《專項(xiàng)學(xué)習(xí)：像工程師那樣……》參考教案

學(xué)而優(yōu)教有方像工程師那樣……教學(xué)設(shè)計(jì)課題像工程師那樣……單元專項(xiàng)學(xué)習(xí)學(xué)科科學(xué)年級(jí)五上學(xué)習(xí)目標(biāo)1、動(dòng)手動(dòng)腦，選擇合適的材料，設(shè)計(jì)并制作出滿足需求的降落傘，并向同伴展示交流。2、能夠明確工程任務(wù)，經(jīng)歷工程實(shí)踐活動(dòng)的過程，重點(diǎn)領(lǐng)會(huì)明確問題、前期研究、制作模型、測(cè)試改進(jìn)四個(gè)環(huán)節(jié)的基本方法。目標(biāo)解讀：完成“設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降落傘，保護(hù)雞蛋平穩(wěn)降落”的任務(wù)，通過明確問題、前期研究、設(shè)計(jì)方案、制作模型、測(cè)試改進(jìn)、展示交流。像工程師一樣，經(jīng)歷一個(gè)完整的工程活動(dòng)過程。3、通過列舉，體會(huì)合作在完成一項(xiàng)工程項(xiàng)目中的重要意義。4、在制作降落傘的完整過程中，領(lǐng)會(huì)明確問題、前期研究、制作模型和測(cè)試改進(jìn)的基本方法。5、對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行合理的分析與思考，進(jìn)行改進(jìn)的迭代過程。重點(diǎn)在制作降落傘的完整過程中，領(lǐng)會(huì)明確問題、前期研究、制作模型和測(cè)試改進(jìn)的基本方法。難點(diǎn)對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行合理的分析與思考，進(jìn)行改進(jìn)的迭代過程。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課工程師指具有從事工程系統(tǒng)操作、設(shè)計(jì)、管理、評(píng)估能力的人員。工程師的稱謂，通常只用于在工程學(xué)其中一個(gè)范疇持有專業(yè)性學(xué)位或相等工作經(jīng)驗(yàn)的人士。工程師和科學(xué)家往往容易混淆。科學(xué)家努力探索大自然，以便發(fā)現(xiàn)一般性法則，工程師則遵照此既定原則，從而在數(shù)學(xué)和科學(xué)上，解決了一些技術(shù)問題。科學(xué)家研究事物，工程師建立事物。科學(xué)家探索世界以發(fā)現(xiàn)普遍法則，但工程師使用普遍法則以設(shè)計(jì)實(shí)際物品。閱讀了解工程師激趣導(dǎo)入講授新課活動(dòng)一：認(rèn)識(shí)完成一項(xiàng)工程通常需要不同領(lǐng)域的工程師通力合作現(xiàn)代科學(xué)研究的分支越來越細(xì)，一個(gè)人所掌握的知識(shí)、技能很難滿足一項(xiàng)工程的全部需要。因此，不同領(lǐng)域的工程師需通力合作，才能使一項(xiàng)工程圓滿完成。以空間站的建造與使用為例，要想讓宇航員安全、舒適地在空間站里完成各項(xiàng)工作，就需要不同領(lǐng)域工程師的配合。除了不同領(lǐng)域之間的合作，同一個(gè)工作小組的合作也很重要。成員間的交流碰撞可以集思廣益，激發(fā)創(chuàng)意；組內(nèi)形成的共識(shí)可以促使組員相互配合，主動(dòng)地完成分內(nèi)工作。小結(jié)：在現(xiàn)實(shí)生活中，完成一項(xiàng)工程任務(wù)不僅需要不同領(lǐng)域工程師的合作，還需要相同領(lǐng)域工程師的合作與分工。齊心協(xié)力才能更好地完成工程任務(wù)。比如制造一款手機(jī)，需要硬件工程師、計(jì)算機(jī)編程工程師、芯片工程師、工業(yè)設(shè)計(jì)工程師、電子工程師、機(jī)床工程師等多方面的人才?；顒?dòng)二：了解工程師的一般工作流程1、明確問題。學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)單明了的方式界定出任務(wù)及具體要求。