第四章 技术与科学案例4:小小设计师本教案为省级小学科学优质课一等奖主题小小设计师教材版本首都师范大学出版社年级四年级下册单元第五单元《技术与工程》课时第3课时已获成绩本课是北京教育学院丰台分院"无边界课堂——跨学科思维研修”项目成果展示 课，荣获2019年丰台区第七届“创新杯〃教学设计科学学科一等奖—【课标内容】18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18.2工程的关键是设计三至四年级 知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、 改进完善等针对一个具体的任务，按照设计的基本步骤来设计一个产品或完成指 定的任务二【教学目标】1. 科学概念：通过动手实践，感受三角形结构最稳固定、渗透结构与功能相适 应的核心概念了解三角形结构在生产、生活中的广泛应用2. 科学探究：在任务的驱动下，引导学生以小组合作的方式进行桥梁设计搭建, 通过承重测试进一步完善桥梁设计，从而知道工程设计的基本步骤包括明确问题、 确定方案、设计制作、改进完善等，以此提高学生的动手能力和创造性思维能力3. 科学态度：通过设计搭建改进桥梁设计活动体验工程师的工作，发展学生研 究、设计与制作的兴趣。
4.科学、技术、社会与环境：了解人类和社会的需求是科学技术发展的动力， 技术的发展和应用影响着社会的发展三【学情分析】在教师的指导下，四年级学生能够基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设，能够依据证据运用分析、比较、推理、概 括等方法，分析结果、得出结论学生对动手制作活动的好奇心激发了他们主动认 识各种形状的积极性他们已经了解了三角形结构比较稳定，能自己搭建立体支架， 但是如何进一步利用所学科学知识解决实际问题，还需教师进一步引导四【教学重点与难点】1. 教学重点：引导学生运用三角形结构稳定性的科学知识，设计、搭建满足条 件的桥梁模型2. 教学难点：在任务的驱动下，引导学生以小组合作的方式进行桥梁设计、搭 建，深入理解物质的结构与功能相适应，提高学生选择合适的材料、掌握连接方法、 自己设计结构的能力五【设计理念】1.教学内容《搭支架》是首师大版《科学》教材第4册《技术与工程》单元中第2课时的内容, 在前一课认识“形状与承受力关系”的基础上，学生在自己动手搭建支架的活动中 认识和发现：不同形状的支架稳定性不同，三角形是最稳定的结构《小小设计师》 是《搭支架》一课的拓展延伸课，通过这节课进一步激发学生研究形状与承受力、 结构与稳定性关系的学习兴趣，帮助学生深入理解结构与功能相适应，提高学生选 择合适的材料、掌握连接方法、自己设计结构的能力，培养学生团结协作的精神。
最终帮助学生形成“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”的思维模式2.教学方法科学学科核心素养中关于科学思维的内涵描述为：能运用观察法、实验法、模 型法等科学方法客观描述自然事物的主要特征，掌握科学基础知识，了解基本的科 学原理；在观察的基础上，能以客观事实为依据，用比较、分类、归纳、演绎、类 比等思维方法，进行推理与判断，初步理解自然现象产生的原因和解决身边简单的 实际问题本课通过课堂探究活动重点发展学生运用实验法、模型法等科学方法， 了解基本的科学原理，解决身边简单的实际问题的能力科学学科核心素养中关于科学探究的内涵描述为：对自然事物有好奇心，能大 胆想象，对耍研究的问题能提出解决方案；能选择合理有效的解决方法并进行尝试， 不怕困难，有克服困难的信心和决心；能总结成功的经验，分析失败的原因，坚持 按计划经历完整的研究过程，收集证据，做出解释本课课堂探究活动的重点是学 生要对研究的问题能提出解决方案，能选择合理有效的解决方法并进行尝试；能总 结成功的经验，分析失败的原因科学学科核心素养中关于科学态度的内涵描述为：认识科学本质，在理解科学、 技术、社会、环境（STSE ）关系的基础上，逐渐形成对科学和技术的正确态度，产 生责任感。
