3.7《设计和制作“过山车”》教学设计-2025-2026学年科学三年级上册教科版

该小学科学教学设计聚焦工程设计流程及能量转化、运动路线原理，通过过山车视频导入并发布“招标任务”，整合单元运动与力知识，搭建从理论到实践的工程实践学习支架。 其亮点为STEM融合与真实工程流程体验，运用科学思维设计分析、探究实践合作制作，如AI辅助绘图、平板慢放测试，“做中学”提升学生实践与合作能力，为教师提供清晰实施框架与跨学科教学支持。

《设计和制作过山车》教学设计 （教科版2025新版小学科学·三年级上册·第三单元·第7课） 一、教材分析 本课作为“运动与力”单元的总结性、综合性工程实践课，旨在引导学生整合运用本单元所学的核心知识（如运动路线、快慢比较、能量转化），亲历一个完整的“设计-制作-测试-改进”工程流程。教材通常以真实的过山车情境为聚焦，激发学生作为“小工程师”的兴趣与责任感。探索环节是项目的核心，引导学生小组合作，完成设计图纸、动手搭建、测试小球运行并记录现象的全过程。研讨环节侧重反思设计与实际效果的差距，分析影响小球运动的关键因素（如坡度、弯道、能量转换）。拓展部分则鼓励学生优化设计，并联系现代过山车与科技发展，体现工程、技术、科学、数学（STEM）的融合。本课是对单元知识的创造性应用与升华，着重培养学生解决复杂问题的工程思维、动手实践和团队协作能力。 二、学情分析 三年级学生通过本单元学习，已经知道了直线运动、曲线运动、比较快慢的方法以及能量可以驱动运动。他们对过山车有浓厚兴趣，具备用积木、轨道等材料进行简单搭建的能力，并富有想象力。然而，他们的设计可能天马行空，缺乏对结构稳定性、轨道连贯性和能量有效传递的考虑；在制作中可能急于求成，忽略细节；在测试时可能只关注“是否成功”，而不善于系统观察、记录和分析失败原因。他们初步具备小组合作意识，但在分工协作、意见整合上需要教师引导。本课是对其综合素养的一次大挑战与大提升。 三、教学目标 1. 科学观念： 知道工程设计需要经历明确问题、设计方案、制作模型、测试改进的过程。 理解过山车轨道设计中的坡度（高度差）为小球运动提供了初始能量（势能），影响其运动速度和距离。 认识到轨道的形状（直线、曲线）和连接方式会影响小球的运动路线和流畅性。 2. 科学思维： 能根据设计要求（如小球能跑完全程、有直线和曲线段），运用所学运动知识绘制初步设计图。 能通过观察、测试和比较，分析过山车模型成功或失败的原因，并提出改进设想。 3. 探究实践： 能与同伴合作，根据设计图选择合适的材料，建造一个有一定长度、包含直线和曲线轨道的过山车模型。 能利用小球作为“车厢”进行反复测试，观察、记录小球的运动情况（如能否完成全程、在何处掉落、速度快慢变化等）。 4. 态度责任： 在工程挑战中培养耐心、毅力和精益求精的工匠精神。 增强团队合作意识，学会倾听、表达与妥协。 体会科学知识在工程技术中的应用价值，激发创新设计热情。 四、教学重难点 重点： 小组合作，完成一个能使小球顺利运行的过山车模型的设计与制作。 难点： 在设计和制作中有意识地运用“能量（高度）”、“运动路线”等科学原理；根据测试结果进行有依据的分析和改进。 五、教学准备 教师准备： 多媒体课件（包含世界各地特色过山车视频、工程设计流程简图、学生作品安全与评价标准）。 多种过山车模型范例（图片或简单实物）。 演示用：一套基础搭建材料。 学生准备（每组）： 建造材料（建议可回收、易组合）： 泡沫管道（纵向剖开成U型槽）、硬纸板、吸管、胶带、剪刀、橡皮泥、积木块（用作支柱和底座）、直尺。 