例如：任務(wù)：設(shè)計(jì)并建造一座橋梁。具體要求：（1）要有4千米的跨度；（2）要承受一天20萬車次的車流量；（3）造價(jià)適中……2、前期研究。根據(jù)不同的任務(wù)選擇合適的方式獲取信息，如查閱書刊文獻(xiàn)、上網(wǎng)檢索、實(shí)驗(yàn)研究、向有經(jīng)驗(yàn)的人咨詢等。有時(shí)需要通過做探究實(shí)驗(yàn)來理解相關(guān)知識(shí)，檢驗(yàn)他人方案的科學(xué)性。例如：通過實(shí)地考察的方法，對(duì)建橋選址的土質(zhì)進(jìn)行分析，以確定建造哪種結(jié)構(gòu)的橋梁。、制作模型。根據(jù)實(shí)際需要，制作的模型可大可??；可以非常全面，也可以比較簡(jiǎn)化。有時(shí)會(huì)做一個(gè)與最終產(chǎn)品在外觀、結(jié)構(gòu)、功能等方面完全一致的樣品，以便進(jìn)行測(cè)試。例如：要根據(jù)設(shè)計(jì)方案中橋的外觀、結(jié)構(gòu)等，利用合適的材料制作一個(gè)等比例縮小的模型，以供測(cè)試。4、測(cè)試改進(jìn)。面對(duì)測(cè)試得到的信息，要從材料選擇的合理性、制作技術(shù)的可操作性、產(chǎn)品的實(shí)用性等方面進(jìn)行分析。將測(cè)試得到的信息與任務(wù)要求進(jìn)行對(duì)比，分析設(shè)計(jì)上什么不足。思考：為什么會(huì)是這樣的結(jié)果？還可以怎樣改進(jìn)？然后制定改進(jìn)方案。例如：要對(duì)橋梁模型進(jìn)行抗壓性測(cè)試，收集、分析數(shù)據(jù)，衡量設(shè)計(jì)方案是否符合建造要求。如果不符合，則需要修改設(shè)計(jì)方案。活動(dòng)三：模仿工程師設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降落傘1、明確問題。降落傘在應(yīng)急救援、空投物資等方面發(fā)揮著重要作用。如何安全地將物資投放到指定地點(diǎn)，是有待解決的問題。任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降落傘，保護(hù)雞蛋平穩(wěn)降落。具體要求：（1）準(zhǔn)備一枚約50克的熟雞蛋；（2）把雞蛋直接裝在網(wǎng)袋里，掛到降落傘上；（3）從三樓的高度降落到指定區(qū)域，蛋殼不破碎。2、前期研究。（1）查閱資料，了解降落傘的形狀、結(jié)構(gòu)、作用、工作原理等。①降落傘的基本知識(shí)。降落傘是憑借空氣阻力使人或物體從空中緩慢下降著陸的傘狀器具。降落傘通常包括傘面、傘繩、重物三部分。傘面的形狀有圓形、方形、翼形、雙錐形等。傘面可以使用絲綢、棉布或錦綸織物制作，傘繩采用空芯或芯的紡織繩，要求具有輕薄、柔軟、強(qiáng)度高、有較高的彈性等特點(diǎn)。②降落傘下降過程的受力情況。分析：降落傘在下降的過程中由于受地球引力的作用，會(huì)產(chǎn)生豎直向下的重力。由于其穿越了空氣，會(huì)受到摩擦力即空氣阻力，這個(gè)力與降落傘下降的方向是相反的，如圖所示。除此之外，降落傘在下降過程中還受到其他一些力的影響，如風(fēng)力、地面上升氣流的托舉力等。結(jié)論：降落傘在下降的過程中愛到了重力、空氣阻力等力的作用。③降落傘緩慢下降的工作原理?？諝鈱?duì)運(yùn)動(dòng)的物體有阻礙力（摩擦力），這個(gè)力就是空氣阻力。降落傘在天空中主要受到了地球引力與空氣阻力這兩個(gè)方向相反的力的作用。降落傘張開時(shí)有較大的面積，受到的空氣阻力會(huì)變得很大，阻礙著它下降，這樣就減慢了降落傘的下落速度，保證了下降物體的安全。④影響降落傘下降的快慢的因素。通過降落傘緩慢下降的原理，我們知道，要想使降落傘緩慢降落，就要想辦法增加空氣阻力，這與傘的面積、傘的形狀、傘繩的根數(shù)、重物質(zhì)量等都有關(guān)系，需要我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。