22《机器模型大比拼（一）》（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 科学擂台《机器模型》 第22课《机器模型大比拼（一）》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”等课程内容，以“校园STEAM创客大赛”为项目载体，引导学生综合运用简单机械知识，经历“任务—调研—设计—制作—测试—展示”的完整工程实践流程，发展科学探究能力、工程思维与创新意识，落实“技术与工程实践”的课程理念，培养学生的问题解决能力与团队协作精神。 二、教材分析 本课是冀人版五年级下册“机器模型”单元的第22课，是单元工程实践课的开篇，也是前一单元“简单机械”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“提升重物的机器模型”设计制作为任务，引导学生从“明确任务—调研分析—方案设计—交流筛选”逐步推进，将科学知识转化为工程实践能力，为后续模型制作、测试与展示奠定基础，在单元教学中起到引领性、基础性的关键作用。 教材内容分为四个板块： 1. 任务引入：以“校园STEAM创客大赛”为情境，明确“设计制作提升重物机器模型”的任务与要求，激发学生的工程实践兴趣。 2. 问题拆解：引导学生围绕“省力、稳固、选材”三个核心问题，将大任务拆解为可解决的具体问题，建立工程设计的问题意识。 3. 调研分析：通过生活中电梯的案例调研，了解提升重物机器的结构与工作原理，为设计提供现实依据。 4. 方案设计：通过概念图分析、方案组合、草图绘制、交流筛选，引导学生完成机器模型的初步设计，形成完整的工程设计思路。 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，了解机器的四个组成部分，具备将科学知识应用于工程实践的理论基础。 2. 能力水平：已具备小组合作、观察分析、动手操作的基本能力，能够在教师引导下完成任务拆解、资料收集与方案讨论，但对工程设计的系统性、逻辑性认知不足，在多因素（省力、稳固、成本、美观）平衡设计上存在困难。 3. 认知特点：对动手实践类活动充满兴趣，乐于探索创新，但工程思维尚未形成，容易出现设计方案理想化、缺乏可行性的问题，需通过阶梯式引导，帮助学生建立工程设计的严谨性与实用性意识。 4. 生活经验：对电梯、起重机等提升重物的机器有感性认识，为调研分析环节提供了生活基础，但对其内部结构与工作原理缺乏深入了解，需通过案例调研与讨论突破认知难点。 四、教学目标 （一）科学观念目标 1. 知道提升重物的机器通常由动力、传动、工作、控制四部分组成，了解滑轮、轮轴、斜面等简单机械在提升重物机器中的应用原理。 2. 理解工程设计需综合考虑省力、稳固、成本、材料等多方面因素，认识到科学原理是工程设计的基础。 （二）科学思维目标 1. 能将复杂工程任务拆解为具体问题，发展问题拆解与逻辑分析能力。 2. 能通过概念图、方案组合等方式，分析不同设计方案的优缺点，培养批判性思维与优化思维。 3. 能基于调研结果，对设计方案进行预测与评估，发展工程思维与创新思维。 （三）探究实践目标 1. 能围绕“提升重物机器模型”的任务，通过资料收集、案例分析完成调研报告，明确设计思路。 2. 能采用概念图、草图绘制等方式，设计出完整的机器模型方案，并与小组交流讨论。 3. 能通过小组合作，对设计方案进行筛选与改进，形成最终的设计方案，提升工程设计与团队协作能力。 （四）态度责任目标 1. 感受工程设计的严谨性与创新性，体会科学知识在工程实践中的应用价值，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，主动分享自己的想法，培养团队协作精神与严谨的科学态度。 3. 树立“绿色设计、成本意识”的工程理念，关注设计方案的环保性与实用性，增强社会责任感。 五、教学重难点 教学重点 1. 明确工程任务的核心要求，将大任务拆解为可解决的具体问题，建立问题意识。 2. 结合调研结果，设计出完整的提升重物机器模型方案，并通过交流筛选优化方案。 教学难点 1. 综合运用简单机械知识，设计出既省力又稳固、符合成本与环保要求的机器模型方案。 2. 理解工程设计中多因素平衡的原则，学会对设计方案进行科学评估与改进。 六、教学准备 教师准备 1. 教学课件：包含STEAM创客大赛介绍、电梯与起重机结构视频、工程设计流程图、不同类型提升重物机器的案例资料。 2. 教具：电梯结构模型、滑轮组、轮轴、斜面等简单机械模型，用于演示提升重物的工作原理。 3. 材料：设计草图模板、概念图模板、调研报告模板、彩笔、直尺、圆规等绘图工具。 4. 拓展资料：不同类型提升重物机器的设计案例、工程设计的基本方法与原则。 学生准备 1. 课前观察生活中的电梯、起重机等提升重物的机器，记录其结构特点与工作方式。 2. 笔记本、笔，用于课堂记录与方案设计。 七、教学过程 （一）情境导入，明确工程任务（6分钟） 师：同学们，上课！大家看，今天老师带来了一个好消息——我们学校要举办“校园STEAM创客大赛”啦！（出示大赛海报）大家知道什么是STEAM吗？STEAM就是科学、技术、工程、艺术和数学的结合，是一种用跨学科知识解决实际问题的学习方式。本次大赛的主题是“提升重物机器模型大比拼”，我们一起来看一下具体的任务要求。 （出示任务卡，学生齐读任务） 师：谁来说一说，本次大赛的核心任务是什么？ 生：设计、制作一台能够提升重物的机器模型，用尽可能小的力，将500克重物提升到30厘米高的平台。 师：说得非常准确！那任务还有哪些具体要求呢？ 生：要轻松省力，操作方便；结构简单，稳固可靠；材料环保，方便制作；成本低廉，外形美观。 师：没错！这四个要求就是我们设计机器模型的核心标准，缺一不可。大家想一想，生活中哪些机器是用来提升重物的？ 生1：电梯！ 生2：起重机！ 生3：塔吊！ 师：大家说得都很好！这些机器都能轻松把重物提升到高处，它们里面都藏着我们之前学过的简单机械。今天这节课，我们就一起走进《机器模型大比拼（一）》，完成机器模型设计的第一步——明确任务、调研分析、设计方案，为我们的创客大赛做好准备，好不好？ 生：好！ 师：那我们的工程之旅，现在就开始吧！（板书课题：机器模型大比拼（一）） （二）任务拆解，梳理核心问题（8分钟） 师：面对这个设计任务，大家觉得我们首先要解决什么问题？ 生：我们要知道怎么让机器模型省力！ 师：说得很好！“省力”是我们的核心目标之一，那还有其他关键问题吗？ 生：机器模型要稳固，不然提升重物的时候会倒。 师：没错！结构稳固是机器正常工作的基础。还有吗？ 生：我们要选择合适的材料，既环保又便宜，还要容易制作。 师：非常棒！材料的选择直接影响我们的制作过程和成本。大家说得这些，就是我们工程设计的三个主要问题，我们一起来梳理一下。 （出示主要问题与具体问题的对应关系图） 师：第一个主要问题——怎样更省力？我们可以拆解成哪些具体问题？ 生：使用哪些简单机械？怎样组合和连接这些简单机械？ 师：说得很对！我们之前学过的滑轮、轮轴、斜面都能省力，那它们怎么组合才能更省力呢？这是我们要重点研究的问题。第二个主要问题——怎样使结构稳固？对应的具体问题是什么？ 生：机器模型的框架以及四个组成部分是什么样子的？怎么连接才能更稳固？ 师：没错！机器的四个组成部分（动力、传动、工作、控制）的设计，还有框架的结构和连接方式，都会影响模型的稳固性。第三个主要问题——如何选择材料？对应的具体问题是什么？ 生：选择什么类型的材料？既环保又便宜，还容易加工？ 师：非常好！材料的类型、材质、连接方式，都是我们要考虑的因素。大家看，通过这样的拆解，一个复杂的工程任务，就变成了我们可以一步步解决的具体问题。接下来，我们就按照“任务—调研—设计—制作—测试—展示”的工程流程，一步步推进我们的设计。首先，我们进入调研环节。 （三）案例调研，分析提升重物机器的原理（10分钟） 师：生活中有很多提升重物的机器，它们是怎么工作的呢？我们一起来看一下第一小组的调研报告，他们调研的是我们生活中最常见的电梯。（出示电梯调研报告） 师：谁来说一说，电梯的四个组成部分分别是什么？ 生：动力部分是电动机及电力系统，传动部分是滑轮组、轮轴、钢丝绳组成的机械系统，工作部分是轿厢，控制部分是按键及电控系统。 师：说得非常准确！电梯就是通过钢丝绳，将滑轮组、轮轴等简单机械连接起来，轻松把重物提升到不同高度的。大家注意到电梯里的“对重”了吗？它的作用是什么？ 生：对重可以平衡轿厢的重量，这样电动机就不用费很大的力气去拉轿厢了，能更省力。 师：太对了！对重就像我们跷跷板的另一端，通过平衡重量来减少动力消耗，这也是工程设计中常用的省力技巧。除了电梯，大家还知道哪些提升重物的机器？它们用到了哪些简单机械？ 生1：起重机用到了滑轮组，能把很重的东西吊起来。 生2：塔吊用到了杠杆和滑轮组，能把重物吊到很高的地方。 师：大家说得都很好！这些机器都用到了滑轮组、轮轴等简单机械来省力，同时通过稳固的框架结构来保障安全。现在请大家以小组为单位，讨论一下：这些提升重物的机器使用了哪些简单机械？它们是怎么省力的？为了更省力、提高工作效率，还可以怎样改进？给大家3分钟时间，开始吧！ （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讨论结果？ 生1：我们发现电梯和起重机都用到了滑轮组，动滑轮可以省力，定滑轮可以改变力的方向，组合起来就能更省力。 生2：轮轴也能省力，电梯里的轮轴可以传递动力，让钢丝绳转动起来。 生3：我们觉得可以增加滑轮的数量，或者把轮轴和滑轮组结合起来，这样能更省力。 师：大家的分析都很到位！通过调研，我们知道了提升重物的机器通常会组合使用多种简单机械来实现省力，同时通过合理的结构设计保障稳固。这些调研结果，就是我们设计机器模型的重要依据。 （四）方案设计，构建机器模型的初步思路（12分钟） 师：有了调研结果，我们就可以开始设计自己的机器模型了。工程设计的关键是“设计”，我们的设计重点是省力、结构和材料。第一小组用概念图的方法，分析了这三个方面的解决方案，我们一起来看一下。（出示设计分析概念图） 师：在“省力”方面，我们可以有哪些选择？ 生：两种简单机械组合，比如滑轮和轮轴；三种简单机械组合，比如滑轮、轮轴和斜面。 师：没错！不同的组合方式，省力的效果也不一样。在“材料”方面，我们可以选择哪些材料？ 生：废旧材料、木质材料、塑料材料，这些材料环保又便宜，还容易加工。 师：非常好！废旧材料的利用，既环保又降低成本，符合我们的设计要求。在“结构”方面，我们可以怎么设计？ 生：主体框架可以是长方体框架或者圆柱体框架，连接方式可以用插接或者螺丝固定。 师：说得很全面！不同的框架结构和连接方式，稳固性也不一样。现在，我们用“组合法”，从省力、结构、材料的解决方案中，各选择一项进行组合，构思我们的机器模型。大家看，第一小组列出了问题解决方案列表，我们一起来看一下。（出示方案列表） 师：在“省力”方面，我们可以选择两种或三种简单机械组合，比如动滑轮+定滑轮+轮轴，或者动滑轮+轮轴+斜面。在“结构”方面，主体框架可以是长方体，连接方式可以用螺丝固定，四个组成部分分别用轮轴做动力、齿轮传动、平台做工作部分、开关做控制部分。在“材料”方面，可以选择废旧的木质材料或者塑料材料。现在请大家以小组为单位，用这样的组合方式，构思你们的机器模型，给大家5分钟时间，开始吧！ （学生小组讨论构思，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初步构思？ 生1：我们小组打算用动滑轮和轮轴组合来省力，主体框架用长方体的木质框架，用螺丝固定，材料用废旧的木板和塑料瓶。 生2：我们小组打算用滑轮组和斜面组合，把斜面做成可以升降的平台，主体框架用插接的塑料框架，材料用废旧的乐高积木。 师：大家的构思都很有创意！接下来，我们要用草图把我们的构思呈现出来，也就是画出我们的设计方案。大家看，第一小组设计了三个方案，我们一起来看一下。（出示三个设计方案草图） 师：方案1用到了滑轮组和轮轴，还有对重装置，结构和电梯很像；方案2用到了滑轮组和起重机的结构；方案3用到了斜面和动滑轮的组合。大家觉得哪个方案更符合我们的任务要求？为什么？ 生1：我觉得方案1更稳固，因为它的框架是长方体的，结构对称，而且用到了三种简单机械，应该更省力。 生2：我觉得方案3的结构更简单，材料也容易找，制作起来更方便，而且斜面和动滑轮组合也能省力。 师：大家的分析都很有道理！现在请大家以小组为单位，用直尺、铅笔等绘图工具，画出你们小组的设计方案草图，要标注清楚用到的简单机械、各部分的尺寸和材料，给大家5分钟时间，开始吧！ （学生绘制设计草图，教师巡视指导，帮助学生完善方案） （五）交流筛选，优化机器模型设计方案（6分钟） 师：时间到！请大家把设计草图放在桌上，每个小组选一名代表，上台展示你们的设计方案，其他同学认真倾听，提出自己的看法和建议。 （各小组依次上台展示设计方案，师生共同交流） 师：刚才每个小组都展示了自己的设计方案，大家觉得这些方案有哪些优点？还有哪些地方需要改进？ 生1：第一小组的方案用到了三种简单机械，应该很省力，但是他们的框架是塑料的，可能不够稳固，可以改成木质的。 生2：第二小组的方案用到了对重装置，很有创意，但是他们的滑轮数量太多，制作起来可能比较麻烦，可以减少滑轮的数量，简化结构。 师：大家的建议都很中肯！根据我们的任务要求，我们要对这些方案进行筛选，选出最符合要求的方案。筛选的时候，我们要从哪些方面考虑？ 生：省力效果、结构稳固性、材料成本、制作难度、外形美观度。 师：没错！我们要综合考虑这些因素，选出最合适的方案。现在请大家以小组为单位，讨论一下你们的方案有哪些优点和不足，怎么修改才能更符合要求，给大家3分钟时间，开始吧！ （学生小组讨论修改方案，教师巡视指导） 师：时间到！哪个小组来说一说你们的修改计划？ 生：我们小组原来的方案框架是塑料的，现在打算改成木质的，这样更稳固；原来的滑轮数量太多，我们打算减少一个滑轮，简化结构，制作起来更方便。 师：非常棒！大家都能根据交流的建议，对自己的方案进行优化。现在，请大家把修改后的方案草图完善好，标注清楚修改的地方。 （六）全课小结，梳理工程设计流程（3分钟） 师：今天这节课，我们一起完成了机器模型设计的第一步——明确任务、拆解问题、调研分析、设计方案、交流筛选。谁来说一说，你今天都有哪些收获？ 生1：我知道了工程设计要先明确任务，再把大任务拆解成小问题，一步步解决。 生2：我学会了用组合法来设计机器模型，把不同的简单机械组合起来，实现省力的效果。 生3：我知道了设计方案要综合考虑省力、稳固、材料、成本等很多因素，还要和同学交流修改。 师：大家的收获都非常丰富！我们的工程之旅才刚刚开始，下节课，我们将根据今天完善的设计方案，进行机器模型的制作和测试，大家可以提前准备好需要的材料。希望大家带着今天学到的工程设计方法，继续完善自己的方案，为制作出优秀的机器模型做好准备。 （七）板书设计 机器模型大比拼（一） 任务：提升重物机器模型 要求：省力、稳固、环保、低成本、美观 问题拆解 1. 省力：简单机械的组合与连接 2. 稳固：框架结构与四部分设计 3. 选材：环保、低成本、易加工材料 调研分析：电梯的工作原理 动力→传动→工作→控制 滑轮组、轮轴、对重：省力、平衡 方案设计 组合法：省力+结构+材料 草图呈现→交流筛选→修改完善 八、教学反思 本课紧扣2022版新课标“技术与工程”领域的要求，以“校园STEAM创客大赛”为项目载体，引导学生经历了完整的工程设计流程，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，通过任务拆解、案例调研、方案设计、交流筛选等阶梯式活动，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，同时结合生活中的电梯、起重机等案例，让学生感受到科学知识与工程实践的紧密联系，培养了工程思维与创新意识。 教学中也存在一些不足：部分学生对简单机械的组合应用思路不够开阔，方案设计的创新性不足；小组交流筛选环节，个别学生的参与度不高，需要教师更多的引导与鼓励。后续教学中，可增加简单机械组合的演示实验，为学生提供更多的设计思路；同时优化小组分工，确保每个学生都能参与到方案的讨论与修改中，提升团队协作的有效性。此外，可增加工程设计案例的分享环节，拓宽学生的设计视野，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 $