科学教科版 (2017)4.设计塔台模型教学设计

4.设计塔台模型

【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】

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，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】

[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]

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]

1.感受到科学知识对设计好塔台的重要作用。

【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】

[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：①设计图有图形、数字、文字、标志等细致说明；②塔台的高度为60厘米，底部不能站在桌面上；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; ⑥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）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。

① 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？

② 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理，为制作模型打下良好的知识基础。

③ 如何保证塔台不倒下？如何保证塔台的倾斜角最小？

④ 什么因素会导致塔台产生倾斜角？

[设计意图]问题③和问题④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。

⑤ 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。

【教学后记】