本课通过设计、搭建满足工程要求的桥梁模型发展学生的这一素养六【教学准备】1. 教具：教师用PPT课件、五孔扁木、木棍、哑铃片、尺子、计算器、桥梁 设计图纸2. 学具：五孔扁木、木棍、尺子、桥梁设计图纸七【教学过程设计】总体思路：《小小设计师》是一个将科学知识和技术融合在一起的教学活动设计 第结构的稳定性既包括科学原理，又蕴含着工程设计和操作技术结构的稳定性是一条有效的线索，它连接着与稳定性和结构相关的科学原理和工程技术学生根据教师提出的真实情境，明确工程任务利用“三角形结构最稳定”的知识设计搭建满足工程要求的桥梁模型通过搭建过程、承重测试进一步理解结构的稳定性与结构的形状、所用材料的材质、连接的方式等有关，从而向学生渗透浅显的结构力学知 识通过本节课的教学让学生知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、 设计制作、改进完善等学生在活动中可以感受工程师的工作，以此培养学生研究、 设计与制作的兴趣，使学生的动手能力和创造性思维能力得到提高一）创设情境，提出问题出示建筑图片（见图4-1和图4-2）并提问：“同学们，目前某商务区的建设正如火如荼地进行，可是商务区中的小河影响着人们的出行，居委会筹集资金要建 一座桥，同学们能否利用所学知识，设计制作一个满足工程要求的桥梁模型，解决人们出行困难的问题呢？ ”设计意图：从真实情境导入，引导学生发现实际问题，激发学生设计制作的兴趣。
帮助学生初步理解技术工程的核心是解决真实的问题二）合作探究1. 明确问题通过课件分别出示桥梁的设计要求、评价标准及教师提示等相关内容，具体内 容如下设计要求：要设计的桥梁模型使用五孔扁木、木棍搭建，长度大于40厘米、小于50厘米, 宽度15厘米根据需要可以设计桥墩，最多只能设计两个桥墩要求每个桥墩长度不大于15厘米，宽度不大于10厘米由于建设桥梁费用有限，所以桥梁模型要将 成本控制在60元内五孔扁木每根2元，木棍每根1元桥梁承重数值计算方法： 承受重量-成本=每一元成本承受的重量评价标准：(1) 在设计图上标注桥梁各部分的名称及用途，以及桥的长度、宽度等；桥梁设计图纸要干净、整洁2) 桥梁模型与图纸设计一致，结构搭建合理，各部分连接牢固教师提示：(1)以卢沟桥新桥为例，桥墩的结构见图4-3o图4-3(2) 五孔扁木、木棍连接方法：左手拿五孔扁木，右手将木棍轻轻地拧进五孔 扁木中，注意控制力度，防止五孔扁木扭曲、开裂一旦开裂，需更换新的扁木 注意节约材料3) 各小组注意安全，团结合作，手脑并用，讨论声音要小，以最快的速度确定方案、搭建桥梁2. 确定方案小组讨论，画出设计图（见图4-4、图4-5、图4-6、图4-7）。
3. 设计制作教师在巡视过程中，要适时引导学生思考五孔扁木与木棍怎样连接更牢固，如 何增加桥梁的稳定性、提高其承受重量、加快搭建速度等设计意图：培养学生根据实际要求，结合材料设计、绘制桥梁设计图引导学 生通过小组团结协作，充分体验搭建的乐趣，反复体会结构与功能要相适应、设计 制作要相一致的工程要求，感受工程师工作的特点4. 