测试工具： 玻璃弹珠或小钢球（作为“车厢”）。 设计工具： A3白纸、彩笔、学生活动手册。 技术融合： 设计软件/APP： 利用简单的绘图APP（如画图软件、思维导图工具）或AI绘画工具，让学生将手绘设计图转化为更清晰的电子版，用于展示和交流。 测试记录工具： 使用平板电脑拍摄测试过程，便于慢放、回放分析问题点。 虚拟模拟（如条件允许）： 展示使用计算机模拟过山车轨道设计的短片，让学生感受现代工程设计中的科技力量。 六、教学过程 (一) 聚焦：发布工程挑战，激发使命（约5分钟） 震撼导入： 播放一段第一视角乘坐过山车的精彩短视频。 提问引导： “过山车为什么能上下翻飞、又不会掉下来？它的轨道藏着哪些我们学过的科学秘密？”（学生可能会提到弯道、高低变化、速度快慢） 发布“招标任务”： 教师扮演“游乐园总工程师”角色：“现在，游乐园需要建设一座新的微型过山车！现面向全体‘小工程师团队’招标。” 公布设计要求（聚焦）： 轨道总长不少于50厘米（可用绳子比划）。 必须包含直线轨道和曲线轨道。 挑战目标：让一颗“小球车厢”从起点出发，能不间断地完成全程。 板书课题：设计和制作过山车。 (二) 探索：像工程师一样工作（约30分钟） ◆ 探索阶段一：蓝图设计（设计师） 小组头脑风暴与设计： 小组讨论：如何满足三条要求？起点设在哪里？（需要一定高度提供能量）直线和曲线怎么安排？用什么材料支撑？ 学生在A3纸上绘制设计草图，标出起点、终点、直线段、曲线段、支撑点。鼓励使用绘图APP或AI工具辅助呈现清晰设计。 教师巡回指导，引导思考：“起点高一些会怎样？”“弯道太急会有什么问题？” ◆ 探索阶段二：模型建造（建造师） 依据图纸，选取材料建造： 小组根据设计图，选择合适的材料开始搭建。强调稳固的支撑和轨道的平滑连接。 教师提供技术支持，提醒安全使用工具。 七、板书设计 **设计和制作过山车** **工程挑战：** 1. 轨道全长 ≥ 50厘米 2. 包含直线 + 曲线 3. 小球能跑完全程 **工程设计流程：** **明确问题** → **设计蓝图** → **建造模型** → **测试改进** **我们的科学原理（单元知识回顾）：** - **能量**：起点高度 → 势能 → 动能 (让小球动起来) - **运动路线**：直线段、曲线段 (设计轨道形状) - **快慢比较**：高度、坡度影响速度 **成功秘诀：** 科学头脑 + 灵巧双手 + 团队合作 + 不断尝试！ 八、教学反思（预设） 本课设计成功地将单元学习转化为一个富有挑战性和成就感的工程项目，完美体现了“做中学”和跨学科（STEM）学习理念。学生不再是知识的被动接受者，而是主动的应用者、设计者和创造者。教学过程模拟了真实的工程流程，让学生体验了从构思到成品的完整创造周期，极大地培养了解决问题的能力、实践能力和抗挫折能力。研讨环节引导学生将具体的制作经验与本单元的核心科学概念主动关联，实现了知识的深度理解和整合。利用AI工具进行设计辅助和未来构想，既增加了趣味性，又展现了科技发展的时代脉搏。整堂课学生高度投入，在动手动脑、合作交流中，科学素养、工程素养和合作精神得到了综合锻炼。教学实施的关键在于提供充足且多样化的材料、清晰的工程指令（评价标准）以及及时的、支持性的过程指导。同时，要预留足够的测试与改进时间，让学生真正体验“迭代优化”这一工程核心思想。 学科网（北京）股份有限公司 $