18《建筑中的结构》（教学设计）-2026-2027学年科学三年级上册人教鄂教版

该小学科学教学设计聚焦建筑结构的稳定性与承重能力，通过北京大兴国际机场情境导入，引出结构对建筑的重要性，以框架形状、重心高低、立柱形状、拱形结构四组对比实验为支架，引导学生从现象观察到原理总结。 以工程实践探究为主线，落实科学观念与探究实践素养，通过猜想动手实验记录研讨让学生掌握结构特点，融入榫卯结构及鲁班锁体验渗透态度责任，贴合三年级认知，提升学生动手与文化认同，为教师提供完整可操作方案。

人教鄂教版三年级上册第五单元第18课《建筑中的结构》一、设计依据 本课依据2025版义务教育科学新课程标准，技术与工程领域相关要求开展教学设计。立足核心素养导向，以工程实践探究为主线，通过动手实验、对比观察，探究不同结构稳定性、承重能力的特点，引导学生发现结构对建筑的作用，感受工程技术改变生活，渗透中华传统榫卯结构文化，培养学生工程思维与创新实践能力。 二、教材分析 本课是人教鄂教版三年级上册第五单元第18课《建筑中的结构》。本单元属于工程技术主题，前面课程初步建立工程设计意识，本课聚焦建筑结构两大探究主题：哪种结构更稳定、哪种结构承载能力更大。 教材设置三组探究实验：框架形状稳定性实验、重心高低与稳定性实验、立柱形状承重实验、拱形承重实验，拓展部分介绍中国传统榫卯结构、薄壳结构。通过猜想—动手实验—记录现象—研讨总结，让学生知道不同结构具备不同特点，建筑师利用结构特点建造稳固安全的建筑，为后续工程设计类课程打下探究基础。 三、学情分析 1. 知识基础：三年级学生每天看见楼房、桥梁，知道建筑需要牢固，但是不知道结构形状、重心位置会直接影响建筑稳定与承重，不清楚拱形、三角形结构的科学原理。 2. 能力特点：学生好奇心强，非常喜欢动手操作实验，具备简单小组合作、记录实验现象的能力，逻辑推理能力较弱，很难自主把实验现象和建筑工程建立联系，需要教师一步步引导总结规律。 3. 认知短板：对于榫卯、薄壳结构几乎没有认知，需要图片、实物辅助理解，抽象原理需要转化为看得见的动手实验。 四、教学目标 （一）科学观念目标 1. 知道三角形框架稳定性更强；降低物体重心，可以提高物体稳定性。 2. 知道圆柱形立柱、拱形结构承重能力更强；薄壳结构受力均匀，承重能力强。 3. 初步了解榫卯结构，知道榫卯是我国传统建筑连接方式，不用钉子也可以牢固连接构件。 （二）科学思维目标 1. 通过对比多组实验现象，对比推理不同结构稳定性、承重能力的差异。 2. 能根据实验结果，解释生活、建筑当中结构设计的科学道理，发展对比分析思维。 （三）探究实践目标 1. 能够按照实验方案，小组合作完成框架变形实验、重心实验、立柱承重、拱形承重实验。 2. 准确观察、记录实验现象，完成实验记录表，小组交流研讨得出实验结论。 3. 尝试给不稳定四边形增加斜杆，让框架变得稳定。 （四）态度责任目标 1. 愿意小组合作完成探究实验，如实记录实验结果，尊重科学事实。 2. 感受建筑结构的奇妙，体会工程师的智慧；了解榫卯文化，树立民族文化自豪感。 3. 意识到合理设计结构，可以建造安全稳固的建筑，服务我们的生活。 五、教学重难点 教学重点：通过实验，认识三角形结构更稳定，拱形、圆柱结构承重能力更强；重心越低物体越稳定。 教学难点：根据实验现象推理背后科学原理，联系建筑实例解释结构设计的作用。 六、教学准备 教师准备 多媒体课件（大兴机场、石拱桥、国家大剧院图片）、三角形、四边形、五边形框架教具、纸筒、重物砝码、A4打印纸、积木垫块、榫卯结构模型、鲁班锁教具。 学生分组准备 塑料吸管、连接件（皮筋）、纸筒、小重物、记录单、铅笔。 七、教学过程 （一）情境导入，揭示课题（5分钟） 师：同学们，请看大屏幕，这是北京大兴国际机场，大家看一看这座建筑，外形是不是非常宏伟漂亮？ 