（2）探究降落傘下降的快慢和哪些因素有關(guān)。設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩根數(shù)和長(zhǎng)短等因素與下降速度之間的關(guān)系，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。①降落傘下降的快慢與傘面面積的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)猜想：降落傘下降的快慢與傘面大小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)方法：采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，我們只改變傘面面積的大小，懸掛物的質(zhì)量、傘面材料、傘繩長(zhǎng)短、下降的距離等條件保持不變。實(shí)驗(yàn)材料：兩個(gè)傘面大小不同的降落傘、秒表、實(shí)驗(yàn)記錄表。實(shí)驗(yàn)步驟：分工合作，一位同學(xué)在教學(xué)樓二樓往下放兩個(gè)懸掛物質(zhì)量相同、傘面大小不同的降落傘，下面的同學(xué)用秒表記錄兩個(gè)降落傘從打開到下落至地面所用的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)論降落位下降的快慢與傘面的大小有關(guān)。在懸掛物質(zhì)量不變時(shí)，傘面越大，下降得越慢；傘面越小，下降得越快。②降落傘下降的快慢與懸掛物質(zhì)量的關(guān)系。課件出示實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)論等。3、設(shè)計(jì)方案。完整的設(shè)計(jì)方案包括研究問題、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、所需材料、設(shè)計(jì)圖等幾個(gè)部分。研究問題：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降落傘、保護(hù)雞蛋平穩(wěn)降落。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：把一枚重約50克的熟雞蛋掛在降落傘上，從三樓的高度降落到指定區(qū)域，蛋殼不破碎。所需材料：細(xì)繩、塑料袋、剪刀、網(wǎng)袋、熟雞蛋。設(shè)計(jì)圖：4、制作模型。結(jié)合設(shè)計(jì)方案，制作模型。根據(jù)實(shí)際需要制作在外觀、結(jié)構(gòu)、功能方面完全一致且等比例縮小的模型，以保證完成工程任務(wù)的科學(xué)性和合理性。5、測(cè)試改進(jìn)。（1）測(cè)試。先拿一個(gè)與雞蛋相當(dāng)?shù)闹匚锎骐u蛋，然后找一處空地投放，看看降落傘的打開情況與下落速度。投放降落傘時(shí)，要注意雙手撐開傘面的兩端，輕輕松手，這樣有助于傘面在降落時(shí)完全打開。最好進(jìn)行三次測(cè)試，待到測(cè)得數(shù)據(jù)合理時(shí)，再換熟雞蛋進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。測(cè)試須知：①傘面要完全打開，什么是完全打開，需要給出實(shí)例。②落地后雞蛋不能碎，是一點(diǎn)不能碎還是大部分是完整的。③降落到指定區(qū)域，指定區(qū)域在哪里？大小如何？（2）改進(jìn)。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)情況及時(shí)改進(jìn)。如果下降得太快，也許是傘面材料太重或傘面的面積太小，可以換成薄布或者擴(kuò)大傘面的面積。如果雞蛋破碎了，回顧前期研究中的小實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)方案后，再做一做、測(cè)一測(cè)。6、展示交流。學(xué)會(huì)用PPT、模型、文字等多種方式對(duì)完成任務(wù)的全過程進(jìn)行整理、展示、交流。要以小組的形式