汇报交流（1）各小组选出汇报员介绍自己组的桥梁设计，包括材料使用情况、成本计算 结果、如何应用三角形的稳定性增加桥梁承重力等（见图4-8、图4-9、图4-10、 图4-11）其他组学生可以根据桥梁设计提出疑惑或修改建议图4-10 图4-11设计意图：引导学生观察、分析、发现、总结，形成工程设计需要考虑的、可 利用的条件和制约因素，并不断改进和完善核心概念，达成学习目标2)提问：“各小组设计的桥梁是否结实、稳固呢？我们一起来测试一下谁 愿意担任监理工程师？ ”(3 )师生共同展开测试(见图4-12 )，请“监理工程师”用计算器计算承重数值(见 图4-13)教师在板书中记录计算数据预设：在桥梁任意位置进行承重测试，桥梁模型5秒不倒塌即为成功。
小结：“通过测试，哪一组设计的桥梁稳固、承重数值大呢？ ”“同学们，我们进行的测试是工程设计中必不可少的环节工程师就是通过对 模型反复验证、检测，并修改校正设计，最终完成工程设计的图 4-12图 4-13设计意图：在教学中融入科学测试承重的方法，让学生了解、体会工程师的工作； 了解工程设计、测试的意义；将工程设计与数学知识有效结合，最终通过桥梁结构 与功能的相互关系，帮助学生进一步理解物体结构与功能相适应的核心概念三）课堂小结1. 小结：“同学们真了不起！你们利用三角形的结构稳定、不易变形的特性增 加了桥梁的稳定性及承重能力这就是物体的结构与功能相适应的应用（板书：三 角形结构稳定、不易变形，结构与功能相适应）o ”“同学们通过设计符合要求的桥梁模型，像工程师一样完成了非常重要的初期 设计工作，为解决商务区小河影响人们出行的问题提供了有力的帮助，课后我们要 把这一重要设计方案整理后交给居委会2. 提问：“请同学们回忆我们经历的制作过程并思考：一个工程项目的完成都 包括哪些步骤呢？ ”3. 总结：完成一项工程项目的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、 改进完善、测试检验等工程设计还需要考虑可利用的条件和制约因素，比如材料、 地理位置、天气等因素，并不断改进和完善。
设计意图：通过搭建桥梁模型的体验活动，以及回顾整个模型设计、制作的全 过程，帮助学生回顾完成一项工程项目的基本步骤（包括明确问题、确定方案、设 计制作、改进完善、测试检验等）；通过带领学生亲身体验，让学生体会工程设计 的必要过程及整个流程，同时帮助学生意识到工程设计需要考虑可利用的条件和制 约因素，并不断改进和完善，最终设计、制作出符合要求的作品4. 出示课件：港珠澳大桥（通过网络搜索下载港珠澳大桥各段的航拍照片，教学中配图讲解)(1)提问：“谁知道这是哪座大桥？”(学生说一说想法，之后出示港珠澳大 桥信息介绍)(2 )提出拓展问题：“这是2018年10月23日通车的珠港澳大桥，全长55千米, 被誉为世界桥梁建筑史上的’王冠’它的修建将从香港到珠海、澳门需3小时缩短到只需约45分钟它是中国第一条集桥、双人工岛、隧道于一体的跨海通 道设计师为什么这样设计？它是怎样建造的？这个世界级的超级工程经历了哪些挑战？ ”(3 )小结：“希望同学们课下更多地了解港珠澳大桥，并不断完善自己的桥梁 设计，不断地挑战自己、超越极限！”设计意图：了解港珠澳大桥，鼓励学生运用课上学习到的工程技术知识继续了 解大桥的设计、建造方式，以及这个世界级的超级工程经历了哪些挑战等情况，并 不断完善自己的桥梁设计，体会技术与工程的核心思想，进而不断提升自己！八【板书设计】设计意图：学生根据教师提出的真实情境，明确工程任务。
利用三角形结构最 稳定、不易变形的知识，设计、搭建满足工程要求的桥梁模型，从而向学生渗透结 构与功能相适的核心概念最后展示学生桥梁设计图纸和学生通过小组合作完成的 桥梁模型成果九【学生实验记录单】成本计算五孔扁木根数（2元/根）木棍根数 （1元/根）计算：承受重量每一元成本承受的重量。