《搭建机械模型》教学分析

王利冲　敦文术

从学习内容来看，《搭建机械模型》是学生学习了《巧妙的用力》后构建的专题研究课例。学生在掌握了杠杆、滑轮、轮轴、斜面四种简单机械的工作原理及组合方法的基础上，设计制作一个省力的模型，体现科学与技术、工程、艺术、数学的整合，培养学生运用知识解决实际问题的能力、创新能力等。

在《巧妙的用力》单元的学习中，学生能动手进行系列对比实验，能动脑进行数据分析比较、归纳推理，从而得出实验结论，说明五年级学生已经具备了一定的发现、发明和自主探究的综合能力。

据此分析，本课以技术工程实践为主线，按照确定制作装置的目的、多种方案设计、合理选择修正方案、调试、评价、改进制作装置为教学思路，突出技术设计的诸多要素，使学生在实践活动中体会到“做”的成功和乐趣，养成通过“动手做”解决问题的习惯。

教学过程

1.创设情境，导入新课

师：（出示情境图）有两个工人要把1000千克的货物搬到一米高的平台上，但是搬不上去，他们搭了一个斜面，沿着斜面往上推，还是推不动，你能帮他们想个办法吗？

生：可以利用动滑轮。

师：你怎么想到了动滑轮？

生：因为动滑轮省力。

师：你是单独用动滑轮，还是和斜面组合到一起用？

生：组合在一起用。

师：为什么？

生：组合使用应该会更加省力。

师：他想到了把两种省力机械组合起来，这样可能更省力。那么，还有别的组合方法吗？

生：把轮轴和斜面组合起来。

生：还可以将动滑轮和轮轴组合起来。

师：他们都想到了用两种省力机械的组合，还有不同的吗？

生：我用斜面、动滑轮和轮轴3种省力机械的组合。

生：我用3个动滑轮加上斜面和轮轴，这样我就用到了5个省力的机械。

师：你们说的这些方案哪个更省力呢？我们用实验的方法，搭建一个机械模型来验证。

设计意图：把生活中一个情境用任务的形式呈现出来，使学生明白简单机械在生活中的用途无处不在。之后，利用一系列的问题，引导学生思考，怎样把能够省力的机械组合到一起，来优化机械的省力作用，引导学生用组合法进行思考，从而培养学生的创新能力。

2.小组活动，设计方案

（1）提出要求，指导设计

师：搭建模型和修桥、盖房子一样，都属于工程，工程首先要设计方案。接下来，我们就为这个机械模型设计一个方案。（出示设计目的）这是设计目的，请一位同学来读一读。

生：利用幾种简单机械的组合，设计一个省力的方案，把400克的物体抬到10厘米的平台上，并画出设计图。

师：简单机械是怎样组合的呢？老师找到了两个实例（出示设计简图）。这是电梯，它用到了两种省力机械的组合：轮轴在最高点，动滑轮和电梯轿厢连在一起。这是运矿车，它也用到了两种省力机械：斜面连接地下和地面，轮轴在上面。

设计意图：通过教师的讲述，让学生明白这项任务是一个工程，并且知道了一项工程大致要分成两步来完成：设计方案、进行制作。接下来，教师出示生活中简单机械组合的设计简图（电梯和运矿车），为学生设计方案提供了参考，引导学生正确设计省力装置的组合。

师：那么，方案到底应该怎样来设计呢？老师给大家提供一种思路：第一步，小组交流设计思路，根据思路选择材料;第二步，把材料简图画在方案纸上，再用线连接起来;第三步，小组交流讨论，选出最合理的方案。接下来，请大家以小组为单位设计至少一套方案，画在方案纸上，最后选出最合理的方案。

（学生分小组活动。）

设计意图：为了遵循小学生记忆的规律——形象、回忆、重现，我设计了教师演示、学生复述、出示步骤三个环节，让学生熟练掌握设计方法，为后面的设计方案环节打下基础。

（2）小组汇报，交流评价

师：哪个小组来介绍你们的方案？

生：我们用到了定滑轮、动滑轮、重物。滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向。

师：关于他的方案，你们有什么建议吗？

生：动滑轮与定滑轮的连线不正确，应该把线的一端固定在定滑轮下方的铁钩上，另一端从动滑轮下方穿过，再从定滑轮的上方穿过去，并系在测力计的铁钩上。

师：你的建议真好，关注到方案中连线的准确性。其他同学还有不同的方案吗？

生：我们用到了轮轴、动滑轮、重物。两个省力机械的组合可能更省力。

师：他们小组的方案，简单机械的位置合适，连线准确，整体是合理的。还有不同的方案吗？

生：我们用到了动滑轮、轮轴、斜面和重物，3种省力机械的组合可能更省力。

师：他们的方案整体也是非常合理的。还有不同方案吗？

生：我们用到了1个动滑轮、3个轮轴、1个斜面和重物，我们觉得这样会更省力。

师：你们真厉害，可以把这么多省力的简单机械组合到一起，连线也都准确，整体设计也非常合理。通过几个小组的汇报，我们都知道了，在设计时应该注意材料简图的位置要合适，连线要准确。老师从大家的设计中挑选了三个完整的方案：方案一是轮轴和动滑轮的组合，方案二是斜面和动滑轮的组合，方案三是斜面、轮轴和动滑轮的组合。各小组参考这三个方案，用两分钟时间对你们的方案进行完善。