生：是！ 师：建筑师想要建好一座建筑，只挑选结实的材料就够了吗？大家读一读书上的这句话，除了选用材料外，采用什么样的结构建造也是建筑师要考虑的重要方面。大家想一想，为什么结构这么重要呢？ 生1：结构不好房子会倒塌。 生2：结构可以让建筑更牢固。 师：说得非常棒！同样的材料，如果搭建的结构不一样，牢固程度、承重能力完全不一样。今天我们就一起来学习第18课《建筑中的结构》，一起通过实验探究，看一看什么样的结构更稳定，什么样的结构承重能力更强。（板书课题：建筑中的结构） （二）活动一：探究哪种结构更稳定（15分钟） 活动1：不同形状框架稳定性实验 师：首先第一个探究任务：哪种形状的框架不容易变形？老师给每个小组准备了三种框架：三角形框架、四边形框架、五边形框架。请大家轻轻用手推一推框架，仔细观察会不会变形，把实验现象填写在第一张实验记录表里，小组分工合作，开始实验。 （学生分组动手按压框架，小组讨论，填写记录表，教师巡视指导） 师：好，时间到！哪个小组愿意分享你们看到的实验现象？ 生1：我们小组按压三角形，三角形没有变形；四边形一推就歪了；五边形也很容易变形。 师：其他小组和他们观察的一样吗？ 全体学生：一样！ 师：我们一起来填写实验现象：三角形：用力推，不容易变形；四边形：轻轻一推，容易变形；五边形：受力之后容易变形。那“我的发现”该怎么填写呢？谁来说一说？ 生2：三角形框架最不容易变形，稳定性最好。四边形、五边形稳定性差，容易变形。 师：总结非常准确！三角形具有稳定性，四边形、五边形结构不稳定，很容易发生形变。（板书：三角形→稳定性强） 师：那问题来了，我们能不能想一个办法，让不稳定的四边形框架变得稳定？大家看一看课本上的小提示，我们可以增加一根斜杆，谁上来试一试？ （学生上台演示，给四边形框架增加斜杆，把四边形分成两个三角形） 师：我们再来推一推加固后的四边形框架。大家发现了吗？加上斜杆之后，四边形被分割成三角形，框架就不容易变形了！生活里塔吊、自行车车架，就是利用三角形框架加固，让结构更稳定。 活动2：重心高低与稳定性实验 师：刚刚我们研究了框架形状，还有什么办法能让物体不容易倾倒呢？我们来看第二个小实验。我们用纸筒当做立柱，用重物模拟配重。第一种重物绑在上部，第二种绑在中部，第三种绑在底部。我们用同样大小的力气轻轻推纸筒，观察哪一个不容易倒。小组开始实验，填写第二张实验记录表。 （学生分组实验，推纸筒，记录现象） 师：好了，实验结束。谁汇报你们小组看到的现象？ 生：重物在上部，轻轻一推纸筒就倒了；重物在中部，比较容易倒；重物绑在底部的时候，纸筒很难推倒。 师：非常好！稳定性从大到小排序：重物在底部＞重物在中部＞重物在上部。大家思考，这个实验告诉我们什么科学道理？小组之间互相说一说。（生生交流讨论1分钟） 生3：物体重物放在下面，重心变低，就不容易倒。 师：没错！降低重心，物体稳定性会变强。（板书：重心越低，稳定性越好） 师：想一想，生活当中哪些物品利用了这个原理？ 生：不倒翁！底座很重，所以怎么推都不会倒。 师：非常棒，建筑建造的时候，地基做得厚重宽大，降低重心，楼房就不容易倾倒。 研讨提问 师：我们完成两组稳定性实验，谁完整说一说，怎样提升结构的稳定性？ 生：第一可以增加三角形结构，第二降低物体的重心，物体就会更加稳定。 （三）活动二：探究哪种结构承载能力更大（12分钟） 活动1：不同形状空心立柱承重实验 师：建筑当中还有很多空心立柱，节省材料还可以支撑很重的屋顶。同样的纸张折成三棱柱、四棱柱、圆柱，猜一猜哪一种立柱承重能力最大？ 生1：我觉得四棱柱承重最强。 生2：我猜圆柱形承重最强。 师：猜想不一定正确，我们要用实验验证。用同样的A4纸折三种立柱，上方放塑料板，轻轻添加小重物，直到立柱压垮，记录每种立柱最多承载重物数量。小组开始实验。 （学生分组实验，记录承载重物数量） 师：哪个小组汇报实验结果？ 生：三棱柱放3个重物就塌了，四棱柱放5个，圆柱可以放8个重物。承重排序圆柱＞四棱柱＞三棱柱。 师：圆柱侧面没有棱角，压力可以均匀分散到四周，所以圆柱立柱承重能力更强。很多大楼、大桥都会使用圆柱形柱子。（板书：圆柱形立柱承重强） 活动2：拱形结构承重实验 师：大家见过石拱桥吗？弯弯的桥面叫做拱形结构。我们来对比一张平板纸和一张拱形纸，放上重物，看一看谁能承受更多重量。小组动手实验。 （学生分组实验，添加重物） 师：大家看到了什么现象？ 生：平面的纸放2个重物就塌下去了，拱形纸可以放6个重物。 师：拱形结构可以把受到的压力向两侧分散，大大的提高承重能力，所以古代大量修建石拱桥。国家大剧院屋顶类似鸡蛋壳，我们叫它薄壳结构，也是弧形结构，不需要很多柱子支撑，屋顶跨度很大，承重能力很强。（板书：拱形、薄壳结构承重强） 研讨交流 师：通过承重实验，我们有什么发现？ 生：圆柱立柱、拱形结构承受重物的能力更强。 （四）拓展活动：神奇的榫卯结构（5分钟） 师：我们学习了很多现代建筑结构，我们中国古代工匠，不用一颗钉子，就能建造百年不倒的古建筑，大家看大屏幕，这种结构叫做榫卯结构，请大家自主阅读课本91页资料。 （学生自主阅读课本） 师：谁说一说什么是榫卯？ 生：凸出的部分叫榫，凹进去的部分叫卯，凹凸扣在一起，不用钉子连接木头。 师：老师这里带来鲁班锁，它就是简易的榫卯玩具，请几位同学上台试着拆装。 （学生上台拆装鲁班锁） 师：榫卯是我们中华传统文化的瑰宝，不用钉子，依靠结构咬合，连接稳固还十分美观，充分展现古代劳动人民高超的工程智慧。 （五）课堂小结（3分钟） 师：同学们，今天这节课我们一起研究建筑当中的结构，谁来总结本节课学到的知识？ 生1：三角形稳定性最强；重心越低物体越稳定。 生2：圆柱形、拱形、薄壳结构承重能力更强。 生3：中国古代有榫卯结构，不用钉子连接构件。 师：总结非常完整！建筑师巧妙利用不同结构的特点，设计建造安全、美观、坚固的建筑。课后大家可以在小区、街道找一找，身边建筑用到了哪些我们今天学习的结构。 八、板书设计 18 建筑中的结构 结构稳定性 1. 三角形：稳定性强 四边形、五边形：容易变形 加固：增加斜杆，分出三角形 2. 重心越低 → 稳定性越好 承重能力 圆柱立柱＞四棱柱＞三棱柱 拱形、薄壳结构：分散压力，承重更强 传统结构：榫卯结构（无钉子连接） 九、教学反思 成功之处 1.本节课严格依照新课标素养目标设计，以探究实验为主线，完整落实猜想、实验、记录、研讨全流程，学生动手参与度高，通过直观实验现象理解抽象的结构原理，符合三年级学生具象化认知特点。 2.课堂互动充分，设置大量师生问答、小组讨论，层层递进引导学生自主得出实验结论，没有直接灌输知识点。加入榫卯文化拓展，渗透传统文化教育，落实态度责任素养目标。 3.依托教材内容开展教学，实验活动完全贴合课本探究环节，任务清晰，配套实验记录单，便于学生整理实验证据。 存在不足 1.课堂实验耗时较长，部分小组动手速度慢，后期榫卯拓展讲解时间紧张，学生体验鲁班锁拆装时间不足。 2.部分学生只记住实验现象，很难自主联系现实建筑实例，知识迁移能力不足，需要更多图片案例辅助联想。 改进措施 1.课前提前预折好立柱纸筒，压缩课堂准备材料的时间，预留充足时间让学生体验鲁班锁拆装。 2.增加更多生活建筑图片素材，实验结束之后及时进行举例拓展，强化科学知识和工程生活之间的联系。 3.布置课后实践作业：用吸管搭建一座稳固小桥，利用本节课所学结构知识进行工程实践，深化课堂所学内容。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $