《18.蛋壳与薄壳结构》教学设计-2026-2027学年科学五年级上册苏教版

该小学科学教学设计聚焦薄壳结构的仿生原理及拱形结构的压力分散特点。课堂从观察蛋壳弧线导入，通过赵州桥等古今建筑建立拱形概念，再经平桥与拱桥对比实验探究承重原理，最后结合蛋壳实验揭示薄壳结构奥秘，形成从自然到科技的知识脉络。 该资料以实验探究为核心，通过平桥拱桥承重对比、握鸡蛋体验等活动，培养学生科学思维（分析压力传递方向）和探究实践能力（动手操作与记录）。融入赵州桥等文化元素，渗透态度责任教育，让学生感受仿生学价值。资料活动设计具体，便于教师实施，助力学生建立科学观念，提升综合素养。

课 题 《蛋壳与薄壳结构》 （共 课时） 总第 课时 教学内容 蛋壳与薄壳结构 第___课时 教学目标 科学观念：知道薄壳结构是从蛋壳等天然结构中获得启示的仿生发明，具有用料少、抗压强的特点。 科学思维：能通过平桥与拱桥的对比实验，分析拱形承重能力更强的原因（压力分解与传递）发展基于实验证据的推理能力。 探究实践：能完成平桥与拱桥的承重对比实验并记录桥面形状变化；能尝试握鸡蛋并观察承重现象。 态度责任：感受赵州桥等中国古代建筑的智慧，体会仿生学对人类工程技术发展的深远影响。 教学重点与难点 教学重点：通过平桥与拱桥的承重对比实验，发现拱形结构承重能力更强的特点。 教学难点：理解拱形承重的原理——压力沿拱形向两侧分散传递，而不是垂直向下施加。 教学方法 实验探究法、小组合作法、观察法、讨论法、讲授法 教学准备 教师材料：课件（蛋壳侧面观察图、赵州桥图片、重庆朝天门长江大桥、国家大剧院图片、安全头盔实物） 学生分组材料：A4纸（2张）、木块（若干）、剪刀、生鸡蛋（4枚）、瓶盖（固定鸡蛋用）、平板（木板）、重物（书本或砝码）、笔、记录单 学生活动设计 观察蛋壳侧面画线形状→认识拱形结构→阅读赵州桥等拱形建筑→实验：平桥与拱桥承重对比（记录桥面变化）→分析拱桥压力分解方向→讨论拱脚基础的重要性→观察拱形建筑共同点→尝试握鸡蛋体验→实验：四枚鸡蛋承重测试→实验：不同方式戳蛋壳→总结薄壳结构特点→认识国家大剧院等薄壳建筑→找生活中拱/薄壳物品。 教 学 过 程 设计意图 一、情境导入——蛋壳的启示（约5分钟） 1.观察蛋壳弧线 （1）教师出示一枚鸡蛋，引导学生观察蛋壳的形状。 （2）教师布置任务：“在蛋壳上画一条线，从侧面观察这条线是什么形状的。” （3）学生观察：蛋壳上的线是弧线（拱形）。 （4）教师：“这样薄的蛋壳，用手能握碎吗？蛋壳藏着什么秘密？今天我们来探究——蛋壳与薄壳结构。” （5）板书课题：第2课 蛋壳与薄壳结构。 二、认识拱形结构（约6分钟） 1.建立概念 （1）教师讲解：外形为弧形的建筑结构称为拱。古今中外有许多建筑使用了拱形结构。 （2）出示教材图片：赵州桥、重庆朝天门长江大桥。 2.认识赵州桥 （1）教师介绍：赵州桥位于河北赵县，由隋代工匠李春设计建造，迄今已有1400多年。全桥设有1个大拱和4个小拱，是世界上现存年代最久远、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥。 （2）学生感受：1400多年前的建筑至今仍在使用，体现了古人的建筑智慧。 3.认识重庆朝天门长江大桥 （1）教师介绍：重庆朝天门长江大桥主跨552米，建成时刷新了世界纪录，标志着我国大跨度拱桥技术跻身世界领先行列。 4.聚焦问题 （1）教师：“拱形结构为什么能承受巨大的压力？比平桥更坚固吗？我们用实验来验证。” 三、探究拱的承重秘密——平桥与拱桥对比实验（约12分钟） 1.设计实验方案 （1）教师出示材料：两张A4纸、木块若干。 （2）实验要求：分别做成平桥和拱桥的桥面，保持桥墩跨度相同，往桥面中间逐个加相同的木块，观察桥面形状的变化，记录能承受的木块数量。 （3）学生分组讨论后开始实验。 2.分组实验与记录 （1）学生操作，记录现象： 木块数 1个 2个 3个 4个 … 平桥桥面 拱桥桥面 （2）画出平桥和拱桥桥面形状的变化（被压弯的程度）。 （3）观察现象： 平桥：放置少量木块就明显下弯，很快坍塌。 拱桥：能承受更多木块，桥面变形较小。 3.分析与思考 （1）教师：“尝试用箭头标出拱桥压力分解的方向。” （2）学生在拱桥示意图上用箭头标出：压力沿拱形向两侧（桥墩方向）传递，而不是垂直向下。 （3）教师追问：“假如拱的两侧没有坚实的基础，拱的承重力还会这么大吗？” （4）学生讨论：如果没有坚固的桥墩支撑，拱会向两侧推开，承重力会大大降低。 