1、1.2认识工程教学设计课题认识工程单元一学科科学年级六学习目标1.许多发明创造来源于对生活的观察，可以在自然界找到原型。2.工程建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成。3.工程需要在一定的限制条件下完成任务，要经历类似的建设过程。4.能通过阅读资料知道工程建设需要面临的限制条件有哪些，又是怎样解决难题的。5.能根据工程案例归纳出工程建设过程的相似步骤。6.能了解工程建设所需的科学技术支持，分析工程与科学技术的关系。7.认识到工程建设的艰难，从而产生对建设者的敬仰之情。8.进一步唤起学习工程的兴趣，激发做一名小小工程师的愿望。9.进一步认识到科学技术与工程的相互关系。10.进一步认识到科学
2、技术对社会发展的重要作用，人类的好奇心及社会的需求对科学技术发展的积极促进作用。重点根据港珠澳大桥工程案例，了解工程建设的艰巨与复杂，归纳工程建设过程的相似步骤。难点根据四大工程案例分析工程与技术的关系。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课我们已经了解了住房和它的建造过程，其他工程的建设过程又是怎样的?它们在建设过程中有什么共同特点呢?工程有两方面的含义:一是指将自然科学的原理应用到实际中而形成的各学科的总称。如土木建筑工程、水利工程、机械工程、采矿(冶金)工程、机电工程、海洋工程、生物工程等。主要内容有对工程基地的勘测、设计、施工等,原材料的选择研究，设备和产品的设计制造，工艺和
3、施工方法的研究等。二是指具体的建设工程项目。如南京长江大桥工程、三峡工程、青藏铁路工程、京沪京广高铁工程、“嫦娥”探月工程、“神舟”飞船发射工程等。本课通过先了解港珠澳大桥建造的主要过程，再对比房屋建造的过程，最后归纳一下工程建设过程要经历的步骤。学生交流并回答问题。提升学生的学习兴趣。讲授新课探索：阅读或观看港珠澳大桥的相关资料，试着整理和归纳下面的问题。经过九年施工，港珠澳大桥终于正式开通了。港珠澳大桥飞跨伶仃洋，连接着我国经济最发达的地区和人口最密集的地区，大桥全长55千米，是集桥、岛、隧为一体的世界最长的跨海大桥。大桥将为粤港澳大湾区的经济发展带来强劲的动力。1.为什么要建造港珠澳大桥
4、?(1)港珠澳建立“自由贸易区”，这样既有利于香港与内地的经济联系与融合，巩固和提升香港国际金融中心、航运中心、贸易中心的地位，又有利于促进港珠澳三地经济共同发展。(2)港珠澳大桥的建成将带来港珠澳产业的互动和新的合作领域的形成，大大改善人员、生产资料的流动效率。(3)交通快捷、成本减少和时间缩短都将使珠海与港澳联系加深，有利于港珠澳三地优势互补。(4)有利于提升珠三角产业升级，为发展现代服务业创造良好条件。2.大桥的建造曾面临哪些限制和挑战?这些问题都是怎样解决的?3.大桥的建造经历了哪些主要过程?2009年12月15日，港珠澳大桥正式开工建设。2015年2月23日，青州航道桥56号墩索塔“
5、中国结结形撑首个节段吊装成功。2015年8月23日，江海直达船航道桥首个“海豚”塔成功吊装。2015年9月6日，主体工程220座墩台全线完工。2016年6月29日，港珠澳大桥主体桥梁合龙。2016年9月27日，港珠澳大桥主体工程桥梁工程全线贯通。2017年7月7日，港珠澳大桥海底隧道暨大桥主体工程顺利贯通。2018年2月，港珠澳大桥主体工程完成交工验收，具备通车试运营条件。梳理工程建设过程的相似步骤。1.明确一个要解决的问题。2.在限制条件下进行设计。限制条件包括时间、费用、可用材料、环境、抵抗自然界的破坏能力等。3.制作一个模型，测试这个模型，评估并改进。制作房屋模型，对楼体高度、结构形式进
6、行测试，确保建筑物的坚固性和安全性，从各个方面验证建筑物的应力。4.实施建设。在实施建设过程中，要严格按照设计来施工，不可随意更改。如果遇到设计中未出现的情况，要重新进行规划设计，确定可行性后再进行施工。了解这些宏大工程与科技进步的关系。1.房屋和港珠澳大桥的建造过程可能用到的技术。可能用到了运输、制造、冶炼、力学、建筑、电子、燃料、机械、通信等技术。2.工程推动技术发展。建造“鸟巢所需钢材要求轻便且荷载能力大，国内钢铁厂便专门研制了特供钢材。港珠澳大桥桥梁焊接的技术标准高，中铁山桥集团便研发了世界上规模最大、精度最高的机器人焊接系统。(1)中国天眼工程。“中国天眼”的学名是500米口径球面射
