1、6.22 机器模型大比拼（一）教学设计机器模型大比拼（一）教学设计 【教材分析】【教材分析】 本课以工程实践过程为主线设计了三个活动。 “任务” 的目的是通过创设 “校园 STEAM 创客大赛”的情境，引导学生明确活动任务和要求，选择合适的活动项目，并提出需要研究的主要问题和具体问题，认识工程实践的项目流程，为后面的实践活动奠定基础。“调研”的目的是通过调查、查阅书籍、网络等途径，指导学生了解生活中各种提升重物机器的结构、工作原理以及它们的优缺点，为后续的机器模型设计提供依据。“设计”的目的是通过设计分析、方案构思和方案呈现等活动，指导学生完成设计、筛选机器模型制作方案，并用草图呈现出来，为第
2、二课制作机器模型提供基础。 通过本课学习， 培养学生明确任务、 确定主题、获取信息、设计方案、表达交流、反思评价等科学探究能力；激发学生利用新的思路、新的材料、新的方法设计制作机器模型方案的兴趣；帮助学生树立能与他人合作学习、沟通交流，综合大家意识、形成集体观点的科学态度。 本课的重点是设计机器模型制作方案。 【学情分析】【学情分析】 设计制作方案一般包括以下步骤：一是收集信息，如用户调查、专家咨询、查阅资料、收听广播、收看电视、浏览互联网等；二是可行性分析，为了找到最好的解决方法，应该提出尽可能多的设想，以利于权衡利弊，做出选择；三是方案构思，把明确问题时提出的设计要求，具体落实到产品的结构
3、和工作原理上，呈现出产品的具体形象，是设计思想、设计原则的具体体现，也是设计者设计风格和设计水平的展现；四是方案呈现，即把模糊设计、草图具体化；五是方案筛选，即依据一定的原则对多个方案进行筛选。 机器在日常生活中很常见，如挖掘机、推土机、起重机、压路机、打桩机、搅拌机、电梯、机器人等。机器作为一种现代常用工具，已经与当今人们的生活密不可分。学生普遍从小喜欢各种各样的机器，五年级学生更是对各类机器的结构充满兴趣，但他们缺乏对各类机器，特别是能够提升重物的机器进行有目的的深入研究和思考，不清楚这类机器的结构与其工作原理和过程。本学期，学生已经学习了各种简单机械与机器的组成等相关科学知识，熟悉了工程
4、设计的基本过程，并且已经掌握了常用工具的使用方法，这些都为他们学习本课奠定了基础。 【教学目标】【教学目标】 科学知识科学知识 1能举例说出某种机器的构成及工作原理。 2能说出设计机器模型方案的方法和过程。 科学探究科学探究 1能根据任务和要求，确定具体的机器模型制作项目，并提出面临的主要问题。 2能通过调查、书籍、网络等途径获取研究主要问题的相关信息。 3能用科学语言、概念图、图表、草图等方式，呈现设计机器模型的过程和结果。 4能对自己或他人的设计方案进行分析与筛选。 科学态度科学态度 1能对设计机器模型表现出浓厚的探究兴趣。 2能采用新的思路、新的方法、新的材料，完成机器模型方案的设计。
5、3能接受别人的批评意见，反思、调整自己的设计方案。 4 能与他人合作学习、 沟通交流， 综合考虑大家的意见， 形成集体的观点。 科学、技术、社会与环境（科学、技术、社会与环境（STSESTSE） 能举例说出机械技术的发展给人类生活带来的便利。 【教师准备】【教师准备】 教学课件、机器模型等。 【学生准备】【学生准备】 科学学生活动手册、绘图工具、笔等。 【教学过程】【教学过程】 课时安排：建议安排课时安排：建议安排 2 2 课时。第一课时：完成课时。第一课时：完成“任务任务”和和“调研调研”。第二。第二课时：完成课时：完成“设计设计”。 第一课时第一课时 （一）明确任务 1导入：学校要举行“校
6、园 STEAM 创客大赛”，让我们一起参与吧！（出示任务及要求课件） 我们比赛的任务是设计、 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。要求：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。 2提问：能够提升重物的机器模型有哪些？根据兴趣和需求，我们选择哪个具体项目呢？同时，根据任务和要求，我们面临的主要问题和具体问题又是什么呢？ 3交流：小组交流，将小组选择的项目名称记录在科学学生活动手册第 27 页中。 4汇报：组织学生汇报面临的主要问题和具体问题。 （二）获取信息 1引导：其实，生活中有很多提升重物的机器
7、，这些机器极大地方便了我们的日常生活。课前，我们已经通过查阅书籍、浏览网络、咨询专家、用户调查等方式获取了大量机器的信息。现在，我们对搜集的信息进行整理，并通过调研报告呈现出来。调研报告需要概括出机器的结构、工作过程以及优缺点等关键信息。 2整理信息：小组合作整理信息，完成调研报告，并记录在科学学生活动手册第 27 页中。教师巡视指导。 （三）交流总结 1 讨论： 这些提升重物的机器使用了哪些简单机械？这些机器能够省力吗？为了省力以及提高工作效率，还可以怎样进行改进和创新？ 2汇报：指定小组代表汇报讨论结果。 3总结：教师对学生活动进行总结。 第二课时第二课时 （一）思维发散，技术分析 1引导
8、：工程的关键是设计，而机器模型设计的重点是省力、结构更稳固和选择材料。我们可以采用概念图的方法，分析机器在省力、结构与材料等主要问题上的多种可行性解决方案。 2分析：小组合作利用概念图的形式进行设计分析，提出尽可能多的解决方法。教师巡视指导。 （二）聚合思维，构思方案 1讲解：我们可以采用组合法构思机器模型。从省力、材料、结构等设计的几个内容中，各选择一项进行组合，比如动滑轮、定滑轮、长方形框架、插接方式、电动机、轮轴、皮带传动、平台、开关、废旧木质材料等，将各项组合在一起，就可以想象出一个提起重物的机器模型。这样的组合选项很多，因此我们可以设计出很多制作模型的方案。 2 设计： 小组合作按组
