《拱形的力量》教學(xué)設(shè)計(jì)

李紅汐

[摘 要]

《拱形的力量》這一教學(xué)內(nèi)容的編排，是在認(rèn)識(shí)了改變材料的厚度和形狀會(huì)增強(qiáng)抗彎曲能力的基礎(chǔ)上，提出了一種新的形狀——拱形。通過(guò)幾個(gè)體驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生了解拱形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷觀察—探索—總結(jié)改進(jìn)—再觀察—再探索的科學(xué)探究過(guò)程，找到拱形承受巨大壓力的原因，認(rèn)識(shí)拱形受力的特點(diǎn)。同時(shí)感受到生活中的許多小事物蘊(yùn)含著大道理，科學(xué)技術(shù)與我們的生活緊密相關(guān)。

[關(guān)鍵詞]

拱形；教學(xué)設(shè)計(jì)；主動(dòng)探究

一、教學(xué)內(nèi)容

義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)，小學(xué)科學(xué)教科版六年級(jí)上冊(cè)第二單元“形狀與結(jié)構(gòu)”第三課《拱形的力量》。

二、設(shè)計(jì)理念

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程。著力于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣和求知欲，引領(lǐng)他們學(xué)習(xí)與周圍世界有關(guān)的科學(xué)知識(shí)，幫助他們體驗(yàn)科學(xué)活動(dòng)的過(guò)程和方法，使他們了解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系，樂(lè)于與人合作，與環(huán)境和諧相處，為后繼的科學(xué)學(xué)習(xí)，及其他學(xué)科的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，形成科學(xué)的認(rèn)知方式和科學(xué)的自然觀。針對(duì)這樣的理念及指導(dǎo)思想，本節(jié)課的總體設(shè)計(jì)思路是“鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究”。

三、教材分析

《拱形的力量》這一教學(xué)內(nèi)容的編排，是在認(rèn)識(shí)了改變材料的厚度和形狀會(huì)增強(qiáng)抗彎曲能力的基礎(chǔ)上，提出了一種新的形狀——拱形。拱形結(jié)構(gòu)是一類很重要的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用廣泛。拱形結(jié)構(gòu)有的書(shū)又叫推力結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是把受到的壓力分解成向下的壓力和向外的推力，是所有結(jié)構(gòu)中唯一產(chǎn)生外推力的結(jié)構(gòu)。研究拱形的承重特點(diǎn)更具趣味性和挑戰(zhàn)性。教材精心設(shè)計(jì)了幾個(gè)體驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生了解拱形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是把受到的壓力分解成向下和向外的推力，經(jīng)歷觀察—探索—總結(jié)改進(jìn)—再觀察—再探索的科學(xué)探究過(guò)程，在獲得成功的體驗(yàn)中找到拱形承受巨大壓力的原因，認(rèn)識(shí)拱形受力的特點(diǎn)。同時(shí)感受到生活中的許多小事物蘊(yùn)含著大道理，科學(xué)技術(shù)與我們的生活緊密相關(guān)。

四、學(xué)情分析

通過(guò)本單元前兩課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)增加材料厚度和改變材料的形狀可以增加物體抗彎曲能力的探究，已經(jīng)產(chǎn)生了非常濃厚的興趣。在這樣的條件下，進(jìn)一步探究拱形，學(xué)生們的熱情會(huì)更加高漲。

五、教學(xué)目標(biāo)

在對(duì)教材的全面分析和對(duì)學(xué)生的心智和能力水平全面考慮的基礎(chǔ)上，制定了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

（一）科學(xué)概念目標(biāo)

知道拱形受到壓力時(shí)，能把向下的力向下和向外傳遞給相鄰的部分。如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受更大的壓力。

（二）過(guò)程與方法目標(biāo)

經(jīng)歷“問(wèn)題—假設(shè)—驗(yàn)證—證實(shí)”的科學(xué)探究過(guò)程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)、觀察發(fā)現(xiàn)拱形受力后形狀的變化，分析出拱形受力的情況，再根據(jù)拱形受力的情況，提出增強(qiáng)拱形承重能力的方法。

（三）情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生在與同學(xué)合作探究中不斷地思考，逐步深入地研究有關(guān)拱形問(wèn)題的能力，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，同時(shí)體驗(yàn)到科技的力量、創(chuàng)造的快樂(lè)。

六、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：弄清拱形可以向下和向外傳遞承受的壓力，設(shè)法保持拱形的形狀，使它承受更大的壓力。

教學(xué)難點(diǎn)：分析拱形受力的情況，再根據(jù)拱形受力的情況，驗(yàn)證增強(qiáng)拱形承重能力的方法。

七、教學(xué)準(zhǔn)備（按10組計(jì)算）

教師準(zhǔn)備：演示實(shí)驗(yàn)桌1張，有刻度的墊板1張，卡紙3張（每張長(zhǎng)20厘米、寬15厘米），木塊6條，小墊圈20個(gè)，大墊圈30個(gè)，實(shí)驗(yàn)記錄單，多媒體教學(xué)課件。

學(xué)生準(zhǔn)備：長(zhǎng)20厘米、寬15厘米的卡紙6張，墊圈不少于30個(gè)，木塊6條，實(shí)驗(yàn)記錄單，搭建冬瓜拱材料一份。

八、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)境激疑，激發(fā)探究

魔術(shù)激趣：教師學(xué)生共同演示拱形卡紙沒(méi)有被壓落的科學(xué)小魔術(shù)。

質(zhì)疑引題：為什么變成拱形，它的承載力量就變大了？想知道其中的秘密嗎？今天我們就一起來(lái)研究“拱形的力量”。

（設(shè)計(jì)意圖：魔術(shù)是學(xué)生很喜歡的游戲，利用學(xué)生感興趣的方式引入新的探究活動(dòng)，抓住了小學(xué)生的好奇心，把他們的注意力很快吸引到課堂上。激發(fā)學(xué)生探究的熱情）

（二）科學(xué)思考，主動(dòng)探究

實(shí)驗(yàn)一：做一個(gè)紙拱，探究它能承受多大的重量。

第一步，做紙拱，認(rèn)識(shí)紙拱的結(jié)構(gòu)。

學(xué)生在教師的演示講解下學(xué)做一個(gè)紙拱。

認(rèn)識(shí)紙拱的結(jié)構(gòu)。

拱的頂端，我們稱為拱頂。

拱的兩端與桌面接觸的地方，我們把它叫作拱足。

兩個(gè)拱足之間有一段距離，這一段距離我們稱為跨度。

學(xué)生自由認(rèn)識(shí)紙拱的結(jié)構(gòu)。

為了探究的準(zhǔn)確性，我們要借助有尺度的墊板，使紙拱的跨度保持一致。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生制作拱形，及認(rèn)識(shí)拱形結(jié)構(gòu)，把枯燥的結(jié)構(gòu)介紹融入實(shí)際操作中自主認(rèn)識(shí)，為研究做好準(zhǔn)備）

第二步，演示驗(yàn)證，探究紙拱能承受多大的重量。

跨度為10厘米的紙拱，到底能承受多大的重量呢？我們一起來(lái)驗(yàn)證。

教師演示，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀察：

老師往紙拱上放了幾個(gè)墊圈？

紙拱的形狀發(fā)生了什么變化？

指名匯報(bào)：老師往紙拱上放了幾個(gè)墊圈？紙拱的形狀發(fā)生了什么變化？

“紙拱”為什么會(huì)向兩邊來(lái)伸展開(kāi)呢？

認(rèn)識(shí)紙拱承重時(shí)的受力情況：墊圈的重量壓在了紙拱上，紙拱把重力傳遞到拱足上，形成了向下向外的推力。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察到拱形承重時(shí)的形狀變化，從而給學(xué)生構(gòu)建“拱形受到壓力時(shí)，能把受到的力向下向外進(jìn)行傳遞，在傳遞的過(guò)程中產(chǎn)生一種外推力”的科學(xué)概念；通過(guò)教師的演示，讓學(xué)生學(xué)會(huì)加放墊片的方法和技巧）

實(shí)驗(yàn)二：把拱足固定，探究紙拱能承載多大的重量。

第一步，猜想假設(shè)。

什么辦法使紙拱的形狀保持不變呢？

大膽猜想。

學(xué)生匯報(bào)交流，教師引導(dǎo)學(xué)生在眾多設(shè)想中，選擇一種有效方法，即不改變材料，根據(jù)拱形受壓變形產(chǎn)生外推力的現(xiàn)象，確定克服變形的方法——固定拱足，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的設(shè)想。

第二步，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

出示實(shí)驗(yàn)提示。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

交流發(fā)現(xiàn)，得出結(jié)論。

板書(shū)圖示，課件小結(jié)：如果抵住了拱形承重時(shí)產(chǎn)生的外推力，拱就能承受更大的壓力。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)使拱形承受更大的壓力這一挑戰(zhàn)，激發(fā)興趣，讓學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中掌握“如果抵住了外推力，拱就能承受更大的壓力”這一科學(xué)概念）

實(shí)驗(yàn)三：自主設(shè)計(jì)方案，探究使紙拱承受更大的重量。

第一步，啟發(fā)學(xué)生改進(jìn)設(shè)想，繼續(xù)使紙拱承受更大的壓力。

第二步，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

你有什么辦法使紙拱不容易變形，又能承受更大的重量呢？

組內(nèi)交流小組實(shí)驗(yàn)方案。

第三步，匯報(bào)交流實(shí)驗(yàn)方案。

小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生改進(jìn)設(shè)想，完善方案。

實(shí)驗(yàn)要求（課件出示：1.紙拱的跨度要保持一致。2.逐次添加木條的塊數(shù)，使之與紙拱緊密結(jié)合。3.輕放墊圈，均勻分布，最后一個(gè)不記錄。4.團(tuán)結(jié)合作，明確分工，仔細(xì)觀察，認(rèn)真記錄。）

第四步，分組實(shí)驗(yàn)。

第五步，匯報(bào)展示。

第六步，交流討論，得出結(jié)論。

第七步，板書(shū)圖示（課件小結(jié)：拱形承載重量時(shí)，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形受壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外的推力，如果能抵住這個(gè)力，拱就能承載很大的重量。）

（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生充分動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口，不斷優(yōu)化自己的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解“如果抵住這個(gè)外推力的力量變大，拱的承重能力就會(huì)增強(qiáng)”這一科學(xué)道理）

（三）總結(jié)歸納，科學(xué)構(gòu)建

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們知道了哪些拱形的秘密？

拱形承載重量時(shí)，能把壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分。拱形受壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下向外的推力，如果能抵住這個(gè)力，拱就能承載很大的重量。

2.聯(lián)系生活，理解科學(xué)道理。

大家知道我們?cè)跇蛏峡吹降?0t是什么意思嗎？

聯(lián)系生活，引出“極限”“限載”的概念。

（設(shè)計(jì)意圖：對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)回顧并總結(jié)結(jié)論，使學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)經(jīng)歷一個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程，掌握更加系統(tǒng)牢固，同時(shí)聯(lián)系生活，讓學(xué)生理解拱形建筑承重的科學(xué)道理）

（四）實(shí)踐運(yùn)用，拓展延伸

實(shí)驗(yàn)四：模擬建筑師，搭冬瓜拱。

第一步，認(rèn)識(shí)趙州橋，激發(fā)興趣。

古代的建筑大師也利用拱形能承載更大重量的原理，建造了許多橋梁奇跡。（出示趙州橋圖片）

借助冬瓜做一個(gè)冬瓜拱橋。想一想，冬瓜拱橋不垮的秘密在哪里？

小組合作，動(dòng)手建冬瓜拱。

在冬瓜拱上添加墊圈。

小組交流匯報(bào)：冬瓜拱承重的秘密。

板書(shū)圖示，課件小結(jié)：拱形承受重量時(shí)，能把壓力向下向外傳遞給相鄰的部分，各部分相互擠壓，結(jié)合得更加緊密。

第二步，欣賞圖片，體會(huì)我國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧和力量，增強(qiáng)民族自豪感及體驗(yàn)科技的力量。

（設(shè)計(jì)意圖：體現(xiàn)科學(xué)課程的內(nèi)容貼近兒童生活、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，強(qiáng)調(diào)知識(shí)、能力和情感態(tài)度與價(jià)值觀的整合。課堂中學(xué)到的知識(shí)應(yīng)在實(shí)踐中加以應(yīng)用，這樣不僅使學(xué)到的知識(shí)得到鞏固，讓學(xué)生受到“理論應(yīng)用于實(shí)踐”的教育，同時(shí)了解我國(guó)古代工程技術(shù)的成就，增強(qiáng)民族自豪感。由課內(nèi)到課外的延伸，增加了學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會(huì)，達(dá)到課已止而味猶在的目的）

（五）總結(jié)評(píng)價(jià)

科學(xué)源于生活，用于生活。只要我們仔細(xì)觀察、認(rèn)真思考，就能利用科學(xué)知識(shí)來(lái)解決許多生活中的實(shí)際問(wèn)題。

九、板書(shū)設(shè)計(jì)

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]郁波主編.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材科學(xué)教師教學(xué)用書(shū)（六年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004.

[2]郁波主編.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（六年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004.

（責(zé)任編輯：劉北蘆）