7、电望远镜，是通过接收宇宙中不可见的无线电波来“观测”宇宙。目前，“中国天眼”是世界上最大的也是最灵敏的单口径射电望远镜。涉及的创新技术:为适应山区复杂地形而采取的圈梁支承形式，是一项庞大的建筑工程。复杂的索网结构，是世界上第一个采用变位 工作方式的索网体系。馈源舱支撑系统，突破了传统射电望远镜馈源舱与反射面相对固定的刚体支撑模式。创建了超大型射电望远镜的新系统，实现了500米的口径反射面主动变位和馈源舱高精度定位，是射电望远镜建造技术的重大突破。(2)高速铁路工程。是指设计标准等级高、可供列车安全高速行驶的铁路系统工程。包括车辆设备、轨道系统、站场设施等具体项目。其中“复兴号”动车组列车，是具
8、有完全自主知识产权已达到世界先进水平，“复兴号”CR400系列的上档时速为400千米/时。 高速铁路工程涉及的技术包括铁路建设技术，列车制造技术、信息采集技术、调度控制技术以及运营管理技术和维修养护技术等。(3)鸟巢工程。即国家体育场，为2008年北京奥运会的主体育场。整个建筑通过迪士尼巨型网状结构联系，内部没有一根立柱，看台是一个完整的没有任何遮挡的碗状造型，是当时世界上跨度最大的钢结构体育场。(4)“天宫”空间站工程。即中国空间站工程，包括天和核心舱、实验舱梦天、实验舱问天、载人飞船(“神舟”号飞船)和货运飞船(“天舟”号飞船)五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器，具备独立的飞行能力，又
9、可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务。中国空间站从开始就坚持独立自主发展，空间站无论从构型、能源、保障还是在轨推进技术上，都有突出的特点和优势。比如光电转化率更高的光伏系统、水汽再生系统、独创电推进系统等。研讨：通过两节课的学习，我们对工程有了哪些认识?这些认识的依据是什么?1.工程是一项复杂、整体、协调的工作。依据:无论建造住房，还是建造“中国天眼”、高铁、“鸟巢”体育场和“天宫”空间站等工程都需要经历复杂、整体、协调的工作。2.设计与施工同等重要，甚至设计更为重要。依据:从前期准备到建设完成的十余年间，港珠澳大桥在建造过程中遇到的困难
10、还有很多。工程团队不断突破技术难关，才解决了这些难题。完成这项宏大的工程，依赖的核心是设计。完成一项工程要经历哪些重要的工作阶段?完成一项工程要经历重要的工作阶段，包括明确一个要解决的问题；在限制条件下进行设计；制作一个模型；测试这个模型，评估并改进；再重新设计制作模型，再测试，再改进完善。循环往复，直到设计达到各种限制条件的要求，才开始实施建设。工程与技术的关系是怎样的?1.每一项宏大的工程都采用了大量的技术，证明了工程离不开技术的支持。2.工程利用了大量技术成果，建设工程的过程中遇到的难题也推动了技术的发展。假如让我们做一名小小的工程师，我们都要完成哪些工作呢?拓展:收集塔的图片，观察塔的
11、结构特点。塔底的基座大，渐渐地越往上越“尖”，越往上用料越少。其中铁塔结构具有三角形结构，底面大，下面重，风阻小等特点。学生阅读教科书第6页的文字资料，思考问题。小组进行资料整理、分析。全班共同研讨交流。学生交流汇总。小组讨论交流。学生完成活动手册记录。学生开展自由讨论。学生交流讨论。学生汇报。收集铁塔的图片，观察铁塔的结构特点。培养学生搜集、处理、分析文献资料并从中获取信息的科学探究能力，加强对工程复杂性、科学性、系统性的理解。按照设计制作模型，再对模型进行测试、评估和改进，循环往复，直到设计达到各种限制条件的要求。引导学生分享对工程的新认识。引导学生思考铁塔为什么如此牢固、稳定，它的结构有
12、什么特点。课堂小结本课通过查找港珠澳大桥的文字与视频等资料，知道大桥的建造过程中要经历很大的限制和挑战，要有一定科学原理和科学技术的支持。通过了解“鸟巢”“中国天眼”等宏大工程与科技进步的关系，知道许多发明创造来源于对生活的观察，可以在自然界中找到原型。板书第一单元 小小工程师第1课 了解我们的住房1.住房的基本结构（多个分类标准）（1）从功能分类有卧室、客厅、厨房、卫生间、阳台等。（2）从高度分类有低层、多层、小高层、高层、超高层等。（3）从楼体结构分类有砖木结构、砖混结构、钢混框架结构、钢结构等。2.住房都是有一定结构的，根据需求不同，结构也会存在差异。3.住房由供水、排水、供暖、采光、通
13、风、电路、煤气、承重、网络等多个系统组成。4.住房建造的过程：明确任务选址设计建造验收5.住房需要经历一定的建造过程，每一个过程都非常重要，需协同发挥作用。第2课 认识工程1.工程的关键是设计，工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动。2.许多发明创造来源于对生活的观察，可以在自然界找到原型。3.认识港珠澳大桥原创：蒙蒙de雨科学课堂（1）港珠澳大桥全长55千米，是集桥、岛、隧为一体的世界最长的跨海大桥。（2）港珠澳大桥面临的限制和挑战以及解决办法限制和挑战解决办法水陆空立体交通线互不干扰修建海底隧道和跨海大桥相结合桥梁和隧道缺少岛屿连接修建人工岛海底淤泥问题与环境保护用圆钢
