理设计师的核心工作流程（4分钟）（1）教师活动：结合访谈内容，用流程图展示设计师的工作全流程：①用户需求调研：了解不同人群的出行需求，比如小学生需要的自行车要轻便、安全，上班族需要的汽车要省油、好停车；②方案设计：结合科学知识选择合适的材料、设计结构，满足用户需求；③样品测试：制作出样品，测试安全性、耐用性、性能是否达标；④迭代优化：针对测试中发现的问题修改方案，可能要修改几十次甚至上百次才能达标；⑤量产落地：确定最终方案后投入生产，送到消费者手里。（2）提问：“大家觉得设计师的工作和我们之前学的工程设计流程有什么一样的地方？”引导学生关联已学的工程设计知识。3.明确设计的核心约束条件（3分钟）（1）教师活动：结合访谈中设计师提到的“门槛降3cm改了8次方案”的案例，讲解工程设计的四个核心约束：①安全：所有设计的前提是不能危害使用者的安全，比如汽车的碰撞测试要达到国家标准，自行车的刹车距离要符合要求；②成本：设计的产品要让目标用户买得起，不能用太昂贵的材料导致价格过高；③实用：设计的功能要真的能解决用户的问题，不能华而不实；④环保：尽量选择可回收的材料，减少能耗，符合绿色发展的要求。（2）提问：“结合大家之前记录的不合理设计，说说哪些设计违反了这几个约束？”2.学生活动（1）记录核心约束条件，结合预习内容分享自己发现的不合理设计，预设回答：“我家的自行车车座太硬，骑久了疼，就是不实用”“我看到有的大排量汽车很费油，不环保”。3.设计意图：通过真实的职业案例让学生对设计师的工作有具象的认知，关联已学的工程知识，明确设计的约束条件，为后续的小组设计活动做好铺垫。（三）小组合作探究（15分钟）1.明确设计任务与分工（2分钟）（1）教师活动：PPT出示本次设计的具体任务、需求与约束条件：①任务：设计一款适合小学3-6年级学生上下学使用的代步自行车优化方案；②用户核心需求：下雨路面湿滑时骑行不容易打滑；摔倒时能最大程度降低受伤概率；家长可以随时查看骑行位置，保障出行安全；③硬约束条件：整车生产成本不超过300元；整车总重量不超过5kg；适配身高120cm-160cm的学生使用。（2）出示小组分工要求：4人一组，设四个岗位：①调研员：负责整理本组预习时收集的不合理设计，提出需求适配建议；②绘图员：负责绘制设计草图，标注各部分的材料与功能；③核算员：负责根据样块的价格、重量数据，核算整车的总成本与总重量，确保符合约束条件；④发言人：负责后续上台汇报本组的设计方案。（3）下发设计单、材料样块、测量工具等。2.小组讨论与设计（10分钟）（1）教师活动：巡堂指导，针对不同小组的问题给出引导性建议：如果小组选了太贵的材料超预算，引导“有没有价格更低的材料可以实现一样的功能？”如果小组没有用到科学知识，引导“防滑的需求可以用我们学过的什么知识实现？”如果小组忽略了身高适配的需求，引导“3年级的同学个子矮，6年级的个子高，怎么设计能让大家都能用？”（2）学生活动：按分工完成设计，先讨论需求的解决方案，然后选择材料，绘制草图，核算成本与重量，填写设计单。预设合格方案如下：选择ABS塑料车架（单价60元，重量1.2kg，承重100kg）、粗纹防滑轮胎（单价40元，重量0.6kg/个，共2个，总价80元，重量1.2kg）、减震车座（单价30元，重量0.3kg）、智能定位车铃（单价35元，重量0.2kg）、LED车灯（单价20元，重量0.1kg）、可调节车座支架（单价25元，重量0.4kg）、脚踏（单价10元，重量0.3kg），总成本260元，总重量3.7kg，完全符合约束条件，设计亮点覆盖所有用户需求，用到了摩擦力、弹力、材料密度等知识点。3.方案自检（3分钟）（1）教师活动：引导学生对照设计要求和约束条件自检，修改不符合要求的地方，比如超预算的可以替换材料，功能不全的可以补充设计。4.设计意图：通过真实的设计任务让学生将所学的科学知识应用到实践中，体会设计师的工作逻辑，培养小组协作能力与工程思维。（四）课堂练习与展示互评（5分钟）1.教师活动（1）出示评价量规，明确打分规则：①符合约束条件（40分）：成本不超300元得20分，重量不超5kg得20分，不符合不得分；②科学知识应用（30分）：每正确应用1个已学科学知识点得10分，最多30分；③设计实用性与创新性（20分）：满足3个核心需求得10分，有额外的人性化设计（比如书包架、挡泥板）得10分；④汇报清晰度（10分）：表述清晰，逻辑通顺得10分；（2）邀请3个小组的发言人上台汇报，每个小组汇报1分钟，其他小组按量规打分；（3）统计得分，公布最优方案，点评各组的优点与不足，比如“第二组的方案还加了可折叠的设计，方便学生把自行车放到楼道里，非常有创意，但是成本超了15元，可以把普通车灯换成反光条，成本就降下来了”“第四组的方案用到了3个科学知识点，非常准确，但是没有考虑身高适配的问题，可以加一个可调节的车把，就能适配不同身高的同学了”。2.学生活动（1）上台汇报自己小组的设计，认真倾听其他小组的方案，按量规公平打分；（2）记录教师点评的内容，思考自己小组方案的优化方向。3.设计意图：通过展示互评让学生学会客观评价他人的设计，反思自己的不足，巩固所学的知识。（五）课堂小结（3分钟）1.教师活动：引导学生一起回顾本节课的内容：“今天我们认识了汽车和自行车设计师这两个职业，谁能说说设计师的工作流程是什么？设计的时候要考虑哪些约束条件？”“我们做设计的时候，不能只想着好看，最重要的是用我们学过的科学知识解决真实的问题，让大家的生活更方便，这就是工程师的价值。现在我们国家的新能源汽车、高性能自行车都在全世界很有名，这些都是中国的设计师和工程师努力的结果，未来如果大家感兴趣，也可以成为优秀的交通工具设计师，设计出更棒的产品。”2.学生活动：跟着教师回顾知识点，分享自己本节课的收获。（六）作业布置（2分钟）1.基础作业：结合今天课上的点评，完善自己小组的设计方案，调整不符合约束条件的内容，补充至少1个人性化设计，重新核算成本与重量，下次课上交；2.拓展作业：观察小区里的无障碍出行交通工具（比如轮椅、无障碍代步车），记录1个你认为可以优化的设计点，尝试给出优化建