4.得出结论 （1）学生归纳：拱形结构能将压力向两侧分散传递，使压力不集中在顶部，因此承受能力更强。 （2）板书核心结论：拱——压力向两侧分散，承重能力强。 四、观察拱形建筑共同点（约4分钟） 1.观察图片 （1）教师出示教材图片：南京无梁殿、古罗马水渠。 （2）教师提问：“观察这些建筑物，找出它们和拱桥的共同点。” （3）学生观察：都使用了拱形结构，外形呈弧形。 2.总结 （1）教师：“无论是桥梁、宫殿还是水渠，拱形结构都被广泛应用于建筑中。它的共同优势是——用料少、承重大、跨度长。” 五、探究蛋壳抗压的奥秘（约10分钟） 1.体验：握鸡蛋 （1）教师提问：“用手能把1枚生鸡蛋握碎吗？蛋壳这么薄，禁得住这样的压力吗？” （2）学生猜测：能/不能。 （3）学生体验：将生鸡蛋握在掌心，均匀用力。 （4）发现：不容易握碎！（力均匀分布在蛋壳表面，拱形结构将压力向四周分散） 2.实验：四枚鸡蛋承重 （1）实验装置：用瓶盖固定4枚鸡蛋（竖放），在上面放一块平板，并逐次加重。 （2）学生分组操作，观察鸡蛋能承受多少重量（书本、砝码）。 （3）记录：鸡蛋能承受的砝码数量：_____个。 （4）发现：4枚鸡蛋能承受惊人的重量，说明蛋壳具有很强的抗压能力。 3.探究：不同角度戳蛋壳 （1）教师：“哪种情况下，蛋壳不容易被戳破？经过蛋壳上某一点画拱，你能发现蛋壳承重的奥秘吗？” （2）学生尝试用笔在不同位置戳蛋壳： 从侧面戳：较容易戳破 从顶部（拱顶）戳：较难戳破 （3）发现：拱形结构能有效分散压力，使蛋壳具有较强的抗压能力。 4.总结 （1）教师：工程师从蛋壳中得到启示，发明了轻薄抗压的薄壳结构。 （2）板书：蛋壳 → 薄壳结构 → 用料少、抗压强。 六、认识薄壳结构（约5分钟） 1.概念讲解 （1）教师：人类从蛋壳这样的天然壳体中获得启发，利用混凝土、钢筋等材料的可塑性，将各种形式的薄壳结构运用到大跨度的建筑中。 （2）薄壳结构的优点：用料少、抗压能力强、结构美感好、空间效果好。 2.实例观察 （1）教师出示国家大剧院图片：“国家大剧院的半球形壳体就是典型的薄壳结构。” （2）教师出示安全头盔图片：头盔是日常生活中常见的薄壳结构物品，能在关键时候保护大脑，被称为“生命保护罩”。 （3）学生联系生活：还有哪些薄壳结构的物品？（灯泡、雨伞、安全帽、鸡蛋托盘……） 3.情感升华 （1）教师：“从赵州桥到国家大剧院，从蛋壳到安全头盔，拱形和薄壳结构跨越千年、穿越东西方，不断为人类建筑和生活提供着智慧和保护。这正是仿生学的魅力——向大自然学习，让生活更美好。” 七、课堂总结与作业布置（约3分钟） 师生共同总结 （1）拱形结构：外形为弧形的结构，能将压力向两侧分散，承重能力强。 （2）赵州桥是拱形建筑的杰出代表，由隋代李春设计，已有1400多年历史。 （3）薄壳结构：从蛋壳中获得启示，具有用料少、抗压能力强的特点。 （4）国家大剧院、安全头盔等都是薄壳结构的应用。 从蛋壳的弧形结构入手，引发认知冲突——“薄薄的蛋壳为什么不容易碎？”激发探究兴趣。 通过认识古今拱形建筑，建立拱形结构的概念，感受中国建筑成就，引出探究问题。 通过对比实验，让学生直观看到拱桥的承重优势，并通过画箭头理解压力分散原理。 通过对比观察，让学生发现拱形结构在不同建筑中的普遍应用，建立“拱形结构—承重强”的核心关联。 通过三个递进的蛋壳实验，从“体验”到“定量测量”再到“对比探究”，全面揭示蛋壳拱形结构的抗压优势。 将薄壳结构与生活实际相联系，让学生感受仿生学的应用价值。 梳理本课核心知识，形成清晰的概念体系。 作业设计： 1. 基础作业（必做） ：向家人介绍拱形结构有什么优点，并举例说明。 拓展作业（选做其一） ： 1　 找一找生活中的拱或薄壳结构的物品（如石拱门、灯泡、雨伞、安全帽等），拍照或画图，说明它们利用了什么原理。 2　 查找资料：除了赵州桥，中国还有哪些著名的拱桥？选择一座进行简单介绍。 板书设计： 第18课　蛋壳与薄壳结构 一、拱形结构 外形为弧形的结构 特点：压力向两侧分散 → 承重能力强 二、著名拱桥 赵州桥（隋·李春，1400多年）——单孔坦弧敞肩石拱桥 重庆朝天门长江大桥（主跨552米） 三、平桥 vs 拱桥 平桥：承重小，易下弯 拱桥：承重大，变形小 → 拱形承重能力更强 四、蛋壳的抗压奥秘 拱形结构 → 压力分散 → 抗压强 → 薄壳结构：用料少、抗压强 五、薄壳结构的应用 国家大剧院、安全头盔、灯泡、雨伞…… 学科网（北京）股份有限公司 $