14、筒围岛（3）限制条件包括时间、费用、可用材料、环境、抵抗自然界的破坏能力等。4.梳理工程建设过程的相似步骤。5.“中国天眼”、高铁、“鸟巢”体育场、“天宫”空间站等宏大的工程都应用了大量的科学技术。6.工程与技术的关系：工程与技术互为支撑、相互促进。技术的进步支持工程的实施，工程的实施也推动着技术不断发展。原创：蒙蒙de雨科学课堂第3课 建造塔台1.建造塔台需要考虑的因素（1）足球教练训练塔台不固定位置，可以随需要变换位置。（2）塔高、承重、安全是工程项目的核心与重点，美观、成本等属于在重点基础上的综合点。（3）对一项工程的设计需要考虑到各因素以及各因素之间的关联。2.制订标书原创：蒙蒙de雨
15、科学课堂（1）从建塔位置、使用材料、塔的设计、成本预算、人员分工、时间分配等方面，制作标书。（2）竞标要点是项目成本和项目安全性。（3）制订标书时，要综合小组内各成员的意见，形成集体的观点。3.投标发布会（1）可以利用文字、绘图的方式表达自己的创意与构想。（2）小组依次进行投标讲解，介绍本组塔台设计的优势。（3）其他小组进行有理由的质疑与评议。4 设计塔台模型1.建立模型是工程设计中的重要环节，工程师常通过建立模型来测试他们的设计。2.我们建造塔台模型的过程：设计制作测试评估改进3.三角形具有稳定性原创：蒙蒙de雨科学课堂4.设计塔台模型要考虑的因素（1）增加塔台的稳定性：多用三角形结构，接口
16、处牢固。塔身上小下大、上轻下重，有利于抗风、抗震、增加塔台的稳定性。（2）防止塔台倾斜：立柱的高度相同，结构对称。（3）抗风的方法：塔身采用框架结构，减小受到的风力。（4）抗震的方法原创：蒙蒙de雨科学课堂耐震：加大底部面积或加大底部质量。制震：塔台底部加弹簧。免震：塔台底部滚珠。（5）控制成本：不能太大、太高，以防材料不够用。5.工程的关键是设计，设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及之间的关联。第5课 制作塔台模型1.制作塔台模型的过程（1）动手制作：制作塔台模型要与设计方案相一致。塔台的接口处要固定牢固，同时也要考虑节省胶带。（2）开始搭建底座：控制好立柱的高度，尽量等高，可防止塔
17、台的倾斜。使用三角形结构可使塔台稳固。原创：蒙蒙de雨科学课堂（3）基本搭建完成：检查接口处是否牢固，是否有地方需要修补。为建造的塔台模型起个名称。2.制作模型时，小组内要分工合作，当小组内成员意见不同时，要通过沟通交流形成集体的观点。3.在实际制作模型的活动中，如果对塔台模型的设计有了新的想法，要经过小组研讨后，先修改图纸再实施制作。要保持设计图纸与建造模型的一致性。第6课 测试塔台模型1.在一项工程中，测试是重要环节。测试是衡量设计是否达到规范要求的重要方法。2.明确测试标准，以塔台模型制作评价表为依据从“设计图及文字说明、塔高、顶端承重、抗风能力、抗震能力、材料成本统计、分工合作、美观”
18、等方面对模型进行评价。3.展示与测试（1）测试高度，需要使用直尺等材料。（2）测试顶端承重，需要使用书本或装满水的矿泉水瓶做重物。（3）测试抗风能力，需要使用电风扇。（4）测试抗震能力，需要使用专业仪器进行地震模拟。（5）完成一项测试任务需要使用特定的工具。4.各组梳理塔台模型建造中的问题。原创：蒙蒙de雨科学课堂问题梳理记录单小组： 日期：（1）塔台模型高度太高，对于抗风有一定影响。（2）塔台模型承重结构不多，造成承重能力差。（3）制作还不够精细，角度不正对于抗震有影响。（4）吸管用量过多导致成本过高，浪费材料。（5）底部较轻，不利于抗震。（6）制作过程中测量有误差，成品有倾斜的问题。第7课
19、 评估改进塔台模型1.工程要反复评估改进，不断完善，才能达成最终的工程要求。2.评估与改进：小组交流评估明确问题改进设计3.塔台设计方案修改记录单（原创：蒙蒙de雨科学课堂）（1）重新调整斜杆结构，减少多余的吸管与胶带，降低塔台模型的成本，让外形更加美观。（2）重新调整框架结构，让底部更大更重，使塔台模型在抗风抗震中稳固。（3）制作过程随时进行准确测量，减小误差。（4）组员分工协作的同时要加强沟通，保证整体搭建顺利完成。（5）制作过程中，要合理裁剪吸管，避免浪费。（6）在连接吸管时，要避免破坏吸管的整体结构，导致承重能力下降。4.根据塔台设计方案修改记录单，进行改进设计，并画出设计图。5.将小组建造的塔台模型按照改进后的设计重新加工，使它更符合建造要求。
