5.18《轮轴的秘密》（教学设计）-2025-2026学年科学五年级下册冀人版

五年级下册科学第五单元《简单机械》 第18课《轮轴的秘密》教学设计 一、设计依据 本课严格遵循《义务教育科学课程标准（2022年版）》理念，紧扣“技术与工程”核心大概念，立足四大科学核心素养目标，以生活中门锁把手的体验为切入点，通过情境体验、概念建构、实验探究、生活应用、拓展制作层层递进的活动，引导学生认识轮轴的结构与原理，理解轮轴作为变形杠杆的省力条件，体会轮轴在生活中的广泛应用，感受科学技术对生活的影响，落实科学探究、科学思维、技术应用与创新的全方位育人目标。 二、教材分析 本课是冀人版五年级下册《简单机械》单元的第3课，是学生在认识杠杆后，深入学习的第二种简单机械。教材以“转动门锁把手时，手握不同位置用力大小不同”的生活体验导入，引发学生探究轮轴秘密的兴趣；核心设置三大递进探究环节：①通过石磨与方向盘的对比，认识轮轴的结构与杠杆原理的联系；②通过轮轴实验，探究轮轴的省力条件；③寻找生活中轮轴的应用，分析水龙头、阀门等工具的轮轴原理；最后拓展制作“神奇小魔盒”，深化对轮轴原理的理解。本课是学生建立“轮轴是变形杠杆”这一科学概念的关键一课，既是对杠杆知识的延伸应用，也是后续学习滑轮等其他简单机械的基础，为学生构建完整的简单机械知识体系奠定核心基础。 三、学情分析 五年级学生在生活中经常接触门锁把手、方向盘、螺丝刀等轮轴类工具，对“轮轴能省力”有直观体验，但尚未建立“轮轴”的科学概念，也不了解轮轴的结构与省力原理。学生已经掌握了杠杆的三要素与省力条件，具备一定的实验探究与数据分析能力，能够通过控制变量开展对比实验，但对“轮轴是变形杠杆”这一抽象概念的理解仍需要教师的引导。同时学生对生活中的轮轴工具充满好奇心，乐于动手体验、探究原理，适合通过大量生活实例、实验探究、动手制作的系列活动，帮助学生从直观体验上升到科学概念，认识轮轴的省力条件，感受轮轴在生活中的应用价值。 四、教学目标 （一）科学观念目标 1. 知道轮轴的定义，了解轮轴由轮和轴组成，是一种变形的杠杆； 2. 能通过实验探究，归纳出轮轴的省力条件：在轮上用力省力，轮越大越省力； 3. 了解轮轴的作用，知道轮轴可以省力或改变力的方向； 4. 能识别生活中常见的轮轴类工具，说出它们的应用场景与原理。 （二）科学思维目标 1. 能通过对比石磨与方向盘的工作原理，建立轮轴与杠杆的联系，发展模型建构的科学思维； 2. 能通过实验数据对比分析，归纳轮轴的省力条件，发展数据分析与归纳概括的逻辑思维； 3. 能将生活中的工具与轮轴原理建立对应联系，发展迁移应用与辩证分析的科学思维。 （三）探究实践目标 1. 能通过门锁把手的体验活动，感受轮轴的省力作用； 2. 能小组合作，规范开展轮轴对比实验，控制变量、记录数据，分析得出轮轴的省力条件； 3. 能通过观察、分析，识别生活中的轮轴类工具，分析其应用原理； 4. 能利用身边材料，设计并制作“神奇小魔盒”，深化对轮轴原理的理解。 （四）态度责任目标 1. 乐于参与轮轴的体验与探究活动，感受科学技术的魅力； 2. 主动与同伴交流实验数据与探究发现，乐于合作、乐于分享，养成严谨求实的科学态度； 3. 体会轮轴原理在生活中的广泛应用，感受技术进步对生活的改善，树立“技术服务生活”的意识； 4. 初步形成利用轮轴原理解决生活问题的创新意识，乐于动手制作简单的轮轴工具。 五、教学重难点 教学重点：认识轮轴的结构，通过实验探究轮轴的省力条件，了解轮轴在生活中的应用。 