第五单元 小小建筑师（知识清单）科学人教鄂教版三年级上册（新教材）

该小学科学“小小建筑师”单元知识清单系统涵盖建筑材料、结构及模型制作核心内容，包含材料分类与发展、结构稳定性实验、模型设计实践三大知识范畴，为学生搭建从概念认知到实验探究再到实践应用的阶梯式学习支架。 清单通过思维导图统领知识框架，知识巩固部分按课分设核心问题、分类表及实验步骤，如材料分类表对比天然与人造材料特点，结构实验详细记录操作与结论，培养科学思维与探究实践能力。特别设计“建筑材料记录表”“模型测试改进指南”等实用工具，学生可自主完成观察与实践，教师能借助实验探究题精准评估学习效果，提升教学针对性。

第五单元 小小建筑师（知识清单） 第一部分：思维导图 第二部分：知识巩固 第17课 建筑中的材料 1.核心问题：建筑中常用哪些材料？如何区分天然材料和人造材料？不同建筑材料有什么特点与用途？ 2.常见建筑材料及分类： 分类标准： 天然材料：可直接从自然界获取，无需人工加工的材料。 人造材料：无法直接从自然界获取，需经人类加工制作的材料。 材料分类示例： 材料 来源 类别（天然/人造） 特点与用途 木材 树木 天然材料 质轻、易加工，可用于建筑框架、门窗 石材 岩石开采 天然材料 坚硬、耐用，可用于地基、墙面、装饰 砖 黏土搅拌→成型→烧制 人造材料 强度高、防水，可用于墙体砌筑 水泥 石块磨粉+水+砂石加工 人造材料 遇水凝固，能胶结砂石，用于混凝土制作 玻璃 多种矿物原料熔炼 人造材料 透明、透光，可用于窗户、幕墙 建筑材料的发展历程： 古代：以天然材料为主（草、土、木材、石头），如长城用条石、方砖建造。 近代：人造材料出现（砖、瓦、琉璃），提升建筑牢固度与美观度。 现代：钢材、混凝土等人造材料普及，支撑高层建筑建造（如摩天大楼）。 实践活动： 观察身边建筑（如教室、小区楼），记录所用材料，区分天然/人造材料，填写“建筑材料记录表”。 第18课 建筑中的结构 1.核心问题：哪种建筑结构更稳定？哪种结构承载能力更强？建筑中常见的稳固结构有哪些？ 2.结构稳定性实验探究： 实验1（框架形状与稳定性）： 材料：吸管、胶带制作三角形、四边形、五边形框架。 操作：用手按压不同框架，观察变形情况。 结论：三角形框架最稳定（不易变形），四边形、五边形框架易变形；可通过添加斜杆（将四边形分成两个三角形）增强稳定性。 实验2（重物位置与稳定性）： 材料：纸筒、皮筋、重物（如砝码）。 操作：将重物分别固定在纸筒底部、中部、上部，推纸筒观察倾倒难易。 结论：重物在底部时，纸筒稳定性最强（上轻下重的结构更稳固），稳定性排序：底部＞中部＞上部。 3.结构承载能力实验探究： 实验1（立柱形状与承载能力）： 材料：相同纸张折成三棱柱、四棱柱、圆柱纸筒。 操作：在不同纸筒上逐渐添加重物，记录最大承载数量。 结论：圆柱承载能力最强（受力均匀），承载能力排序：圆柱＞四棱柱＞三棱柱。 实验2（拱形与平面结构对比）： 材料：硬纸板制作拱形、平面结构，放置在两个木块之间。 操作：在结构上方添加围棋子，记录最大承载数量。 结论：拱形结构承载能力更强（能将压力分散到两侧支撑点），常见于桥梁、拱门设计。 4.特殊结构及应用： 榫卯结构：中国传统木构连接方式，通过“凸起的榫头”与“凹陷的卯槽”拼接，无需钉子，增强结构强度且美观，应用于古建筑（如应县木塔）、传统家具。 薄壳结构：类似鸡蛋壳的弧形结构，如国家大剧院，受力均匀、节省材料，适合大跨度建筑。 第19课 设计制作建筑模型 1.核心问题：如何根据任务要求设计并制作稳定、符合需求的建筑模型（塔/桥梁）？如何测试与改进模型？ 2.设计前准备： 明确任务要求（以塔和桥梁为例）： 模型类型 任务要求（示例） 塔模型 ①高度≥20厘米；②有塔的外形特征；③连接牢固、结构稳定 桥梁模型 ①跨度≥20厘米；②能承载≥500克重物；③外形美观 材料选择：竹签、纸卷、吸管、胶带、黏土等（轻便、易加工、成本低）。 绘制设计图：标注模型各部分名称（如塔的底座、塔身、塔顶；桥梁的桥面、桥墩）、尺寸、材料，说明设计思路（如“用三角形框架增强塔身稳定性”）。 3.模型制作步骤： 以塔模型为例： i.制作底座：用竹签搭建三角形框架，增强稳定性。 ii.搭建塔身：用纸卷或吸管逐层拼接，每层添加斜杆（三角形结构），避免倾倒。 iii.安装塔顶：用轻质材料（如卡纸）制作，减轻顶部重量，保持“上轻下重”。 以桥梁模型为例： i.制作桥墩：用粗壮纸卷固定在底座两侧，间距≥20厘米（跨度要求）。 ii.搭建桥面：用吸管搭建拱形或平面结构，两端固定在桥墩上。 iii.加固处理：在桥面下方添加支撑杆，增强承载能力。 4.模型测试与改进： 测试内容： 稳定性：轻推模型，观察是否易倒； 承载能力：在桥梁桥面逐渐添加重物（如书本），测试是否能达到500克要求； 尺寸：用直尺测量高度、跨度，确认符合任务要求。 改进方向： 若模型易倒：增加底座重量（如粘贴黏土）、添加斜杆（三角形结构）； 若承载能力不足：加厚桥面材料、增加桥墩数量或支撑点； 若外形不美观：修剪多余材料、用彩纸装饰。 5.科学与人文拓展： 古代建筑工具：墨斗（画直线）、刨子（削平木料）、凿子（加工石料）、锯（切割材料），体现古代工匠智慧。 科学家故事：茅以升从小立志造桥，长大后主持建造钱塘江大桥（铁路、公路两用桥），展现“严谨探究、坚持不懈”的科学精神。 第三部分：实验探究题 1．苗苗用纸片、围棋子和两个木块做“探究哪种结构承载能力较大”的实验，记录的实验数据如下： 不同结构 承受围棋子的数量 承载能力大小 平面 11粒 承载能力比较大 拱形 10粒 承载能力比较小 请分析一下，这个实验结论正确吗？小苗做实验时可能出现了什么问题？做这个实验应该注意哪些事项？ 答案：这个实验结论不正确。小苗做实验时可能出现的问题有：没有控制纸片的材质、厚度、大小等因素相同；放置围棋子时没有做到均匀、缓慢放置；测量和记录数据不准确等。做这个实验应该注意的事项有：使用完全相同的纸片，保证其材质、厚度、大小等一致；在放置围棋子时要轻拿轻放且尽量均匀分布在结构上；准确记录每次承受围棋子的数量，多次重复实验取平均值以减小误差等。 详解：仅从一次实验得到的数据，不能确凿地得出平面承载能力一定比拱形大的结论，可能存在其他因素影响了实验结果，因此这个实验结论不正确。 可能存在的问题：纸片的差异可能对承载能力产生影响。如果平面纸片和拱形纸片的材质不同（比如一张光滑一张粗糙）、厚度不一样（厚的可能强度大些）、大小有差别（面积大的可能受力分散情况不同），都会干扰实验结果的准确性。放置围棋子的方式如果不规范，比如一次性快速堆叠很多棋子或者放置位置不均匀，可能导致结构受力不均，不能真实反映结构本身的承载能力。在记录承受围棋子数量时可能出现计数错误等情况，影响最终结论。 注意事项：对比实验每次只能改变一个因素，确保实验的公平，即除了改变的那个因素外，其他因素应该保持一样。对比实验只有一个变量，由于研究的是哪种结构承载能力较大，所以唯一的变量是结构，其他条件比如纸片的材质、厚度、大小等都要保持不变。除此之外，放置围棋子要轻拿轻放且缓慢均匀分布，使结构所受压力是稳定且均匀变化的，这样得到的结果才更能反映结构的真实承载能力。多次重复实验并取平均值可以减小偶然误差，使实验数据更可靠，从而得出更科学的结论。 2．探探收养了一只流浪狗，她在室外为小狗建造了一个狗屋。 (1)用来切割木材的工具是（    ）。 A．卷尺 B．锤子 C．锯子 (2)按照施工计划，建造狗屋的正确顺序是（    ）。 A．打线—切割—组装 B．