21《自行车》（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21课《自行车》教学设计 一、设计依据 本课依据《义务教育科学课程标准（2022年版）》“技术与工程”领域核心素养要求设计，紧扣“技术发明通常蕴含着一定的科学原理”“工程和技术产品改变了人们的生产和生活”等课程内容，以“自行车”这一学生熟悉的生活载体为依托，引导学生综合运用杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械知识，分析机器的组成与工作原理，发展科学探究能力与工程思维，落实“科学源于生活、服务生活”的课程理念，培养学生的技术应用意识与社会责任感。 二、教材分析 本课是冀人版五年级下册“简单机械”单元的第21课，是单元知识的综合应用与拓展课。前几课学生已系统学习了杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械的原理与作用，本课以“自行车”为研究对象，通过“寻找自行车上的简单机械—分析机器的组成部分—探究齿轮传动作用—拓展新型自行车设计”四个层次的活动，实现从“单一简单机械”到“组合机械应用”的认知进阶，既是对单元知识的梳理整合，也为后续“机器模型大比拼”的实践活动奠定基础，在单元教学中起到承上启下的关键作用。 教材内容分为三个板块： 1. 情境与问题：以自行车的功能介绍引出探究问题，激发学生兴趣，明确本课研究方向。 2. 探究与发现：包含两个核心活动，一是观察自行车，识别其中的简单机械；二是通过实验探究齿轮传动的作用，理解机器的组成与工作原理。 3. 应用与拓展：通过分析共享单车的设计特点，将科学知识与生活实际结合，培养学生的工程思维与创新意识。 三、学情分析 五年级学生已具备以下学习基础： 1. 知识基础：已掌握杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械的基本原理，能够识别常见的简单机械，具备初步的分析与归纳能力。 2. 生活经验：自行车是学生生活中常见的交通工具，多数学生有观察或接触自行车的经历，对其结构有感性认识；同时明确“未满12周岁不能骑自行车上路”的安全规定，可基于此开展探究活动。 3. 能力水平：已具备小组合作、观察记录、动手实验的基本能力，能够在教师引导下完成探究任务，但对“机器的组成部分”“传动装置的工作原理”等抽象概念的理解，仍需借助实物与实验操作突破难点。 4. 认知特点：对熟悉的事物充满探究欲，喜欢动手操作，但在综合运用知识分析复杂机械时，容易出现知识碎片化、分析不全面的问题，需通过阶梯式活动设计，引导学生逐步构建完整认知体系。 四、教学目标 （一）科学观念目标 1. 知道自行车是多种简单机械组合而成的机器，能识别自行车上的杠杆、轮轴、斜面等简单机械，并说出其作用。 2. 了解机器的四个基本组成部分：动力部分、传动部分、工作部分和控制部分，明确各部分的功能。 3. 理解齿轮传动的原理，知道齿轮可传递动力、改变运动速度和方向，了解链条传动与齿轮咬合传动的区别。 （二）科学思维目标 1. 通过观察自行车结构，分析各部分对应的简单机械，发展分析、归纳与分类的思维能力。 2. 通过齿轮传动实验，对比不同齿轮组合的转动效果，培养对比分析、逻辑推理与数据归纳能力。 3. 通过分析共享单车的设计特点，发展批判性思维与创新思维，能基于科学原理提出合理的改进设想。 （三）探究实践目标 1. 能通过小组观察、讨论，找出自行车上的简单机械，并与同学交流分享发现。 2. 