教学难点：理解轮轴是变形的杠杆，能将轮轴的结构与杠杆的三要素建立对应联系，准确分析轮轴的省力原理。 六、教学准备 （一）教师准备 1. 多媒体课件：门锁把手体验视频、石磨与方向盘的工作原理动画、轮轴实验操作指导、生活中轮轴工具的图片； 2. 实验器材：轮轴装置（大小不同的轮）、测力计、钩码、记录表； 3. 体验活动材料：门锁把手模型； 4. 拓展材料：制作“神奇小魔盒”的材料（盒子、绳子、轮轴模型）、水龙头与阀门的图片； 5. 安全提示：实验操作安全须知、工具使用安全规范。 （二）学生准备 1. 课前观察生活中常见的轮轴类工具，记录它们的用途； 2. 预习课本内容，初步了解轮轴的概念； 3. 准备制作“神奇小魔盒”的材料（盒子、绳子、小滑轮等）。 七、教学过程 （一）情境激趣导入，唤醒体验疑问（6分钟） 师：同学们，我们每天都会转动门锁把手开门，大家有没有注意过，手握把手的不同位置，感觉用力的大小不一样？老师这里有一段体验视频，大家来看一看，手握把手的内侧和外侧，开门时用力有什么不同？（播放门锁把手体验视频） 师：看完视频，大家发现了什么？ 生：手握把手的外侧开门，用的力气很小，很轻松；手握内侧开门，用的力气很大，很费劲。 师：说得非常对！同样是开门，为什么手握不同的位置，用力大小会不一样呢？这里面藏着什么秘密呢？今天，我们就一起走进《轮轴的秘密》，揭开轮轴的奥秘。（板书课题：轮轴的秘密） （二）探究活动一：认识轮轴，建立与杠杆的联系（10分钟） 师：我们来看两幅图，石磨和汽车方向盘，它们的工作方式有什么相同点？请大家小组讨论，思考这三个问题： 1. 石磨上的杠杆（木棍）是怎样工作的？ 2. 汽车方向盘与石磨的工作原理有哪些相同点？ 3. 汽车方向盘可以给人们带来哪些便利？ （学生小组讨论，分析石磨与方向盘的工作原理，教师巡视指导） 师：哪个小组愿意分享你们的发现？ 生1：石磨上的木棍，绕着中间的轴转动，就能推动磨盘转动；方向盘也是绕着中间的轴转动，就能控制汽车的方向。 生2：它们都是绕着一个固定的轴转动，而且都是通过转动外面的部分，带动中间的轴转动，都很省力。 生3：方向盘让司机不用费很大的力气，就能控制汽车的方向，驾驶更轻松、更安全。 师：大家分析得都非常到位！像方向盘、石磨这样，由一个轮和轴组成，能绕着固定的轴转动的机械，就叫做轮轴。（板书：轮轴：由轮和轴组成，绕固定轴转动的机械） 师：我们之前学习过杠杆，轮轴其实就是一种变形的杠杆，谁能试着找出石磨和方向盘上杠杆的三个点？ 生：中间的轴就是支点，手握的木棍、方向盘的边缘就是动力点，磨盘、车轮受到的阻力就是阻力点！ 师：说得太准确了！轮轴的支点在轴的中心，动力点在轮的边缘，阻力点在轴的边缘，动力臂就是轮的半径，阻力臂就是轴的半径，所以轮轴的省力原理和杠杆是一样的。 （三）探究活动二：轮轴实验，探究轮轴的省力条件（18分钟） 师：轮轴作为一种变形的杠杆，杠杆可以省力，轮轴有什么作用呢？大家先来猜一猜，轮轴可能有什么作用？ 生：轮轴可能也能省力！ 师：我们通过实验来验证大家的猜想。老师给每个小组准备了轮轴装置、测力计和钩码，我们来做一个对比实验，探究轮轴的省力条件。首先，老师给大家讲一下实验步骤和注意事项： 1. 用测力计挂一定数量的钩码，垂直匀速提升一定高度，观察测力计的示数，记录下来； 2. 将相同数量的钩码挂在轮轴的轴上，测力计挂在轮轴的小轮上，拉动测力计，将钩码匀速提升至相同高度，观察测力计的示数，记录下来； 3. 