打线—组装—切割 C．组装—切割—打线 (3)狗屋屋顶设计成斜顶是为了（    ）。 A．透气好 B．采光好 C．防漏水 (4)为了改进狗屋的透光性，加装窗户最适合的材料是（    ）。 A．玻璃 B．木板 C．泡沫板 答案：(1)C (2)A (3)C (4)A 详解：（1）卷尺用于测量长度，不能切割木材。锤子用于敲击、钉钉子，不能切割木材。锯子通过锯齿摩擦切割木材，是切割木材的常用工具，故选C。 （2）建造流程需遵循 “先规划（打线，确定尺寸）→切割材料（按打线尺寸切割木材）→组装（将切割好的材料拼接）” 。打线—切割—组装符合施工逻辑，先定尺寸，再切割，最后组装 ，故选A。 （3）斜顶设计在建筑中主要是为了排水、防漏水。雨水落到斜顶会因重力自然流下，避免积水渗漏，故选C。 （4）玻璃透明，能有效提升透光性，适合做窗户。木板不透明，无法提升透光性。泡沫板不透明，无法提升透光性。所以选A。 3．请你用实验来比较平面、拱形承受力的大小。 （1）把两张相同的纸放在两本字典之间，分别搭成平面和拱形。 （2）把硬币分别放在纸面上，逐个放入，直到纸面无法 为止。 （3）实验结论：平面的承受力 ，拱形承受力 。 （4）要想在不是很宽的河面上架一个桥梁，为了使它能承受更大的重量，应做成 形。 答案： 承受 小 大 拱 分析：拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，平面承载重量时，压力向下，没有分散压力。 小题1：随着硬币的增多，纸面会无法承受，会变形塌陷。 小题2：根据实验现象，我们发现平面上放的硬币少，承受力小，拱形上放的硬币多，承受力大。 小题3：为了使桥梁能承受更大的重量，我们应该做成拱形。拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，平面承载重量时，压力向下，没有分散压力。因此拱形比平面承受力大。 4．小明五一游玩的时候，偶然看到了高压电线塔（如下图所示），他觉得电线塔非常壮观，不禁产生了疑惑：这么高、这么重的铁架，怎么能屹立不倒呢？让我们一起来分析一下吧。 (1)观察高压线塔的整体结构，它是上 下 的。 (2)这个高压线塔中应用了很多的 框架结构，因为这种形状具有 性。 (3)高压线塔高度高，要想做到坚固不易倒，必须具有很强的 能力和 能力。 (4)小明还发现，高压线塔是框架结构，也是镂空的，这样的设计是为了 。 答案：(1) 小 大（或轻 重） (2) 三角形 稳定 (3) 抗风 抗震（抗震 抗风） (4)减轻重量或减小风阻 详解：（1）根据题干可知，高压线塔应用了框架结构，上小下大。 （2）三角形具有稳定性，有着稳固、坚定、耐压的特点。因此在高压线塔的结构中，大量运用了三角形框架结构。 （3）由于高压线塔高度较高，在实际环境中会受到风力以及地震等因素的影响，为了保证其坚固不易倒，就需要具备很强的抗风能力和抗震能力。 （4）高压线塔采用框架结构和镂空设计，一方面可以减少自身材料的用量，从而减轻重量；另一方面，镂空的结构能够减小风对它的阻力，降低强风对线塔的影响。 5．这些建筑材料哪些属于天然材料？哪些属于人工材料？请把他们分类。（将序号填在横线上） ①钢材      ②砖头      ③水泥      ④木材       ⑤茅草 ⑥石块      ⑦塑料      ⑧土块      ⑨玻璃       ⑩混凝土 人造材料： 天然材料： 答案： ①②③⑦⑨⑩ ④⑤⑥⑧ 详解：像石油、木头、棉花这样直接来自于大自然的材料是天然材料。人造材料是由天然材料经过加工制成的。①钢材、②砖头、③水泥、⑦塑料、⑨玻璃 、⑩混凝土属于人造材料。④木材 、⑤茅草、⑥石块、⑧土块属于天然材料。 2 学科网（北京）股份有限公司 $