第7课设计和制作过山车 教学设计-2026-2027学年科学三年级上册教科版

该小学科学教学设计聚焦物体运动描述与能量转化核心知识，通过播放过山车实景视频导入，引导观察轨道形状与运动状态，衔接前6课运动概念，形成“设计—制作—测试—改进”工程循环，以材料初体验和双轨设计搭建学习支架。 特色为STEM工程实践与跨学科融合，以探究实践引导学生动手制作轨道、设计方案，科学思维体现在模型建构与推理论证，如用绳子或绘图法规划含直线与曲线的轨道。提升学生实践能力与合作意识，为教师提供完整教学资源和跨学科教学思路。

设计和制作过山车 三年级上册·第三单元《物体的运动》·第7课·1课时（40分钟） 课程标准依据 （一）所属学科核心概念 本课对应《义务教育科学课程标准（2022年版）》核心概念4「物体的运动与相互作用」：运动是物质的基本属性，可以用位置、方向和快慢来描述。对应3～4年级学习内容「4.1 物体的运动」——知道可以用位置、方向和快慢来描述物体的运动；知道运动的物体有能量。 （二）关联的跨学科概念 跨学科概念 本课落点 系统与模型 过山车是一个将多种运动形式组合的工程系统 因果与相关 轨道设计（坡度/曲度）→小球运动的速度和路径 稳定与变化 小球从起点到终点经历加速和减速的连续变化 物质与能量 过山车的能量转化：势能→动能→势能 单元分析 单元概述 本单元是「物质科学」领域的重要单元，以「物体的运动」为主题，安排了8课内容。第1—2课从运动的基本概念入手（位置和运动形式）；第3课区分直线运动和曲线运动；第4—5课学习比较运动快慢的方法；第6课认识运动与能量的关系；第7—8课综合运用知识设计和测试过山车。八课从「认识运动→描述运动→测量运动→设计运动」层层递进，帮助学生逐步建立「运动是可以被描述和测量的」核心科学概念。 单元八课递进关系： 阶段 课题 核心任务 认识运动 第1—2课 位置·运动形式 认识运动的基本概念和多种运动形式 描述运动 第3课 直线运动·曲线运动 区分直线运动和曲线运动 测量运动 第4—6课 快慢·能量 学会比较运动快慢，认识运动能量 设计运动 第7—8课 过山车 综合运用运动知识设计和测试过山车 本课在单元中的作用 本课将前6课所学知识综合应用于工程实践——设计和制作过山车模型。学生先画设计图（含直线轨道和曲线轨道），再用卡纸等材料制作。本课培养学生工程设计的初步能力：明确设计要求→画设计图→选择材料→制作模型。与第8课「测试过山车」构成一个完整的「设计—制作—测试—改进」工程循环。 本课与前后课程的衔接：第3课「直线和曲线轨道」→ 本课「设计和制作含两种轨道的过山车」→ 第4—5课「比较快慢」→ 本课需要考虑小球运动快慢 → 第6课「运动和能量」→ 本课小球从高处滑下具有足够能量。本课是全单元知识的综合应用。 一、教学目标 科学观念 了解设计和制作过山车的基本概念和科学原理。 科学思维 能运用观察、比较、分析的方法认识设计和制作过山车。培养用事实证据表达观点的能力。 探究实践 能通过实验和观察探究设计和制作过山车。掌握基本的实验操作技能。 态度责任 培养认真记录、实事求是的科学态度。在合作学习中体验科学探究的乐趣。 教学重点：认识设计和制作过山车的基本概念和科学原理。 教学难点：理解设计和制作过山车中的核心科学概念，能用科学的语言进行描述和解释。 二、课前准备 分组材料 分组材料（每4人小组1套）： 序号 材料 数量 规格说明 来源备注 1 卡纸/硬纸板 每组若干 - 轨道材料 2 胶带 每组1卷 - 固定用 3 小球 每组1个 - 测试用 4 剪刀 每组1把 - 裁剪 5 直尺 每组1把 - 测量 教师准备 1. 准备卡纸、胶带、小球、剪刀等材料 2. 准备过山车设计图纸模板 3. 收集一些过山车的图片和视频作为参考 三、教学过程（共40分钟） 环节一 聚焦：走进过山车的世界（约8分钟） 教师播放30秒游乐园过山车实景视频（含俯冲、爬升、转弯、急停等典型运动），定格在轨道特写画面；引导学生观察轨道形状、小车位置变化，并提问：小车在哪儿跑？怎么跑？为什么不会掉下来？ 师：同学们，刚才这段视频里，过山车的小车一会儿直直地冲下去，一会儿绕着弯儿往上爬，还‘嗖’一下从高处滑下来！它一直在动，但始终没离开轨道。那你们猜猜看：如果让我们自己来造一座‘过山车’，它得有哪些必不可少的部分？它要满足什么条件，小球才不会飞出去、不会卡住、还能自己跑完全程呢？ → 预设：（学生可能的回答）：“要有轨道！”“还要有支架撑起来！”“轨道不能断开！”“起点要高，终点要低！”“弯道不能太急，不然小球会滚出去！”“轨道接头要平，不然小球会‘咯噔’一下跳起来！” ▎ 紧扣‘物体的运动’单元核心——运动路径（直线/曲线）、运动快慢（坡度影响）、运动状态维持（轨道约束），唤醒前概念，自然引出设计与制作任务 环节二 探索：动手试一试，动脑画一画（约22分钟） 活动1【材料初体验】：每组发放1段卡纸轨道（30cm）、2个支撑柱（硬纸卷筒）、胶带、直尺、小球。限时3分钟尝试搭建一段‘能跑通’的简易轨道（要求：含1处斜坡+1处平直段，小球从高处释放后能滚到终点）。教师巡视记录典型问题（如轨道翘起、接口错位、支撑不稳）。 师：现在请各小组用这些材料搭一条最简单的‘过山车’——只要让小球从高处自己滚到底部，不掉、不卡、不停！注意：先试试怎么把卡纸轨道固定在支撑柱上更牢？两个轨道拼在一起时，怎样对接才让小球‘滑得顺’？3分钟倒计时开始！ → 预设：（学生可能的回答）：“老师，轨道老往下掉！”“接头这里有个小台阶，小球一碰就弹飞了！”“我把支撑柱垫高一点，小球就跑得快了！” ▎ 通过真实操作暴露结构稳定性、轨道连续性、坡度影响运动等关键问题，为后续设计提供事实依据 活动2【双轨设计方案】：分发A4方格纸和细绳。小组任选一种方法完成初步设计：方法1（绳子法）——用细绳在桌面上摆出含起点、终点、1处爬升、1处俯冲、1处弯道的闭合路线，拍照留存并口头描述；方法2（绘图法）——在方格纸上用实线画轨道，标清起点（★）和终点（☆），弯道用弧线，重叠处下层用虚线+文字注明。教师强调：终点必须留在桌面边缘！ 师：现在，请大家像工程师一样开始设计！你可以用这根绳子‘摆’出轨道的样子，边摆边调整——想想哪里该高、哪里该弯、小球会不会卡住？摆好后马上拍照！或者，拿出方格纸，用铅笔‘画’出来：起点画颗星，终点画个圈，弯道画成圆润的弧线，如果轨道上下交叉，下面那条就用虚线，旁边写‘下层’。记住：终点一定要画在纸的最右边边缘，这样明天测试时小球才能顺利冲出去！ → 预设：（学生可能的回答）：“我们摆的绳子弯得太急，小球肯定飞出去！”“我们画了两层轨道，上面实线，下面虚线，还写了‘下层’！”“老师，终点画在中间行不行？——不行不行，小球会掉地上！” ▎ 两种方法兼顾不同学习风格，绳子法重空间感知与协作，绘图法重规范表达与细节预判；强调‘终点在边缘’是衔接下一课测试的关键工程约束 环节三 研讨：晒设计、找问题、齐优化（约10分钟） 各小组将设计图/照片投影展示（或实物张贴于黑板），按‘我组设计亮点→可能遇到的困难→需要哪项帮助’三句话结构汇报；教师组织对比研讨：哪些设计保证了小球‘不脱轨’？哪些坡度变化能让小球‘有时快有时慢’？引导学生用‘轨道连续’‘坡度足够’‘弯道平缓’等科学语言解释现象。 师：请第三组先来分享！你们的绳子轨道哪里最特别？为什么这么设计？其他组听的时候想一想：他们的设计里，哪个地方最容易让小球‘飞出去’？哪个地方可能让小球‘懒得动’？第四组的图纸上画了两个小山坡，小球从第一个山顶滚下来，又得爬上第二个山顶——它有这个力气吗？我们怎么帮它省点劲儿？ → 预设：（学生可能的回答）：“我们加了缓冲弯道，小球就不会撞墙了！”“他们第二段坡太陡，小球滚下来太快，上不去下一个坡！”“我们用胶带把轨道内侧多贴了一圈，小球就像被‘扶着’走！” ▎ 聚焦科学观念落地——用‘轨道连续性’解释不脱轨，用‘高度差’解释运动能量转换，用‘弯道曲率’解释向心力需求；推动学生从经验描述转向科学归因 环节四 拓展：我的过山车，连着真实世界（约10分钟） 教师出示本地游乐园‘欢乐谷’过山车实景图与本校操场平面图，引导学生讨论：如果要在学校操场一角建一座安全、节能、适合三年级同学的微型过山车，轨道长度、最大高度、弯道半径应如何参考今天的设计原则？学生用直尺在操场图上比划设计区域，并说明理由。 师：同学们，今天我们做的不只是纸上的轨道——真正的过山车设计师，也要像你们一样思考！看这张欢乐谷的照片：它的轨道全长800米，最高处25米，弯道都特别大、特别圆。如果我们想在操场东角建一座‘班级版过山车’，用今天学的‘起点要高’‘轨道要连’‘弯道要缓’，你觉得最长能做几米？最高能立多高才安全？弯道画多大才不会让小球甩出去？请用直尺量量操场图，说说你的工程理由！ → 预设：（学生可能的回答）：“不能超过10米，不然材料不够！”“最高就到我肩膀高，再高要摔跤！”“弯道得比我的手臂张开还大，小球才不会飞！” ▎ 将课堂模型与真实工程建立联结，强化‘设计需考虑安全、成本、人体工学’的责任意识，体现科学、技术、社会（STS）理念 四、板书设计 课后作业 必做： 1. 用家里的废旧纸箱、卡纸等材料，尝试做一个简单的过山车模型。 2. 画出你的过山车设计图，标出哪些是直线轨道、哪些是曲线轨道。 选做： 3. 观察真实的过山车有什么特点，把你的发现记录下来。 4. 想一想：为什么过山车一开始要爬升到最高处？ 五、教学反思 反思维度 课后自问 教学目标达成 本课的四维教学目标是否全部达成？哪些目标需要加强？ 学生参与度 学生在探究活动中是否积极主动？合作学习是否有效？ 教学策略 教学环节设计是否合理？实验材料准备是否充足？ 改进措施 下一次教学可以在哪些方面进行调整和改进？ 六、跨学科融合设计说明 学科 融合点 教学环节 具体做法 数学 空间/测量 探究环节 用方位描述位置，用距离和时间测量快慢 语文 描述表达 研讨环节 准确描述物体的位置和运动形式 美术 设计绘图 设计环节 画过山车设计图和运动路线 道德与法治 安全意识 拓展环节 交通限速与运动能量的关系 劳动教育 模型制作 制作环节 动手制作过山车模型 技术与工程 工程设计 设计制作 完整工程设计流程：设计→制作→测试 设计说明：本课典型的STEM工程实践课。设计图的绘制（美术的绘图技能+数学的空间思维）、材料的选择和裁剪（技术与工程+劳动教育）、轨道形状的规划（科学知识应用）多学科融合。小组合作培养沟通和协作能力。 七、学生疑难解答 学生设计过山车时只追求美观而忽略了「小球能否滚完全程」的功能性，怎么办？ 明确设计要求和评价标准——重点是小球能滚完全程。可以让各组先互相看设计图，预测小球能不能成功。教师提前说：功能性（小球跑完全程）占评价的60%，美观占40%。如果轨道设计导致小球卡住、飞出去等问题，先解决功能再美化。 学生用卡纸做轨道时接口连接不牢，小球总是脱轨，如何解决？ 几个技巧：①使用胶带时把胶带剪成小块，在接口处内外都加固；②轨道要有一定的「护栏」（轨道边沿折起1cm）；③接口重叠1-2cm再粘贴；④轨道连接处要平滑（用手抚平凸起）。教师在各组间巡视，及时帮助连接不牢的组。 附件资料 附件一：学生记录单 第7课 设计和制作过山车 · 设计记录单 姓名：______ 小组：______ 日期：______ 过山车设计方案 项目 设计内容 总轨道长度 直线轨道段数 曲线轨道段数 起点高度 使用的材料 附件二：小组合作评价表 小组名称：______　　评价日期：______ 评价项目 评价标准 自评 互评 师评 参与讨论 积极说出自己的想法，参与制定方案 ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ 动手操作 认真操作实验，记录数据 ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ 记录结果 在记录单上清楚记录实验数据 ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ 合作互助 和组员友好合作，分工完成任务 ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ 附件三：个人评价表 姓名：______　　日期：______ 评价内容 能做到打√ 我能设计过山车的轨道 我能按照设计图制作模型 我能在制作中发现问题并改进 学科网（北京）股份有限公司 $