将测力计挂在大轮上，重复第二步，观察测力计的示数，记录下来； 4. 每个实验要做三次，求平均数，这样实验结果才更可靠。 师：大家都听清楚实验要求了吗？实验过程中，小组要分工合作，一人挂钩码，一人操作测力计，一人观察记录，人人参与，有序操作。现在，请小组长领取实验器材，开始实验！ （学生小组合作，开展轮轴对比实验，教师全场巡视指导，纠正不规范操作，引导学生如实记录数据） 师：实验时间到，请各小组放下器材，整理好实验桌面。现在，我们来讨论几个问题： 5. 在什么情况下，使用轮轴省力？在什么情况下，使用轮轴更省力？ 6. 拉动测力计的方向与重物提升的方向一致吗？ 7. 我们得出的实验结论是什么？ 师：哪个小组愿意结合你们的实验数据，分享你们的发现？ 生1：我们组发现，用测力计直接挂钩码，示数是2N；挂在小轮上拉的时候，示数是1.5N，省力了；挂在大轮上拉的时候，示数是1N，更省力了！ 师：非常好！大家的实验数据都很准确。我们可以得出结论：在轮轴上，在轮上用力省力，而且轮越大越省力。（板书：轮轴的作用：在轮上用力省力，轮越大越省力） 生2：我们还发现，拉动测力计的方向和重物提升的方向是相反的，轮轴可以改变力的方向。 师：补充得非常棒！轮轴不仅可以省力，还可以改变力的方向，让我们的操作更方便。 师：大家再回到一开始的问题，转动门锁把手时，为什么手握把手的外侧更省力？ 生：因为门锁把手的外侧就是轮的边缘，轮的半径大，动力臂长，所以省力；内侧离轴近，动力臂短，所以费力！ 师：完全正确！这就是轮轴的秘密。 （四）探究活动三：寻找生活中轮轴的应用（10分钟） 师：轮轴在我们的生活中应用非常广泛，大家看，这些工具和设施，哪些用到了轮轴？（出示螺丝刀、扳手、健身器材、水龙头、方向盘等图片）请小组讨论，把它们找出来，说一说它们的轮和轴分别在哪里，有什么作用。 （学生小组讨论，识别生活中的轮轴类工具，教师巡视指导） 师：哪个小组愿意分享你们的发现？ 生1：螺丝刀用到了轮轴，手柄是轮，刀杆是轴，转动手柄就能带动刀杆转动，拧螺丝很省力。 生2：扳手用到了轮轴，扳手的把手是轮，螺母的中心是轴，握住把手转动，就能轻松拧紧螺母。 生3：水龙头用到了轮轴，把手是轮，阀芯是轴，转动把手就能控制水流，很省力。 生4：汽车方向盘也是轮轴，方向盘是轮，转向轴是轴，转动方向盘就能控制汽车方向，很轻松。 师：大家都找得非常准确！这些轮轴类工具，通过轮和轴的配合，帮我们省力、提高工作效率。 师：大家再来看这些水龙头和阀门，它们有什么不同？分别适合用在什么地方？工人师傅维修阀门时，用小扳手拧不动，可以用什么方法解决？ 生：有的水龙头把手大，有的把手小，把手大的轮轴省力，适合用在需要用力大的地方；把手小的轮轴费力，适合用在需要精准控制的地方。用小扳手拧不动阀门，可以在扳手上套一根长管子，增大轮的半径，这样就省力了！ 师：说得太对了！增大轮的半径，就相当于增大了动力臂，轮轴就更省力了，这也是轮轴原理在生活中的应用。 （五）探究活动四：拓展制作——神奇小魔盒（6分钟） 师：大家看这个神奇的小魔盒，用手从盒子的一端拉出50厘米的绳子，另一端的小汽车才前进10厘米，猜一猜，魔盒里面可能是什么结构？ 生：里面可能有轮轴！绳子绕在大轮上，拉动大轮的时候，轴上的绳子带动小汽车前进，轮的周长比轴的周长大，所以拉很长的绳子，小汽车才前进一小段。 师：大家猜得非常对！魔盒里面就是轮轴结构，利用了轮轴的原理。接下来，请大家利用身边的材料，制作一个神奇的小魔盒，比一比，哪个小组制作的小魔盒精致美观，而且省力。 （学生小组合作，利用盒子、绳子、小滑轮等材料制作神奇小魔盒，教师巡视指导，帮助学生解决制作中的问题） 师：哪个小组愿意展示你们的作品？ 生：我们制作的小魔盒，里面有一个大轮和小轴，绳子绕在大轮上，拉动绳子的时候，轴上的绳子带动小汽车前进，拉50厘米的绳子，小汽车前进10厘米，而且拉的时候很省力！ 师：大家制作的小魔盒都非常棒！通过制作，大家是不是更理解轮轴的原理了？ （六）全课小结，拓展延伸（5分钟） 师：同学们，今天这节课，我们一起揭开了轮轴的秘密，谁来说说，你有哪些收获？ 生1：我知道了轮轴是由轮和轴组成的机械，是一种变形的杠杆，支点在轴的中心。 生2：我通过实验知道了轮轴的省力条件，在轮上用力省力，轮越大越省力，还能改变力的方向。 生3：我发现生活中到处都有轮轴的应用，比如螺丝刀、扳手、水龙头、方向盘，它们都用到了轮轴的原理。 生4：我还制作了神奇小魔盒，理解了轮轴原理在生活中的应用。 师：大家的收获真不少！轮轴是一种非常重要的简单机械，它的发明和使用，让很多原本费力的工作变得轻松高效，推动了人类技术的进步。课后，大家可以继续观察生活中的轮轴工具，分析它们的轮轴结构和作用；也可以改进我们制作的神奇小魔盒，让它更美观、更省力。下节课，我们将继续探索其他简单机械的奥秘。 八、板书设计 轮轴的秘密 1. 轮轴的定义：由轮和轴组成，绕固定轴转动的机械（变形杠杆） 2. 轮轴的结构：轮（动力点）、轴（阻力点）、支点（轴中心） 3. 轮轴的作用： 在轮上用力省力，轮越大越省力；可改变力的方向 4. 生活应用：螺丝刀、扳手、水龙头、方向盘、石磨…… 九、教学反思 （一）亮点 1. 以体验为起点，层层递进建构概念。从门锁把手的体验导入，到石磨与方向盘的对比认识轮轴结构，再到实验探究省力条件、生活应用分析、动手制作，活动设计由浅入深，贴合学生认知规律，有效落实科学观念、探究实践、科学思维目标。 2. 实验探究与数据分析贯穿课堂，强化科学思维培养。通过轮轴对比实验，让学生在操作中观察、在数据中分析，归纳出轮轴的省力条件，同时引导学生建立轮轴与杠杆的联系，深化对简单机械原理的理解，培养数据分析与模型建构的科学思维。 3. 紧密联系生活实际，体现科学与生活的深度融合。课堂中选用的工具、案例都是学生生活中常见的，让学生感受到轮轴原理就在身边，体会科学技术对生活的改善，同时通过神奇小魔盒的制作，培养学生的工程设计与创新能力。 （二）不足 1. 部分学生对“轮轴是变形杠杆”的理解不够深入，难以将轮轴的结构与杠杆的三要素建立对应联系，对轮轴省力原理的理解停留在表面。 2. 实验环节中，部分学生操作测力计不规范，导致实验数据误差较大，影响了对实验结论的归纳。 3. 课堂时间分配上，生活应用分析环节时间较紧，学生对水龙头、阀门等工具的轮轴原理分析不够充分。 （三）改进方向 1. 补充轮轴与杠杆的对比动画，用更直观的方式展示轮轴的支点、动力点、阻力点，帮助学生建立清晰的认知；在实验前增加测力计的使用练习，规范学生的操作，减少实验误差。 2. 优化课堂环节时间，精简教师讲解，给学生更多的实验操作和生活应用分析的时间；课后布置“寻找生活中的轮轴”实践作业，让学生在生活中持续观察，深化对轮轴原理的理解。 3. 增加更多轮轴应用的拓展案例，比如辘轳、自行车脚踏等，让学生更全面地了解轮轴在生活中的应用，感受轮轴原理的广泛价值。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $