1、设计塔台模型教学设计设计塔台模型教学设计 【教材分析】【教材分析】 一个 “工程” 建造的系统工程包括： 明确任务设计建造 （模型） 测试评估改进。从本课开始，学生的学习视角从对工程的整体认知转到到工程设计这一核心内容。与之相应，教科书的编写体例不再沿用四个板块的模式，而是以工程建设的基本程序展开。 教科书一开始就提出“建立模型是工程设计中的重要环节，工程师常通过建立模型来测试他们的设计。 ” ， 明确建立模型的重要意义。 随后， 教科书对塔台模型的设计提出了明确的要求，同时提供材料清单以及评价表，一方面指导学生设计方向，另一方面从评估的角度利用评价表规范设计方案。此外，教科书提出了 5 个问
2、题供学生制定方案时思考，引导学生全面细致地考虑设计问题，帮助学生突破技术难点，尽可能设计出符合要求的塔台模型方案。 本课的内容是对上一节“标书”的具体化，聚焦塔台设计这个关键点来展开工程实践活动的。 下一节建造塔台模型要依照本课的设计方案来实施，单元结束课也要对本课设计的不足进行改进。所以本课的内容在整个单元中起到很重要的承上启下作用。 【学情分析】【学情分析】 本单元的学习活动始终基于模型展开， 有利于学生体会设计、 建立模型在工程中的重要性。 尽管本课为学生设计塔台模型提供了必要的支持，但对于学生来说依然具有挑战性， 学生要经历多维度的思考与权衡，最终整合出最为合适的设计，在设计思考过程中
3、，学生将再一次感受到工程设计的复杂性。 第一个挑战是设计图的绘制，学生的设计意识比较薄弱，对工程设计的要素接触较少，教师需要强调设计图纸的基本要求，如必要的文字、图形、数字等标注说明，及要绘制不同视角的设计图，全方位展现等。 第二个挑战是技术难关的突破，如形状结构设计、稳定性、控制倾斜等，教师需要引导学生发现其中的科学知识，为模型设计奠定知识基础，同时理解“工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动”这一主要概念。 【教学目标】【教学目标】 科学概念目标科学概念目标 1.工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素之间的关联。 2. 工程设计中蕴含着一定的科学知识 科学探究目
4、标科学探究目标 1.能根据建造塔台的具体任务，综合考虑相关因素，制定出建造方案 2.能根据限制条件设计出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。 3.能深入思考，发现并解决设计中的难点问题。 4.能反思自己的设计，不断改进。 科学态度目标科学态度目标 1.对工程设计抱有极强的兴趣。 2.愿意与小组成员合作、交流，共同完成设计任务。 3.具有反思意识，能听取同学的意见并不断改进自己的设计。 科学、技术、社会与环境目标科学、技术、社会与环境目标 1.感受到科学知识对设计好塔台的重要作用。 【教学重难点】【教学重难点】 重点：认识并理解工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及之间
5、的关联 难点：能根据建造塔台的具体任务，在限制条件下设计出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。 【材料准备】【材料准备】 实验器材：设计图纸、评价表、三角形与正方形的框架实物、铅笔、尺子 【教学流程图】【教学流程图】 【教学过程】【教学过程】 1.聚焦 出示教科书塔台图片，让学生观察塔台的结构和形状。 教师指出建立模型是工程设计中的重要环节， 工程师通常通过建立模型来测试他们的设计。从这节课开始，我们也要像工程师一样，设计、制作、测试、评估、改进塔台模型，经历建造塔台的过程。 设计意图：通过谈话的方式强调建立模型的重要性，明确本课的学习活动方向。同时指明本课之后的连续几课都是围
6、绕建造塔台而开展模型的设计、制作、测试、评估、改进等一系列活动。教师通过引导学生观察真实塔台图片，让学生初步了解塔台的结构和形状。 2、任务：设计塔台模型 （1）明确任务要求和材料 教师提问：学校给定了建造塔台的要求，我们能按照要求设计塔台吗？ 学生活动：阅读教科书中的要求。 教师和学生共同总结设计要求：设计图有图形、数字、文字、标志等细致说明；塔台的高度为 60 厘米，底部不能站在桌面上；稳固，具备一定的承重、抗风、抗震的能力；价廉，尽量节省材料；美观; 使用所给的材料。 教师出示材料选取要求， 展示材料实物： 70 根 20 厘米长的吸管、 剪刀 （1 或 2 把） 、 胶带、尺子（1 或
7、 2 把） 设计意图：创设真实任务情景，同时明确塔台设计和设计图纸的具体要求，便于学生依照设计图纸建立出符合要求的塔台模型。教师还需提示学生高度、安全性、承重是必须达成的重要指标。 （2）明确塔台模型评价标准 学生阅读教科书中的塔台模型制作评价表，了解细化评价标准和相应分值。 教师提问：我们有哪些相应的评分标准呢？引导学生再次明确塔台必须达到的限制条件，同时利用评价表的细节描述，为学生指明设计方向。 设计意图：评价表是学生进行塔台模型设计的重要帮手。评价表不仅整合了任务板块的所有要求，还进行了细化，帮助学生在设计过程中整合各项因素、达到要求的平衡点，体会工程设计的复杂性。 3、制定方案 （1）
8、突破技术难点 教师依次提出 5 个问题，并引导学生思考，学生进行小组研讨。 为了尽可能达到 60 厘米的塔高，你们的设计是如何考虑材料使用的？ 哪些设计是为了稳固塔台模型 教师出示埃菲尔铁塔等塔台的图片，提问这些塔台设计有什么共同点？（学生发现塔台有很多三角形） 教师出示三角形与正方形的框架实物，提问：那个形状更稳定？ 学生实验：用食指分别从两种形状物体上部中点往下压，感受对比它们的承受力，观察对比它们形状的改变。 （发现三角形状抗压、稳固） 设计意图：从实物图片观察到模型实验感受，使学生理解三角形结构稳定的特征，后续应用这一科学发现到塔台模型设计中。在这一过程中，学生感受到工程中蕴含着科学原
9、理，为制作模型打下良好的知识基础。 如何保证塔台不倒下？如何保证塔台的倾斜角最小？ 什么因素会导致塔台产生倾斜角？ 设计意图：问题和问题引导学生思考稳定性、倾斜角的问题，教师提示学生合理设计图纸，在塔台设计图的各个面上，标注面的大小，以此控制塔台的倾斜，以达到要求。学生进一步体会设计图纸中文字、数字、标志说明的重要性。 如何保证塔台能抵御大风或一定级别的地震 教师出示抗震设计示意图，讲解三种抗震方法，并提示学生这些也算入材料成本项。学生分析交流、自由选择 a. 耐震：加大底部面积或加重底座重量 b. 制震：塔台底部加入弹簧 c. 免震：塔台底部加滚珠 设计意图：对于抗风、抗震这一技术难关，教师
10、需要提供资料帮助学生理解不同的抗震方法及其原理，以便后续设计的顺利进行，同时让学生感受工程建设和科学技术之间的联系。 （2）设计图纸 教师提示学生阅读教科书上气泡图内的文字，学生思考交流设计的关键点，教师再次提醒设计图绘制的要求：有图形和文字标注、随时利用评价表明确设计标准。 小组设计塔台模型。 设计意图：通过教科书上气泡图的提示语，使学生进一步了解到设计工作的重要性，体会工程中各个系统之间是相互影响、相互制约的。学生亲历在限制条件下进行设计的活动，感受工程设计的复杂性和重要性。 （3）展示交流设计成果 学生代表进行设计方案的讲解和展示， 全班交流， 教师提示学生的讲解尽可能详实、 完整。 设
11、计意图：通过展示交流活动，促使全班进行互评、互鉴。 4、研讨 教师提问： （1）我们的设计方案完备吗？是否考虑到了各个因素？ （2）我们的设计方案还有需要调整的地方吗？打算怎样进一步调整？ 小组交流讨论，制定调整计划、改进设计方案。 设计意图： 以上两个问题融合在展示设计成果中， 通过问题 （1） 引导学生进行自查和互评，问题（2）引导学生发现问题并及时改进设计，各个小组可以互相补充、互相借鉴、各自完善设计方案。 【板书设计（生成） 】【板书设计（生成） 】 【板书说明】【板书说明】 和学生一起总结出塔台模型的设计要求和图纸的绘制要求。 【实验记录单】【实验记录单】 设计塔台模型记录单设计塔台
12、模型记录单 班级：_ 小组：_ 日期：_ 任务任务 设计制作塔台模型 设计设计 要求要求 1、设计图有图形、数字、文字、标识等细致说明 2、塔台的高度为 60 厘米、底部不能粘在桌面上 3、稳固，具备一定的承重、抗风、抗震的能力 4、价廉，尽量节省材料 5、美观 材料材料 吸管 （数量：_） 胶带（数量：_） 连接器（数量：_） 剪刀（数量：_） 设设 计计 图图 顶顶部部 底底部部 侧侧面面 塔台模型制作评价表塔台模型制作评价表 项目项目 1 1 分分 2 2 分分 3 3 分分 得分得分 文 字 及文 字 及图 画 设图 画 设计计 缺少文字和图画设计 设计了文字和图画说明， 但是说明较混
13、乱、缺乏条理，没有用数字进行定量说明或者没有关键性的箭头指示等 合理地设计了文字和图画说明，对设计结构的表述条理清晰，对每部分使用的材料进行了分工和用量的详细介绍 分 工 合分 工 合作作 分工不明确 有基本的分工， 但是分工不系统， 或执行分工不彻底， 或有未承担任务的成员 有明确的分工且贯彻实施，为每个成员安排了相应的任务，并且每个成员都明确自己的任务，能有组织地进行 塔高塔高 没有达到 60厘米的高度 基本接近 60 厘米的高度 到达 60 厘米的高度 顶 端 承顶 端 承重重 顶端无法承重或顶端承重为所有小组中的最小 顶端承重为所有小组的中等水平 顶端承重为所有小组中的最大 防 风 能防 风 能力力 能抵御 1 级（小风量）风吹 能抵御 2 级 （中等风量）风吹 能抵御 3 级（大风量）风吹 防 震 能防 震 能力力 能抵御 1 级（轻微）震动 能抵御 2 级（较强）震动 能抵御 3 级（强）震动 美观美观 结构欠佳、制作粗糙，或在结构比较合理、 外形较为美观， 或在所有结构合理、外形美观，或在所有小组 所有小组中最差 小组中处于中等水平 中处于最高水平 材 料 成材 料 成本统计本统计 材料成本在所有小组中最高 材料成本在所有小组中处于中等水平 材料成本在所有小组中最低
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