能设计并实施齿轮传动实验，规范记录实验现象与数据，分析齿轮的作用，完成实验报告。 3. 能结合所学知识，对比分析共享单车与传统自行车的结构差异，尝试提出简单的改进建议，提升技术应用与实践能力。 （四）态度责任目标 1. 感受简单机械在生活中的广泛应用，体会科学技术对人类生活的影响，激发对技术与工程的探究兴趣。 2. 在小组合作中，乐于倾听他人意见，主动分享自己的发现，培养团队协作精神与严谨的科学态度。 3. 了解共享单车的使用规范，树立文明使用公共设施的意识，增强社会责任感与安全意识。 五、教学重难点 教学重点 1. 识别自行车上的简单机械，认识机器的四个基本组成部分及其作用。 2. 探究齿轮传动的作用，理解传动装置的工作原理。 教学难点 1. 综合运用已学知识，分析自行车上不同简单机械的组合应用及其协同作用。 2. 理解齿轮传动中转速与齿数的关系，以及传动装置对机器工作效率的影响。 六、教学准备 教师准备 1. 教学课件：包含自行车结构图片、齿轮传动动画、共享单车设计对比视频、机器组成模型演示视频。 2. 实物教具：拆卸式自行车模型（便于观察内部结构）、齿轮传动实验套装（大小齿轮、链条、支架、手摇柄）、玩具小车（标注机器组成部分）。 3. 实验材料：分组实验用齿轮、链条、记录表、笔、安全手套（防止齿轮夹手）。 4. 拓展资料：不同类型自行车（山地车、公路车、共享单车）的结构对比卡片、齿轮传动在生活中的应用案例。 学生准备 1. 课前观察自行车，记录自己发现的结构特点，完成预习单。 2. 笔记本、笔，用于课堂记录与实验记录。 七、教学过程 （一）情境导入，激发探究兴趣（5分钟） 师：同学们，上课！在我们的生活中，有一种交通工具特别常见——它环保、轻便，不用烧油、不用耗电，很多成年人上下班、出门买菜都会用到它，大家猜猜是什么？ 生（齐答）：自行车！ 师：没错，就是自行车。大家都知道，我们国家有明确的交通安全规定：未满12周岁的未成年人，不能骑自行车上路，更不能骑自行车上下学，这一点大家一定要牢牢记住，保障自身安全。虽然我们现在还不能骑，但这并不妨碍我们当一回“小小机械工程师”，一起去研究自行车里藏着的科学奥秘，好不好？ 生：好！ 师：大家看课本上这句话：“自行车是一种以人力为动力、简单环保的交通工具。自行车利用了多种简单机械，大大提高了工作效率。” 前面几节课，我们已经认识了杠杆、轮轴、滑轮、斜面这些简单机械，那它们都藏在自行车的哪些地方呢？今天这节课，我们就一起来探究《自行车》里的科学秘密。（板书课题：自行车） （二）探究活动一：寻找自行车上的简单机械（12分钟） 师：首先，我们来完成第一个任务——“寻找自行车上的简单机械”。请大家以小组为单位，结合桌上的自行车模型、课本图片和课前观察记录，仔细观察、讨论，找一找自行车上都有哪些简单机械，把你们的发现填写在“简单机械记录表”里，要写清楚“自行车部位”“对应的简单机械”和“作用”。给大家5分钟时间，开始吧！ （学生分组观察、讨论，教师巡视指导，参与小组交流，提醒学生注意安全，不要随意触碰模型的尖锐部位） 师：时间到！哪个小组愿意上台分享你们的发现？ 生1（上台指着自行车模型）：我们小组发现，自行车的车把是轮轴，它的轮大、轴小，转动起来很省力，能控制自行车的方向。 师：说得非常准确！车把确实是省力轮轴的应用，我们轻轻转动车把，就能轻松控制方向，这就是轮轴省力的特点。还有其他发现吗？ 生2：我们发现脚踏板和牙盘也是轮轴，脚踏板是轮，牙盘是轴，我们踩脚踏板的时候，牙盘会跟着转动，带动链条运动。 师：观察得真仔细！