第二单元形状与结构.docx
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第二单元形状与结构
第二单元形状与结构
第一课抵抗弯曲
教材分析
通过对“纸”的厚度与抗弯曲能力大小的实验探究，了解增加纸条的抗弯曲能力，认识衡量立着放的道理。
在探究中学会识别与控制变量采集和记录数据，并利用曲线图和数九分析解释厚度与抗弯曲能力的关系
【教学目标】
科学概念：
房屋、桥梁结构中有“柱”和“梁”，梁比柱容易弯曲。
增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力。
过程与方法：
识别和控制变量，记录数据，分析数据并得出合理结论。
用简单实验说明横截面为长方形的横梁为什么都是立着安放的。
情感、态度、价值观：
能够大胆假设又能在实验中小心求证。
教学准备
为小组准备：
长度、宽度相同、厚度不同的纸条（相同的卡纸粘贴而成），长度、厚度相同、宽度不同的纸条；铁垫圈、竹片或尺子。
教师自己准备：
有关的建筑图片。
【教学过程】
教学过程：
一、 质疑导入新课
在三年级时，我们研究过纸承受拉伸和弯曲的性能。
说说纸承受弯曲的性能如何？
（1）图片导入了解：
房子和桥梁都是依靠柱和梁支撑的。
这要通过观察、比较最简单的房子和最简单的桥的结构特点来认识。
（2）通过对比让学生认识到，柱子承受的压力是要把柱子压短、压碎，这当然是很不容易的。
横梁承受的压力要把横梁压弯、压断，这就比较容易了。
所以，研究横梁抗弯曲能力就很重要了。
二、 纸的厚度与抗弯曲能力的大小。
在同学们的学习生活中用得最多的就是纸，那么你们在学习中特意去留心纸的特性了吗？
今天我们就一起来研究一下纸抗弯曲的能力与什么有关。
1.、教师提出问题：
薄的纸连自身重量都不能承受就弯曲了。
那厚的纸呢？
同学们猜想一下如果加大纸的厚度，纸的抗变曲能力会怎样呢？
2、通过同学的猜想会提出问题，引导学生的注意力集中到：
影响弯曲的因素上
3、针对学生的疑问教师指导学生制定实验计划与实施中注意的问题。
（1） 注意实验应控制哪些量不变。
（2） 怎样表示纸的抗弯曲能力的大小？
（3） 表格设计：
表1
纸的厚度
抗弯曲能力的大小
预测
实测
4、并根据所得数据制成曲线图进行数据统计和分析。
（本课时对学生实验技能的得要培养）
5、最后得出结论：
增加厚度可以明显地加强其承受重量的能力。
三、 平放还是立放。
我们发现桥梁的横截面一般是什么样子的？
观察桥梁是怎样安放的，通过今天的学习，请同学们说说这样安放的理由。
并用实验来证明自己的理由。
四、 课堂小结
提问归纳本节课学习的要点，指名这生回答教师给予更正完善。
技能训练
1、很多的房屋和桥梁都是依靠直立的材料（柱子）和横放的材料（横梁）支撑住的。
2、横梁抗弯曲能力是建筑科学上要研究的重要问题。
3、薄形材料抗弯曲能力差，增加厚度能显著提高材料的抗弯曲能力。
所以在建筑中广泛采用厚度很大的横梁来承受巨大的重量。
4、建房时承重横梁是长方形的，一般是立着放，原因是立着放厚度大，可以增强抗弯曲能力。
课后反思
2形状和抗弯曲能力
教材分析
通过研究“形状与抗弯曲能力”“瓦楞纸的研究”两个问题，使学生知道改变材料的形状，可以改变材料的抗弯曲能力。
【教学目标】
科学概念：
改变材料的形状，可以改变材料的抗弯曲能力。
过程与方法：
做纸的形状与抗弯曲能力关系的实验。
观察瓦楞纸板的结构，作出解释和提出问题。
情感、态度、价值观：
意识到小组合作做实验进行探究的必要性。
乐于根据观察作出解释和提出问题。
教学准备
为小组准备：
实验用的大小相同的纸若干张、铁垫圈、胶水、包装箱瓦楞纸板。
教师自己准备：
一些不同形状的钢、铝型材样品或相关图片。
教学过程：
一、复习导入
通过上节课的学习我们知道增加物体的厚度可以明显地加强材料的抗弯曲能力，但这样就要增加材料的用量。
同学们还能为工程师想想其它的办法吗？
二、瓦楞纸的研究
我们平时看到的很多物品的包装都用到一种纸，同学们知道这种纸的名字吗？
（这种纸叫瓦楞纸）
1.感知瓦楞纸的特性
同学人平时也接触过这种纸，现在老师也为大家准备了这种纸。
大家可以拿到手上感受一下并可以折一折，感觉一下它有多硬，抗弯曲能力如何？
2.实验一：
我们利用解剖的方法，观察瓦楞纸的结构是怎样的，看看各组成部分的厚薄和软硬。
三、形状与抗弯曲能力
通过上面的实验我们得出了一个最关键的问题就是：
估计一下，什么样的形状有好的抗弯曲能力？
1.实验要求：
不改变纸的长度，把纸折成不同形状，预测并实际测试它们的抗弯曲能力。
2.测度记录：
形 状
预测抗弯曲能力
实测抗弯曲能力
3.小黑板出示问题：
（1） 与没有折的纸比较，它们的抗弯曲能力增强了吗？
（2） 比较这些形状的纸抗弯曲能力的大小，试做出自己的解释。
（3） 为什么有的钢材或铝材要做成“T”、“U”、“L”、“工”字或“口”字等形状？
四、总结
通过学习我们证明了：
哪些结构和情况下材料的抗弯曲能力可以得到明显的增强。
技能训练
1、钢材为什么做成“V”“T”“U”“L”“工”字或“口”字形状？
答：
通过改变薄形材料的“一”字形状，虽然宽度减少了，但厚度却增加了，增大厚度能大大增强材料的抗弯曲能力。
它节省了材料，增加了用途。
2、瓦楞纸的结构为什么能使柔软的纸变硬？
答：
瓦楞纸由三至五层薄纸构成，上下两层是夹板，中间一层或两层是波浪形，这种结构使纸板强度增大。
所以瓦楞纸变硬，承重能力很强。
3、“L”形材料哪部分像平放的梁立着放了？
答：
“L”形材料等同“V”“T”“U”“L”“工”字或“口”字形材料，通过改变薄形材料的“一”字形状，虽然宽度减少了，但厚度却增加了，增大厚度能大大增强材料的抗弯曲能力。
就像横梁立着放。
课后反思
3、拱形的力量
教材分析
通过“测试纸拱的承重力”“搭一个西瓜拱”两个问题，使学生知道拱形可以向下和向外传递承受的压力，所以能够承受很大的压力。
【教学目标】
科学概念：
拱形可以向下和向外传递承受的压力，所以能够承受很大的压力。
过程与方法：
根据观察到的拱形产生的形变来推想它受力的状况。
情感、态度、价值观：
认识到边实验边思考，对不断深入研究的重要性。
教学准备
为小组准备：
做拱形的纸，铁垫圈若干。
教师自己准备：
相关的图片资料。
学生自己准备：
搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。
教学过程：
一、激趣导入
让学生看一些拱桥的图片。
问为什么桥要做成拱形，特别是在古代，材料还不是很多，强度也不是很好的年代。
其原因在那里？
同学们原意和老师一起来解开这个千古之謎吗？
二、拱形承受压测试。
1、实验：
做一个纸拱，试试它能承受压力吗？
2、学生分组进行实验
3、要求：
测试纸拱能承受多大压力。
观察纸拱随着压力的增强，形状有什么变化。
4、 分组表述自己的实验结果。
三、让拱形承受更大的压力。
提出问题让学生自主解决：
1、怎样使纸拱能承受更大的压力。
2、提示：
根据拱形受压变形的现象，寻找克服变形的方法。
3、学生组实验：
要求学生做好工，并注意哪些量是要求不变的。
四、长寿的石拱桥
通过资料让学生感受我国历史上丰富多彩和发达的造桥工艺。
技能训练
1、古代城门和石桥、为什么做成拱形的？
答：
当拱形受到压力时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分。
当城门或石桥受压时，拱石相互挤压，相互支撑，拱足处有巨大坚实的基础，能很好地抵抗向外的推力。
2、赵州桥是公元606年建造的，距今近1400年历史，桥跨度37.02米，是典型的长寿石拱桥。
3、拱形承重的秘密是什么？
（请看图解释拱形手里的特点）
答：
当拱形受到压力时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分。
当城门或石桥受压时，拱石相互挤压，相互支撑，拱足处有巨大坚实的基础，能很好地抵抗向外的推力。
课后反思
4、找拱形
教材分析
通过“圆顶形和球形”“塑料瓶的形状”“生物体中的拱形”三个问题，使学生知道圆顶形、球形等有和拱形相似的特点，可以承受很大的压力。
【教学目标】
科学概念：
圆顶形、球形等有和拱形相似的特点，可以承受很大的压力。
过程与方法：
用已有知识对常见弧形结构承受力的特点作解释。
发展观察、联想和逻辑推理能力。
情感、态度、价值观：
感受科学技术对我们生活的影响。
教学准备
为小组准备：
完整的和对半剖开的乒乓球，完整的和剪开的塑料饮料瓶。
教师自己准备：
类似拱形、圆顶形和球形的物品或相关图片，若干根相同的硬纸条（演示拱形拼成圆顶形和球形）。
教学过程：
一、引入。
我们周围有许多圆弧形的东西。
它们和拱形有没有关系？
二、认识圆顶形、球形，研究它们承受压力的特点。
1、观察：
观察课本中圆顶形建筑和物品的插图，或观察教师提供的图片。
2、这些物体的形状可以叫做什么形状？
3、演示：
圆顶形与拱形有联系吗？
演示几个相同的拱形可以拼成一个半圆形。
4、提问：
我们看到的这些物体为什么做成圆顶形？
圆顶形承受压力的能力如何？
5、观察、实验、分析：
观察剖成两半的乒乓球，看球壳的厚薄，捏一捏塑料皮的软硬。
你们估计一下，把半个乒乓球扣在桌上，向下压它，它能承受多大的压力？
实验演示：
现在我们在三个这样的半个乒乓球上摞书，看能摞多少本？
你们认为圆顶形承受压力的能力如何？
试着解释一下，为什么半个乒乓球能承受这么重的书？
（适时提示：
拱形的拱脚是要用力抵住的，圆顶形为什么不需要抵住？
想一想，如果几个人手牵手围成一个圆，每个人都努力向外退，能走开吗？
为什么？
）
6、教师讲述：
两个半球形可以组合成一个球形，球形也可以看成是若干个拱形的组合，球形硌个方向上都是拱形的。
球形的任何一个地方受力，力都可以向四周均匀地分散开来，所以球形比任何形状都更坚固。
巨大的贮油罐做成球形就是这个道理。
电灯泡为了更透光，玻璃壳很薄，但做成球形，它就比较坚固了。
三、塑料瓶形状的分析
1、谈话：
在我们周围利用拱形增加材料强度的例子很多。
我们来做一个“关于塑料瓶形状的研究报告”。
你们可以先观察塑料瓶的各部分的形状，看哪些部位包含了拱形，与剖开的塑料瓶对比，试一试强度上的差别，写出发现。
2、小组研究，教师巡视。
汇报交流。
四、认识生物体结构中的拱形结构
1、谈话：
我们研究了人工设计的物体。
我们自己身体中存在着拱形结构吗？
人的肋骨是什么形状的？
有什么好处？
头骨是什么形状的？
有什么好处？
人的脚骨也是拱形的吗？
它能使人的脚承受更大的重量且有弹性。
2、提问：
观察龟壳、贝壳、蛋壳等，说说这些形状对它们自身有什么意义？
3、小结：
研究了拱形后，你们有什么感想？
技能训练
1、圆顶形可以看成是拱形的组合。
它有拱形承载压力大的特点，而且不产生向外推的力。
这使得它比任何形状都要坚固。
2、塑料瓶的形状设计包含了哪些科学道理？
答：
塑料瓶的底部一般都不是平的，是向内凹进去的成拱形结构，而且瓶底厚、硬，这样抗压力强，容易直立。
圆柱形的瓶身也是拱形组成，虽然薄、软，但节省了材料，拱形设计使它不易变形。
瓶身的凹槽是方便手握，不打滑。
瓶嘴是整个瓶子最硬的地方，拱形结构，一是能盖上盖使瓶子密封，二是倒水方便，不至于瓶口变形水到处洒。
3、人体结构中有哪些拱形？
有什么作用？
答：
人的头骨近似球形，可以很好地保护大脑；拱形的肋骨护卫者胸腔内的内脏；足骨构成拱形—足弓，可以承载人体的重量。
4、龟、蚌、螺以及鸟类、爬行类的蛋的壳的形状对生物本身有什么意义？
答：
动物身上的壳是用来保护身体；卵壳是用来保护胚胎组织。
5、球形结构有哪些优势？
答：
球形在各个方向上都可以看成是拱形，而且不产生向外推的力，这使得它比任何形状都要坚固。
6、你知道哪些著名的拱形建筑？
答：
赵州桥、中国国家大剧院、悉尼歌剧院等。
课后反思
5、做框架
教材分析
通过“做简单框架”“做一个坚固的正方形框架”，使学生知道三角形框架具有稳定性，利用三角形框架可以加固框架结构。
【教学目标】
科学概念：
三角形框架具有稳定性，利用三角形框架可以加固框架结构。
过程与方法：
用三角形框架来加固框架结构。
设计制作一个可以支承重物的框架结构。
情感、态度、价值观：
体验动脑、动手合作做框架的必要，获得成功的喜悦。
教学准备
为小组准备：
筷子或塑料吸管、橡皮筋、剪子。
教师自己准备：
框架结构建筑的图片或影像。
教学过程：
一、导入新课
现示各种框架结构的图片（可选视频材料）
二、研究简单框架
1、实践体会
利用筷子捆一三角形框架和长方形框架。
观察到力的作用时有什么不同？
哪一个容易变形？
可以把长方形框架加固吗？
2、根据要求分组操作，并作好各种形状的记录。
主要思考增加斜杆起什么作用？
并说说三角形框架有什么特点。
3、做一个坚固的正方体框架
1） 请同不思考如何制作一个坚固的方体框架。
2）制作一个较复杂的结构，应当先画草图，计算材料。
3）做一个坚固的正方体框架要多少根横杆？
多少根竖杆？
多少根斜杆？
它们的长短一样吗？
4）每根斜杆起什么作用？
框架中有多少个三角形？
5）考验我们的正方体的承受能力。
在我们的正方体框架上一本一本地放书，它能承载多少本？
三、小结
技能训练
1、像铁塔这样骨架式的构造叫框架结构。
2、用筷子搭成三角形框和长方形框，那个容易变形，怎样加固变形的框架？
答：
长方形框容易变形。
但在长方形框里对角加一根筷子，使其成为两个三角形框组合就能加固。
用三嘉兴来加固框架的原因是它稳定性好。
3、框架结构有什么优点？
答：
框架结构式应用最广泛的一中结构。
它省材料而又能达到很高的强度。
4、一个正方体框架经加固后形成多少个三角形？
一个正方体6个面，加固后，每个面形成两个三角形，所以正方体加固后形成了12个三角形。
课后反思
6、建高塔
教材分析
通过“物体不容易倒的秘密”“建造不容易到的”高塔””的探究和“铁塔不容易倒的再思考”，使学生知道上小下大、上轻下重的物体稳定性好。
【教学目标】
科学概念：
上小下大、上轻下重的物体稳定性好。
过程与方法：
用简单材料独立地探究物体不容易倒的秘密。
应用知识和经验制作不容易倒的“高塔”。
把探究的结果与最初的假设相比较。
情感、态度、价值观：
体验合作与交流，尊重自己和他人的制作成果。
教学准备
为小组准备：
几个大小不同的塑料瓶、沙、吸管、胶带、水。
教学过程：
一、导入新课
出示关于塔的图片资料，让学生感受到塔的神奇与生活中的具大作用。
提出问题：
这样高大的塔要承受哪些方面力的作用呢？
观察这些铁塔，它们在形状和结构上有什么相同的地方？
二、物体不容易倾倒的秘密。
1、猜想是哪些结构特点使铁塔高耸入云又不容易倾倒？
把我们的猜想写下来。
2、实验证明
利用塑料瓶怎样放最容易倾倒？
塑料瓶怎样放最不容易倾倒？
怎样做，使塑料瓶最不容易倾倒？
3、学生分组解决问题。
4、要想使物体不容易倾倒，可以用些什么方法？
三、制作不容易倒的高塔
1、利用老师要求准备的材料做一个塔，并尽量使它不容易倾倒。
2、分组操作
测量高度，哪组的塔最高？
并测试叧组的塔最不容易倒。
如果这是一座真正的高塔，它的搞风能力与框架结构的高塔有什么不同？
四、铁塔形状和结构的再思考。
塔为什么不容易倒？
看看我们先前的猜想，哪些得到了证实？
哪些需要修正补充？
技能训练
1、高塔会受哪些力的作用？
答：
自身重力的作用和侧面风的吹力。
2、高塔的哪些特点使它不易倒？
（哪些特点使框架铁塔不容易倒）（埃菲尔铁塔为什么那么高也不倒）
答：
上小下大、上轻下重的结构，减少了自身的重量，使塔结实，不易变形。
开放式的框架结构，减少了侧面风的吹力。
所以高塔能直立不到。
地基陷于地下越多，越能增加塔的稳固性。
3、要想使物体不容易倒，我们可以用些什么方法？
答：
增加底部的重量，使它像“不倒翁”那样不容易倒；改变物体下部的形状，形成上小下大、上轻下重的塔式结构就不容易倒。
4、塑料瓶怎样放容易倒？
答：
塑料瓶倒放容易倒，正放不容易倒。
5、利用框架结构可以用较少的钢材建造很高的铁塔。
法国巴黎埃菲尔铁塔就是成功的范例。
课后反思
7、桥的形状和结构
教材分析
通过“各式各样的拱桥”“大跨度的钢索桥”的研究，是学生知道桥梁有多种不同结构，有的桥梁把多种结构合为一体。
桥的形状和结构与它的功能是相适应的。
【教学目标】
科学概念：
桥梁有多种不同结构，有的桥梁把多种结构合为一体。
桥的形状和结构与它的功能是相适应的。
过程与方法：
提高观察、比较、描述和评价的能力。
情感、态度、价值观：
体会科学技术对社会进步的作用。
感受和欣赏桥梁的形状结构之美。
教学准备
为小组准备：
吸管或竹片、粗线。
为全班准备：
木板或瓦楞纸板、绳子。
教师自己准备：
各种桥梁的图片或影像资料。
教学过程：
一、导入新课
我国著名桥梁专家茅以升说过：
“桥梁是一种自古有之，最普遍而又最特殊的建筑物。
”
二、美丽的彩虹桥－拱桥。
出示图片，观察比较这些拱桥，它们有什么相同和不同？
各有什么优点？
实验：
用木棍做一个拱，然后两个做对比，看是那一个面的受力更大。
1、 （桥面在拱下方的拱桥，桥面可以拉住拱足，抵消拱产生的向外的推力。
桥面被水平方向的力拉紧，还增加了桥面的抗弯曲能力。
）
三、拉索桥
1、观察拉索桥，它们的受力部分主要是哪些？
2、以实际例子说明。
观察这些桥的结构是怎样的。
拉索桥究竟有什么优点？
3、实验：
模拟做一个拉索桥。
在实难中学生边观察边思考问题，当演示完成后回答。
（1）两人同时用力拉绳把“桥”吊起来。
我们朝什么方向用力？
（2）把绳子拉平直些，再拉平直些，感觉用力有什么变化？
四、结合我们的生活自己来制作桥
利用课余时间进行，让学生分组完成也要以独立完成，再上交作品，由老师和同学们一起来评定其水平。
让学生说出自己设计和制作桥的想法和原理是什么？
自己设计的桥有什么特点，请做得好的学生演示讲解，从而进一步体会本单元的知识。
技能训练
1、桥帮助我们跨越江河、峡谷、道路和其他障碍，是我们生活中常见的建筑。
2、你知道哪些桥的结构？
答：
梁桥、拱桥、拉索桥（斜拉桥和悬索桥）、浮桥。
3、西藏拉萨铁路桥在形状和结构上有什么优点？
答：
西藏拉萨铁路桥像彩虹一样跨越在西藏冻土之上。
桥面在拱下方，桥面可以拉住拱足，抵消拱产生的向外的推力。
桥面被水平方向的力拉紧，还增加了桥面的抗弯曲能力。
4、法国古代的加尔德石拱桥,长江三峡中的钢筋水泥拱桥,扬州瘦西湖的二十四桥有什么相同和不同,各有什么优点？
答：
它们都是拱桥，桥都在拱上方，只是拱的跨度，数量各不相同。
5、钢缆能承受巨大的拉力，人们用它建造钢索桥，大大增加了桥的跨越能力。
6、钢索桥有什么显著特点？
答：
跨径大，自重轻，载荷大，相对省材料。
（缺点：
抗风能力弱，）
7、钢索桥通常有钢缆、桥塔、桥面组成。
8、家乡凤庆有哪些类型的桥？
答：
常见的是石拱桥、梁式桥。
澜沧江大桥属桥。
课后反思
8、用纸造一座桥。
教材分析
通过“用纸造桥要考虑哪些问题”“介绍评价我们的桥”两个问题，使学生知道设计和建造桥需要综合考虑许多因素，如造桥的要求，材料的特性和数量、形状和结构等。
经历设计、制作、介绍交流的过程，体会设计的重要性。
应用形状结构的知识及经验设计和制作。
【教学目标】
科学概念：
设计和建造桥需要综合考虑许多因素，如造桥的要求，材料的特性和数量、形状和结构等。
过程与方法：
经历设计、制作、介绍交流的过程，体会设计的重要性。
应用形状结构的知识及经验设计和制作。
情感、态度、价值观：
发展乐于动手、善于合作、不怕困难的品质。
发展尊重他人、认真倾听、敢于发表意见的品质。
教学准备
为小组准备：
旧报纸一张、胶带、剪子、尺子。
教学过程：
一、检查学生合作带来的各种桥模型，请学生按照展览要求先报名，再统一在讲台前参展。
二、请各在座的评委检查制作的材料是否统一，然后讨论分别从几个方面去评价这些不同形状的桥模型？
教师提出要求，板书如下：
我们的桥展示评奖大会——最佳作品奖，最佳评委奖。
最佳作品：
描述分、比较分、承重分，总评分。
单项奖：
省料奖、美观奖、实用奖、参与奖。
三、准备怎样介绍自己的桥？
下面的内容可供参考：
设计的想法是怎样形成的，出示设计图或设计过程。
应用了哪些形状方面的知识。
应用了哪些结构方面的知识。
我们的桥哪里受压力，哪里受拉力……
制作过程中遇到了什么困难，怎么解决的。
哪些地方限于技术，做得不够好。
哪些地方是具有明显的优势的。
预计能承多少重量。
四、课堂小结
技能训练：
用纸造桥要考虑哪些问题？
答：
根据桥的高度、宽度及承重的要求，考虑纸的特性，根据纸的特点选择形状和结构，想办法增加纸的抗弯曲能力。
课后反思
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