（学生分小组活动，根据以上三个小组在汇报中出现的问题，检查自己的设计图，并根据师生对设计图的修改意见，完善设计方案。）

师：现在各小组都有了自己的设计方案，仅仅纸上谈兵是不够的，接下来我们来搭建模型，进行验证，看哪种方案更省力。

设计意图：通过教师指定小组汇报，引导学生思考设计过程中应当注意的事项，规范学生汇报的内容：用到了什么材料和哪些简单机械，它们的组合可能更省力。通过规范汇报内容，引导学生思考所选材料的组合是否合理，设计方案是否更省力。同时，也为学生评价标准（是否更省力）指明了方向。在这个过程中，小组成员通过汇报，锻炼语言表达能力和倾听能力，提高评价设计的能力。

3.确定方案，搭建模型

（1）出示材料，开始搭建

师：老师给每个小组准备了这些材料：斜面、定滑轮、动滑轮、轮轴、支架、重物、测力计、绳子、剪刀。请同学们根据材料，选择你认为最合理、最省力的方案，以小组为单位，在10分钟内按照方案完成搭建任务，并测出力的大小，重复3次，算出平均数及其占重物重量的百分比，再根据这个百分比计算这个模型提升1000千克的重物所需的力，并将数据记录在方案纸上的表格中。

（学生小组活动，搭建模型，完成测试，记录数据。）

（2）汇报交流

师：哪个小组来汇报一下，你们用到了哪些材料，实验数据是多少？

生：我们小组选的方案一，测得力的平均数是1.1牛，实际用力占重物重量的27.5%，实际用275千克重的力可以提起1000千克的重物。

师：还有更省力的吗？

生：我们用的是方案二，测得力的平均数是0.9牛，实际用力占重物重量的22.5%，实际用225千克重的力可以提起1000千克的重物。

师：还有更省力的吗？

生：我们用的是方案三，测得力的平均数是0.5牛，实际用力占重物重量的12.5%，实际用125千克重的力可以提起1000千克的重物。

师：还有更省力的吗？

生：我们用的是自己的方案，斜面、动滑轮及两个轮轴的组合。测得力的平均数是0.3牛，实际用力占重物重力的7.5%，实际用75千克重的力可以提起1000千克的重物。

设计意图：通过小组分工合作，完成任务，可以培养学生的合作意识，锻炼他们的语言表达等能力;通过按图搭建模型，可以提高学生技术应用能力和工程制作能力，培养他们把科学、技术、工程、数学等知识整合的能力;学生对所搭建的实验模型进行测试，可以提高他们的实验操作能力;通过模型的设计及成功的搭建，让学生获得积极的心理体验，增强学生学习的自信心;通过汇报交流、整理实验数据、分析科学事实、归纳出实验结论，锻炼了学生观察、分析、归纳等能力。

4.教师总结，拓展应用

师：通过搭建机械模型进行实验验证，我们发现，简单机械的合理组合可以更省力。通常情况下，两个工人叔叔最多可以拉起300千克的物体，用你们的装置，可以帮他们解决问题吗？

生：可以。

师：看来这3个模型都可以帮助他们解决问题。生活中还有很多机器也用到了简单机械的组合。比如升降衣架、脚踏吊篮、倒链，其中，倒链又叫“手动吊车”，“5T”是它的型号，就是一个人用它可以拉起5吨的重物。你们知道它用到了哪些简单机械的组合吗？它们又是怎么组合的呢？感兴趣的同学可以课下接着研究。

设计意图：通过本节课的学习，让学生试着解释“倒链”省力的原因和结构之间的关系，从而让学生把问题带到课下，给他们提供应用本节课所学知识解决实际问题的机会，从而提高他们应用知识的能力。

点评

本节课属于技术与工程领域的实践课例，是结合了2017版《义务教育小学科学课程标准》中技术工程的相关内容进行设计的。从实际效果来看，本课具有以下优点：

1.跨学科整合性

韦钰院士曾强调，教师要为学生提供整体认识世界的机会，使学生学习的零碎知识变成一个互相联系、统一的整体，以消除传统教学中各学科知识割裂、不利于学生综合解决实际问题的障碍。从本课来看，教师将教学的重心之一放在特定问题“利用几种简单机械的组合，设计一个省力的方案，把400克的物体抬到10厘米的平台上，并画出设计图”上，就是强调利用科学（简单机械原理）、技术（设计搭建方法）、工程（搭建模型）、数学（计算省力数据）、美术（画设计图）等学科相互关联的知识解决问题，实现以科学原理为基础，其他学科为辅助的学科整合性，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力。

2.技术设计完整性

技术设计所呈现出的知识基本形式是技术原理和操作方法，本课例中学生通过设计省力机械模型的过程就是将技术原理（简单机械）与操作方法（实践经验）进行迁移和运用，所有小组都设计出有创意的作品，获得了一定的成就感，激发了学生学习的兴趣。同时整个设计过程兼備了“技术设计”的一些特性：

目标性，在设计之前和学生一起明确设计的目标;

制约性，在真实情境与模型设计之间，学生懂得了设计模型时需要考虑作品与实验材料规格、条件的限制;

不确定性，让学生明白没有绝对正确的设计方案，要尽可能地完善和重组自己的方案，从而达到最优化。

3.实践体验趣味性

课标提出，技术与工程实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。本节课在确定制作装置的目的、多种方案设计、合理选择修正方案、调试、评价、改进制作装置等各个环节，强调学生动手、动脑参与，学生将内隐的设计思路以设计图案的形式外显化，不仅获得结果性知识，还获得蕴含在问题解决过程中的过程性知识。同时，在实施过程中把多学科知识融于有趣、具有挑战性、与学生生活相关的问题中，加上“小组评议”等形式，让课堂气氛活跃，学习效率高。

总之，本节课的设计与实践是教师对于技术与工程领域课例的一种尝试和摸索，使教学理念发生质的变化，将科学课从“解释的科学”向“行动的科学”迈进。