脚踏板和牙盘组成的轮轴，是自行车的动力来源，我们踩踏板的力通过轮轴传递出去，为自行车提供动力。 生3：我们发现刹车手柄是杠杆，捏刹车的时候，能很轻松地让刹车片夹紧车轮，让自行车停下来，而且捏的力越小，制动力越大，应该是省力杠杆。 师：太对了！刹车手柄利用了省力杠杆的原理，我们用很小的力捏手柄，就能产生很大的制动力，保障骑行安全，这也是很多机械刹车装置的设计思路。 生4：我们发现自行车的螺丝、螺母是斜面，螺纹就是斜面的变形，这样能把螺丝拧得很牢固，不容易松动。 师：哇，这个发现太有深度了！螺丝的螺纹就是斜面的应用，把斜面卷起来就变成了螺纹，通过斜面的作用，用较小的力就能把螺丝拧紧，而且摩擦力更大，固定效果更好。 生5：我们发现自行车的车轮轴、脚踏板轴都是轮轴，车轮转动的时候，轮轴能减少摩擦，让自行车骑起来更省力。 师：非常棒！车轮的轮轴结构，不仅能减少摩擦，还能把动力传递到地面，推动自行车前进。还有同学发现其他简单机械了吗？ 生6：老师，自行车的车座调节扳手是不是杠杆？ 师：这个问题提得特别好！车座调节装置里的扳手，确实是杠杆的应用，我们扳动扳手就能轻松调节车座的高度，利用的也是杠杆省力的原理。还有链条和齿轮，它们是什么呢？其实它们组成了传动装置，我们后面会重点研究。 师：大家的发现都非常精彩！看来自行车上真的藏着很多简单机械，它们不是单独工作的，而是组合在一起，让自行车成为了一种设计合理、高效便捷的机器。现在请大家和同桌互相说一说，你找到的这些简单机械，在自行车上分别起到了什么作用？ （学生同桌交流，巩固认知，教师巡视倾听，适时点拨） （三）探究活动二：研究自行车各部分的作用（20分钟） 1. 认识机器的四个基本组成部分 师：刚才我们找到了自行车上的很多简单机械，这些简单机械组合在一起，就构成了一台完整的机器。大家看课本里的玩具小车模型，它标注了机器的四个组成部分，谁能说一说，这四个部分分别是什么？ 生（齐答）：动力部分、传动部分、工作部分、控制部分！ 师：没错！大部分机器都是由这四个部分组成的，它们分工明确、协同工作，才能让机器正常运转。现在请大家以小组为单位，讨论一下自行车的这四个部分分别是什么，把你们的结论写下来，给大家3分钟时间。 （学生小组讨论，教师巡视指导，参与小组交流） 师：时间到！哪个小组来说一说你们的结论？ 生1：我们认为自行车的动力部分是脚踏板和牙盘，我们踩脚踏板的力就是动力，牙盘把我们的力传递出去。 师：说得对！脚踏板、牙盘和我们的人力，共同组成了自行车的动力部分，为自行车提供前进的动力。那传动部分呢？ 生2：传动部分是链条和齿轮，它们把脚踏板的动力传递到后轮上，让后轮转动起来。 师：非常准确！链条和前后齿轮组成了传动部分，把动力传递到后轮，让后轮转动起来，带动自行车前进。那工作部分呢？ 生3：工作部分是车轮，车轮和地面接触，后轮转动的时候，就能推动自行车前进了。 师：没错！车轮是自行车的工作部分，它通过与地面的摩擦，把动力转化为前进的运动，是自行车实现“行走”的关键。那控制部分呢？ 生4：控制部分是车把、刹车和变速手柄，车把控制方向，刹车控制速度和停止，变速手柄可以调节齿轮的组合，改变骑行的快慢。 师：太全面了！车把、刹车、变速手柄这些装置，组成了自行车的控制部分，让我们可以灵活控制自行车的方向、速度和骑行模式，保障骑行的安全和便捷。 师：大家总结得非常棒！现在我们一起来梳理一下：自行车的动力部分是脚踏板与牙盘，传动部分是链条与齿轮，工作部分是车轮，控制部分是车把、刹车等装置。这四个部分缺一不可，协同工作，才让自行车正常运转起来。 2. 探究齿轮传动的作用 师：刚才我们提到了自行车的传动部分是链条和齿轮，那齿轮在传动装置中到底起到了什么作用呢？课本里给我们设计了一个研究计划，我们一起来看一下。（出示研究计划）问题是“在自行车的链条传动装置中，齿轮起到了什么作用？”，大家可以先猜一猜，齿轮可能起到什么作用？ 生1：我觉得齿轮能传递动力，把脚踏板的力传到后轮上。 生2：我觉得齿轮能改变转动的速度，比如大齿轮转一圈，小齿轮可能转好几圈，这样自行车就能骑得更快。 师：大家的猜测都很有道理，那我们就通过实验来验证一下。现在请大家以小组为单位，利用桌上的齿轮、链条、手摇柄，模拟自行车的传动装置，转动大齿轮一圈，观察小齿轮转动多少圈，把实验结果记录在“齿轮传动实验记录表”里。实验的时候要注意安全，戴上手套，不要被齿轮夹到手，给大家8分钟时间，开始吧！ （学生分组实验，教师巡视指导，参与小组实验，提醒学生多次实验取平均值，确保数据准确） 师：时间到！请大家停止实验，哪个小组来说一说你们的实验结果？ 生1：我们小组转动大齿轮1圈，小齿轮转动了3圈，我们重复做了3次，结果都是一样的。 师：其他小组的结果呢？ 生2：我们的大齿轮转1圈，小齿轮转了2圈多，因为我们的大齿轮齿数比他们的少一点。 师：哦？为什么会有不同的圈数呢？大家看，我们用的大齿轮和小齿轮的齿数不一样，对吧？如果大齿轮有48个齿，小齿轮有16个齿，大齿轮转一圈，小齿轮会转几圈呢？ 生：3圈！因为48÷16=3。 师：没错！齿轮的齿数比决定了转动的圈数比，大齿轮的齿数是小齿轮的几倍，大齿轮转一圈，小齿轮就会转几圈。那通过这个实验，我们能得出什么结论呢？齿轮在链条传动中起到了什么作用？ 生1：齿轮可以传递动力，把大齿轮的转动传递给小齿轮，带动小齿轮一起转。 生2：齿轮可以改变转动的速度，让小齿轮转得更快，这样我们踩一圈脚踏板，后轮就能转好几圈，自行车就能前进更远的距离。 师：说得很好！在链条传动中，齿轮的主要作用是传递动力，同时改变运动速度，大齿轮转一圈，小齿轮转多圈，这样我们踩踏板的力就能转化为更快的车轮转动速度，提高了工作效率，这也是为什么自行车能比我们走路快很多的原因。 师：那如果两个齿轮直接咬合在一起，它们会怎么转动呢？大家可以试着把两个齿轮靠在一起，转动其中一个，观察另一个的转动方向和速度。注意不要用手直接接触齿轮，用手摇柄转动。 （学生动手操作，观察咬合齿轮的转动，教师巡视指导） 师：谁来说说你们的发现？ 生1：两个齿轮咬合在一起的时候，转动方向是相反的，一个顺时针转，另一个就逆时针转。 生2：它们的转动速度也是由齿数决定的，大齿轮转得慢，小齿轮转得快，和链条传动的速度变化规律一样。 师：非常棒！直接咬合的齿轮，不仅能传递动力、改变运动速度，还能改变运动方向。这就是齿轮传动的重要作用，也是很多机器里都用到齿轮的原因，比如钟表、汽车变速箱里，都有不同的齿轮组合，来实现不同的运动效果。 师：现在请大家把实验结论整理一下，和小组同学说一说，链条传动和齿轮咬合传动，在传递动力、改变速度、改变方向上有什么不同的特点？ （学生小组交流，巩固实验结论，教师巡视倾听，适时点拨） （四）应用与拓展：研究新型自行车（7分钟） 师：随着科技的发展，自行车也在不断升级，现在我们生活中出现了很多共享单车，大家平时也都见过。请大家结合课本里的图片和桌上的共享单车结构卡片，对比一下共享单车和传统自行车，在车轮、轮盘、车锁等部分有什么不同，这样设计有什么优点？给大家3分钟时间，小组讨论一下。 （学生小组讨论，教师巡视指导，参与小组交流） 师：时间到！哪个小组来说一说你们的发现？ 生1：共享单车的车轮是实心的，没有内胎，不容易爆胎，而且不用打气，更耐用，适合很多人频繁使用。 师：说得很好！实心轮胎的设计，减少了维护成本，也避免了爆胎带来的麻烦，更适合公共使用的场景。还有吗？ 生2：共享单车的轮盘是密封的，链条不会露在外面，不容易生锈，也不会夹到衣服，更安全，也不用经常上油维护。 师：观察得很仔细！密封式的链条盒设计，既保护了链条，也避免了骑行时链条夹到衣物，提升了安全性，同时减少了维护的频率，更适合公共使用。 生3：共享单车的车锁是电子锁，和手机APP连接，扫码就能开锁，还能定位，方便管理，也防止被偷走。 师：太对了！电子智能车锁的设计，实现了无钥匙开锁和定位管理，方便了市民使用，也提升了车辆的管理效率，这就是科技给传统自行车带来的改变。 师：大家的发现都非常精彩！这些新型设计，都是工程师们结合使用场景，利用简单机械和科技手段，对传统自行车进行的改进，既提升了使用效率，也降低了维护成本，这就是科学与技术结合的魅力。 师：大家想一想，除了这些，共享单车还有哪些设计？你还能利用我们今天学的知识，给共享单车提一些改进建议吗？ 生1：可以在车把上装一个小篮子，方便大家放东西。 生2：可以在车轮上装反光条，晚上骑车更安全。 师：这些建议都很实用！大家的想法里，都用到了我们学过的科学知识，非常棒。其实很多发明创造，都是从生活中的小问题出发，利用科学原理来解决的，希望大家以后也能多观察、多思考，用科学知识解决生活中的问题。 （五）全课小结，梳理提升（3分钟） 师：今天这节课，我们一起当回了“小小机械工程师”，研究了自行车里的科学秘密。谁来说一说，你今天都有哪些收获？ 生1：我知道了自行车上有很多简单机械，比如车把是轮轴，刹车是杠杆，螺丝是斜面。 生2：我知道了机器都有动力部分、传动部分、工作部分和控制部分，自行车也不例外。 生3：我知道了齿轮传动可以传递动力、改变速度和方向，链条传动和咬合传动的特点不一样。 师：大家的收获都非常丰富！我们不仅找到了自行车上的简单机械，了解了机器的组成，还通过实验探究了齿轮传动的作用，更感受到了科学技术对生活的改变。自行车虽然看起来简单，却蕴含着很多科学原理，正是这些简单机械的组合，才让它成为了高效便捷的交通工具。希望大家以后能带着今天学到的知识，多观察生活中的机械，发现更多科学的奥秘。 （六）板书设计 自行车 自行车上的简单机械 车把、脚踏板：轮轴（省力、传递动力） 刹车手柄：杠杆（省力） 螺丝：斜面（省力、固定） 机器的组成 动力部分 → 传动部分 → 工作部分 → 控制部分 （脚踏板+牙盘） （链条+齿轮） （车轮） （车把、刹车） 齿轮传动的作用 1. 传递动力 2. 改变运动速度（齿数比=转速比） 3. 改变运动方向（咬合传动） 八、教学反思 本课以“自行车”为载体，紧扣2022版新课标“技术与工程”领域的要求，通过阶梯式的探究活动，引导学生综合运用简单机械知识，分析机器的组成与工作原理，落实了科学观念、科学思维、探究实践和态度责任的四维目标。教学中，通过实物观察、小组讨论、动手实验等多种方式，充分调动了学生的探究积极性，体现了“学生为主体、教师为主导”的教学理念，同时结合共享单车的拓展活动，让学生感受到科学知识与生活的紧密联系，培养了工程思维与创新意识。 教学中也存在一些不足：部分学生对齿轮传动中“齿数与转速的关系”理解不够深入，需要更多的实例和实验来强化认知；小组实验中，个别小组的分工不够明确，影响了实验效率，后续教学中需加强小组分工的指导。同时，可增加“自行车改进设计”的实践环节，让学生动手设计并画出改进方案，进一步提升工程实践能力。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $