第二單元形狀與結構教學設計
第一課抵抗彎曲
【教學目標】
科學概念
● 房屋、橋樑結構中有“柱”和“樑”，樑比柱容易彎曲。
● 增加樑的寬度可以增加抗彎曲能力，增加樑的厚度可以大大增加抗彎曲能力。
過程與方法
● 識別和控制變數，記錄資料，分析資料並得出合理結論。
● 用簡單實驗說明橫截面為長方形的橫樑為什麼都是立著安放的。
情感、態度、價值觀
● 能夠大膽假設又能在實驗中小心求證。
教學準備
為小組準備：長度、寬度相同、厚度不同的紙條（相同的卡紙貼上而成），長度、厚度相同、寬度不同的紙條；鐵墊圈、竹片或尺子。
教師自己準備：有關的建築**。
【教學過程】
教學過程：
一、 質疑匯入新課
在三年級時，我們研究過紙承受拉伸和彎曲的效能。說說紙承受彎曲的效能如何？
（學生自由表述自己的想法和意見）
（1）**匯入瞭解：房子和橋樑都是依靠柱和樑支撐的。這要通過觀察、比較最簡單的房子和最簡單的橋的結構特點來認識。
用板凳來比喻柱和樑，用板凳來比喻房子和橋樑，學生就容易理解房子和橋樑結構的共同點了，因為它們在結構上都和板凳是類似的。
（2）通過對比讓學生認識到，柱子承受的壓力是要把柱子壓短、壓碎，這當然是很不容易的。橫樑承受的壓力要把橫樑壓彎、壓斷，這就比較容易了。所以，研究橫樑抗彎曲能力就很重要了。
二、 紙的厚度與抗彎曲能力的大小。
在同學們的學習生活中用得最多的就是紙，那麼你們在學習中特意去留心紙的特性了嗎？今天我們就一起來研究一下紙抗彎曲的能力與什麼有關。
1.、教師提出問題：
薄的紙連自身重量都不能承受就彎曲了。那厚的紙呢？
同學們猜想一下如果加大紙的厚度，紙的抗變曲能力會怎樣呢？（小黑板出示）
2、通過同學的猜想會提出問題，在這個過程中教加強引導，把學生的注意力集中到：影響彎曲的因素上
3、針對學生的疑問教師指導學生制定實驗計劃與實施中注意的問題。
（1） 注意實驗應控制哪些量不變。
（2） 怎樣表示紙的抗彎曲能力的大小？
（3） **設計：表1
4、並根據所得資料製成曲線圖進行資料統計和分析。（本課時對學生實驗技能的得要培養）
5、最後得出結論：增加厚度可以明顯地加強其承受重量的能力。
三、 平放還是立放。
我們發現橋樑的橫截面一般是什麼樣子的？觀察橋樑是怎樣安放的，通過今天的學習，請同學們說說這樣安放的理由。並用實驗來證明自己的理由。
四、 課堂小結
提問歸納本節課學習的要點，指名這生回答教師給予更正完善。
反思：我認為上好這堂課的關鍵在於讓學生把握好控制變數。經過討論，學生會知道：
紙放在兩個盒子上面做成橋的樣子，兩個盒子之間的架空距離應保持不變；墊圈要放在不同厚度（寬度）紙的相同位置（紙的中間），最好把墊圈疊起來。學生的回答正是解決了控制變數的好辦法（兩個盒子之間的架空距離應保持不變；墊圈放在同一位置）。
2形狀和抗彎曲能力
【教學目標】
科學概念
● 改變材料的形狀，可以改變材料的抗彎曲能力。
過程與方法
● 做紙的形狀與抗彎曲能力關係的實驗。
● 觀察瓦楞紙板的結構，作出解釋和提出問題。
情感、態度、價值觀
● 意識到小組合作做實驗進行**的必要性。
● 樂於根據觀察作出解釋和提出問題。
教學準備
為小組準備：實驗用的大小相同的紙若干張、鐵墊圈、膠水、包裝箱瓦楞紙板。
教師自己準備：一些不同形狀的鋼、鋁型材樣品或相關**。
教學過程：
一、 複習匯入
通過上節課的學習我們知道增加物體的厚度可以明顯地加強材料的抗彎曲能力，但這樣就要增加材料的用量。同學們還能為工程師想想其它的辦法嗎？
二、 瓦楞紙的研究
我們平時看到的很多物品的包裝都用到一種紙，同學們知道這種紙的名字嗎？
（這種紙叫瓦楞紙）
1、 感知瓦楞紙的特性
同學人平時也接觸過這種紙，現在老師也為大家準備了這種紙。大家右以拿到手上感受一下並可以折一折，感覺一下它有多硬，抗彎曲能力如何？
(分組感知紙的特性)
2、 實驗一：
我們利用解剖的方法，觀察瓦楞紙的結構是怎樣的，看看各組成部分的厚薄和軟硬。
(經過研究，我們產生的什麼產生了什麼問題或想法？準備怎樣繼續研究？)
三、 形狀與抗彎曲能力
通過上面的實驗我們得出了一個最關鍵的問題就是：估計一下，什麼樣的形狀有好的抗彎曲能力？
1、 實驗要求：不改變紙的長度，把紙折成不同形狀，**並實際測試它們的抗彎曲能力。
2、 測度記錄：
3、 小黑板出示問題：
(1) 與沒有折的紙比較，它們的抗彎曲能力增強了嗎？
(2) 比較這些形狀的紙抗彎曲能力的大小，試做出自己的解釋。
(3) 為什麼有的鋼材或鋁材要做成“t”、“u”、“l”、“工”字或“口”字等形狀？
四、 總結
通過學習我們用事實證明了，哪些結構和情況下材料的抗彎曲能力可以得到明顯的增強，指明學生加答教師補充完整。
反思：本課是在上一課研究了“寬度、厚度與抗彎曲能力”的關係基礎上，進一步研究改變形狀對增強抗彎曲能力的作用。本課的實驗操作仍比較簡單，教學重點還是應該放在對實驗資料的分析上。
在教學安排上，從生活現象入手，通過實驗，應用結論再分析解決生活中的事物。
3、拱形的力量
【教學目標】
科學概念
● 拱形可以向下和向外傳遞承受的壓力，所以能夠承受很大的壓力。
過程與方法
● 根據觀察到的拱形產生的形變來推想它受力的狀況。
情感、態度、價值觀
● 認識到邊實驗邊思考，對不斷深入研究的重要性。
教學準備
為小組準備：做拱形的紙，鐵墊圈若干。
教師自己準備：相關的**資料。
學生自己準備：搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。
教學過程：
一、 激趣匯入
讓學生看一些拱橋的**。問為什麼橋要做成拱形，特別是在古代，材料還不是很多，強度也不是很好的年代。其原因在那裡？同學們原意和老師一起來解開這個千古之謎嗎？
二、 拱形承受壓測試。
1、 實驗：做一個紙拱，試試它能承受壓力嗎？
2、 學生分組進行實驗(要求學生做好分工與記錄)
3、 要求：測試紙拱能承受多大壓力。
觀察紙拱隨著壓力的增強，形狀有什麼變化。
4、 分組表述自己的實驗結果。
三、 讓拱形承受更大的壓力。
提出問題讓學生自主解決：
1、 怎樣使紙拱能承受更大的壓力。
2、 提示：根據拱形受壓變形的現象，尋找克服變形的方法。
3、 學生組實驗：要求學生做好工，並注意哪些量是要求不變的。
四、 長壽的石拱橋
通過資料讓學生感受我國歷史上豐富多彩和發達的造橋工藝。
反思：這課教學，對於拱形為什麼抗彎曲能力會增強的原因是教學的難點和重點。我將4枚墊片壓在拱形上，讓學生觀察，與沒壓之前，在形狀上發現了哪些變化？
學生都能找到一些，如：放墊片的地方塌下去了；與它相鄰的區域鼓起來了；拱形的腳彈開去了或者伸攏來了等等。在此基礎上，讓學生理解為什麼拱形的抗彎曲能力會增強，學生理解起來相對比較順利與自然。
4、找拱形
【教學目標】
科學概念
● 圓頂形、球形等有和拱形相似的特點，可以承受很大的壓力。
過程與方法
● 用已有知識對常見弧形結構承受力的特點作解釋。
● 發展觀察、聯想和邏輯推理能力。
情感、態度、價值觀
● 感受科學技術對我們生活的影響。
教學準備
為小組準備：完整的和對半剖開的乒乓球，完整的和剪開的塑料飲料瓶。
教師自己準備：類似拱形、圓頂形和球形的物品或相關**，若干根相同的硬紙條（演示拱形拼成圓頂形和球形）。
教學過程：
一、引入。我們周圍有許多圓弧形的東西。它們和拱形有沒有關係？
二、認識圓頂形、球形，研究它們承受壓力的特點。
1、觀察：觀察課本中圓頂形建築和物品的插圖，或觀察教師提供的**。
2、這些物體的形狀可以叫做什麼形狀？
3、演示：圓頂形與拱形有聯絡嗎？演示幾個相同的拱形可以拼成一個半圓形。
4、提問：我們看到的這些物體為什麼做成圓頂形？圓頂形承受壓力的能力如何？
5、觀察、實驗、分析：觀察剖成兩半的乒乓球，看球殼的厚薄，捏一捏塑料皮的軟硬。你們估計一下，把半個乒乓球扣在桌上，向下壓它，它能承受多大的壓力？
現在我們在三個這樣的半個乒乓球上摞書，看能摞多少本？實驗演示。你們認為圓頂形承受壓力的能力如何？
試著解釋一下，為什麼半個乒乓球能承受這麼重的書？（適時提示：拱形的拱腳是要用力抵住的，圓頂形為什麼不需要抵住？
想一想，如果幾個人手牽手圍成一個圓，每個人都努力向外退，能走開嗎？為什麼？）
6、教師講述：兩個半球形可以組合成一個球形，球形也可以看成是若干個拱形的組合，球形硌個方向上都是拱形的。球形的任何一個地方受力，力都可以向四周均勻地分散開來，所以球形比任何形狀都更堅固。
巨大的貯油罐做成球形就是這個道理。電燈泡為了更透光，玻璃殼很薄，但做成球形，它就比較堅固了。
三、塑料瓶形狀的分析
1、談話：在我們周圍利用拱形增加材料強度的例子很多。我們來做一個“關於塑料瓶形狀的研究報告”。
你們可以先觀察塑料瓶的各部分的形狀，看哪些部位包含了拱形，與剖開的塑料瓶對比，試一試強度上的差別，寫出發現。
2、小組研究，教師巡視。彙報交流。
四、認識生物體結構中的拱形結構
1、談話：我們研究了人工設計的物體。我們自己身體中存在著拱形結構嗎？
人的肋骨是什麼形狀的？有什麼好處？頭骨是什麼形狀的？
有什麼好處？人的腳骨也是拱形的嗎？它能使人的腳承受更大的重量且有彈性。
2、提問：
觀察龜殼、貝殼、蛋殼等，說說這些形狀對它們自身有什麼意義？
3、小結：研究了拱形後，你們有什麼感想？
反思：很難理解不通學生為什麼很難將拱形與球形和圓頂形拉上關係，或者為什麼總是將拱形和圓頂形和球形混為一談。對於生物中的拱形的教學一會拱形，一會兒又是圓頂形，一會兒又是球形，搞得更是學生暈頭轉向。
5、做框架
【教學目標】
科學概念
● 三角形框架具有穩定性，利用三角形框架可以加固框架結構。
過程與方法
● 用三角形框架來加固框架結構。
● 設計、製作一個可以支承重物的框架結構。
情感、態度、價值觀
● 體驗動腦、動手合作做框架的必要，獲得成功的喜悅。
教學準備
為小組準備：筷子或塑料吸管、橡皮筋、剪子。
教師自己準備：框架結構建築的**或影像。
教學過程：
一、 匯入新課
現示各種框架結構的**(可選**材料)
二、 研究簡單框架
1、 實踐體會
利用筷子捆一角形框架和長方形框架
觀察經們受到力的作用時有什麼不同？
哪一個容易變形？
可以把長方形框架加固嗎？
2、 根據要求分組操作，並作好各種形狀的記錄。
主要思考增加斜杆起什麼作用？
並說說三角形框架有什麼特點。
三、 做一個堅固的正方體框架
1、 請同不思考如何製作一個堅固的方體框架。
2、 製作一個較複雜的結構，應當先畫草圖，計算材料。
3、 做一個堅固的正方體框架要多少根橫杆？多少根豎杆？多少根斜杆？它們的長短一樣嗎？
4、 每根斜杆起什麼作用？框架中有多少個三角形？