9、合法自由选择， 组合成若干个提起重物的机器模型。 （三）绘制草图，方案呈现 1绘制：学生分别将自己的设计方案画下来，并从中选择最具特色的方案画在科学学生活动手册第 28 页中。 2展示：组织学生展示各自设计的方案，并预测其使用效果。 （四）筛选方案，修改完善 1筛选：小组合作，按照标准筛选设计方案。 2展示：指定小组代表展示自己的终选方案，引导其他学生提出修改意见和建议。 3改进：根据大家的意见和建议，先修改完善自己的终选方案，然后绘制在科学学生活动手册第 28 页中，并对终选方案进行星级评价。 4评价：教师对小组或学生的学习情况进行综合评价，对表现好的小组或个人进行表扬。 【知识拓展】【知识
10、拓展】 起重机械起重机械 生活中， 起重机械和电梯是我们最常见的能够提升重物的机器。 起重机械是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重物的机电设备。起重机械既可以搬运大型成件物品， 也可以通过配备抓斗或盛桶来搬运散状物料或液态物料。 在港口、车站等某些场合， 起重机械是装卸物料的主要作业机械。 起重机械是工业、 交通、建筑等行业实现机械化、自动化，减轻繁重体力劳动，提高劳动生产率的重要工具和设备。起重机械的工作过程一般包括起升、运行、下降及返回原位等步骤。起重机械的工作机构包括：起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机构。起升机构是用来实现物料垂直升降的机构，是任何起重机器不可缺少的部分，因此是起
11、重机械最主要、最基本的机构；运行机构是实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行之分，按其驱动方式又可分为自行式和牵引式两种；变幅机构是臂架起重机械特有的工作机构，变幅机构通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度；旋转机构是使臂架绕着起重机械的垂直轴线做回转运动，以便在环形空间搬运物料。起重机械按结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨系统等。轻小型起重设备主要包括吊具、千斤顶、起重滑车、起重葫芦和普通绞车等，轻小型起重设备大多体积小、重量轻、使用方便，适用于工作不是很繁重的场合； 升降机是一种多功能升降机械设备， 可分为移动式、 固定式、 壁挂式、牵引式、自行式、车载式、伸缩（
12、或折叠）式七种类型，广泛应用于多种行业及领域；起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬运重物的多动作起重设备，是当前使用范围最广、数量最多的一种起重机械，起重机包括桥架型起重机（如梁式起重机、桥式起重机、门式起重机等）、臂架型起重机（如台架式起重机、塔式起重机、 流动式起重机等） 和缆索式起重机 （如缆索起重机、 门式缆索起重机等） ；架空单轨系统是起重小车沿着由吊挂单轨组成的复合线路运行的起重机械，架空单轨系统由固定轨道、岔道和起重小车三部分组成，主要用于各种车间和仓库的流水生产线，可实现较远距离物料搬运。 电梯电梯 电梯是建筑物中以电作为动力的升降机， 用来载人或载物， 另外也有一种台阶式的自
13、动扶梯。 电梯通常包括曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等。曳引系统的主要功能是输出与传递动力使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成；导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动，导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成；轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分，轿厢由轿厢架和轿厢体组成；门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口， 门系统由轿厢门、 层门、 开门机、 门锁装置组成；重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常，重量平衡系统主要由对重和重量补偿装置组成；电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制，电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成；电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制，电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装置、控制屏（柜）、平层装置、选层器等组成；安全保护系统的主要功能是保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生，安全保护系统由电梯限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置等组成。电梯是一种特殊的升降机，因此电梯也属于一种起重机械。