教科版科学六年级下册第一单元 小小工程师 同步学案（含答案）

第1 课时 了解我们的住房
一 知识解读
1. 住房都是有一定结构的，根据需求不同，住房的结构也会存在差异。
2. 住房的结构分类(多个分类标准):
(1) 根据功能分类: 有卧室、客厅、厨房、卫生间、阳台等。
(2) 根据高度分类: 有低层、多层、小高层、高层、超高层等。
(3) 根据楼体结构分类: 有砖木结构、砖混结构、钢混框架结构、钢结构
等。
3. 住房的基本结构通常包括房屋的框架、承重、户型等。
4. 住房具有的系统有给水、排水、电路、燃气、供暖、通风、网络、采光
等。
5. 住房建造的过程一般经历选址、设计、建造、评估、改进等，其中设计
是核心。
6. 住房需要经历一定的建造过程，每个过程都非常重要，需要协同发挥作用。
二 活动重现
活动: 指出住房必须具有的系统
1. 活动目的: 通过观察住房的透视图，寻找住房中的系统，感受住房系统的复
杂性。
2. 活动器材: 住房透视图、记录单、记号笔等。
3. 活动步骤:
(1) 观察住房透视图，寻找住房中的设施，并记录。
(2) 通过观察这些设施，指出住房中的系统。
(3) 感受住房系统的复杂性。
4. 活动记录:
5. 活动结论:
住房的每个系统都非常复杂，它们有各自不同的作用，不可或缺，不可替代。
第 2 课时 认识工程
知识解读
1. 认识港珠澳大桥:
(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
保证水、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。
2. 工程建设过程中的相似步骤:
3. 工程的关键是设计，工程是运用相关的科学知识和技术手段解决实际问题
和制造产品的活动。
4. 宏大工程与科技进步:
中国“天眼” 高铁 国家体育场“鸟巢” “神舟”系列飞船
5. 工程项目包含了大量的科学原理，利用了大量的科学发现，不断推动技术
的发展，工程的实施也离不开技术的支持。工程和技术是相互促进、相辅相成的关系。
第 3 课时 建造塔台
一 知识解读
1. 工程在实施前需要征集不同的设计方案，最终通过竞标的方式来获得资格。
2. 建造塔台需要考虑的因素:
(1) 足球教练训练塔台的位置是不固定的，可以根据需要进行变换。
(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 项工程进行设计需要考虑到各种因素以及各种因素之间的关联。
3. 制订标书:
(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
方面来制订标书。
(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。
4. 投标发布会:
(1) 各小组依次进行投标讲解，介绍本组塔台设计的优势。
(2) 可以利用文字、绘图的方式表达自己小组的创意与构想。
(3) 召集其他小组进行有理由的质疑与评议。
5. 工程设计的关键是如何实现项目安全性和项目成本的和谐统一。
二 活动重现
活动: 设计足球场塔台竞标标书
1. 活动目的: 通过设计塔台竞标标书，感受工程中设计的重要性。
2. 活动器材: 塔台竞标标书、记号笔等。
3. 活动步骤:
(1) 小组讨论设计塔台时需要考虑的各方面因素，并记录。
(2) 阅读竞标标书项目，研讨具体内容，完成标书的制订。
(3) 召开投标发布会，向其他小组展示自己小组的标书。
(4) 改进自己小组的塔台设计方案。
塔台竞标标书(样式) 日期: 建塔位置: 使用材料: 塔的设计: (塔高、塔型、实用性、安全性，假如考虑楼梯、栏杆等细节，会有助于获得好评) 成本预算: 人员分工: 时间分配:
塔台竞标标书(样例) 日期: 202×年×月×日 ①建塔位置: 学校操场的跑道边上。 ②使用材料: A. 承重: 空钢管、实钢管、钢筋等。 B. 外表: 塑料皮、栅栏、木头、钉子等。 C. 移动: 滑轮、固定架、焊接器等。 ③塔的设计: ④成本预算: 材料费3000元，人工费800元。 ⑤ 人员分工: 甲组绘制设计图，乙组购买材料，丙组进行建造，丁组进行测试、评估及改进。 ⑥时间分配: 1周设计，3天购买材料，3天施工，2天测试、改进等。
4. 活动结论: 工程设计的关键是如何实现项目安全性和项目成本的和谐统一。
指点迷津
问题1: 建造塔台时怎样使它更稳固
采用三角形框架结构，并遵循上小下大、上轻下重的原则，可以使塔台更加稳固。
问题2: 如何计算成本预算
先参考市场价格，统计好所需材料和工种的单价，再依次计算各材料需要的用量，各工种需要的时间，最后得出总成本。
第 4 课时 设计塔台模型
一 知识解读
1. 工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素及它们之间的关联。
2. 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。
3. 三角形具有稳定性，且承重能力好。
4. 设计塔台模型要考虑的要点:
(1) 增加塔台的稳定性: 多用三角形结构，接口处固定牢固，塔身上小下
大、上轻下重。
(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:
①耐震: 加入大量三角形结构。
②制震: 加大底部面积或加大底部质量。
③免震: 塔台底部装滚球。
(5) 控制成本: 塔台不能太大、太高，以防材料不够用。
二 实验重现
实验: 设计塔台模型
1. 实验目的: 通过设计塔台模型，感受工程设计的复杂性，体会三角形的稳定
性和承重能力强的特点，学会用自己的方法克服工程设计中的难题。
2. 实验器材: 塔台设计要求及评价表、塔台设计方案表、三角形和正方形模型
等。
3. 实验步骤:
(1) 仔细阅读塔台设计要求及评价表。
(2) 用食指分别按压三角形和正方形模型顶部的中心位置，感受它们的承重力，观察它们形状的变化。
(3) 小组讨论如何克服塔台倾斜和抗震、抗风等问题。
(4) 总结前面讨论的结果，开始设计塔台模型， 用画图、文字、数字等方式记录在设计表内。
(5) 展示小组的设计方案，调整改进方案。
4. 实验记录:
例如:
5. 实验结论:
(1) 三角形具有稳定性，且承重能力好。
(2) 设计的塔台必须保证站立，且能承受一定的重量和风力，并具有一定的抗震能力。还要尽量节省材料，能达到稳固、美观、价廉的平衡。
指点迷津
问题: 如何保证塔台的倾斜角最小
设计图上需要将塔台拆分成面，计算每个面的大小并标注，以此控制塔台倾斜角的大小，从而保证限定条件的落实。
第 5 课时 制作塔台模型
一 知识解读
1. 模型的制作要完全按照设计图纸进行，模型的成品为测试与评估提供了可能。模型是改进设计完成工程任务的重要依据。
2. 制作塔台模型的过程:
(1) 制作活动的核心: 制作的塔台模型要与设计方案相一致。
(2) 搭建顺序: 底座搭建→侧面搭建→整体搭建。
(3) 成本控制: 塔台的接口处要固定牢固，同时也要考虑节省胶带。
(4) 保证塔台模型的稳固性: ①控制好立柱的高度，尽量等高，可以防止塔台倾斜；
②使用三角形结构可以使塔台稳固。
(5) 基本搭建完成: ①检查接口处是否牢固，是否还有地方需要修补；
②为建造的塔台模型起个名称，如: 围栏防护型、脚手架型、底托抗震型、金字塔型。
(6) 注意事项: 在制作模型的过程中要发现新问题，引发新思考。如果对塔台模型设计有了新的想法，要经过小组研讨后，先修改图纸，再进行制作。
二 实验重现
实验: 制作塔台模型
1. 实验目的: 根据设计方案制作塔台模型。
2. 实验器材: 胶带、70根20厘米长的吸管、尺子、剪刀、红笔、滚球、弹簧、钩码等。
3. 实验步骤:
(1) 仔细观察并分析自己小组的设计方案。
(2) 按照“底座搭建→侧面搭建→整体搭建”的顺序，开始塔台的制作活动。
(3) 搭立柱时要控制好立柱的高度，尽量等高。
(4) 在框架中多使用三角形结构。
(5) 搭建完成后要及时检查接口处是否牢固，是否还有地方需要修补。
(6) 在制作模型的过程中要发现新问题，引发新思考。
(7) 为自己小组的塔台模型取一个名称。
4. 实验注意事项:
(1) 在制作过程中，小组成员要分工合作，共同完成任务。
(2) 在制作过程中，如果发现设计不合理的问题，可以进行修改，但要经过小组研讨交流后，先用红笔在图纸上做好修改标记，再进行制作。
5. 模型评价:
塔台设计成上小下大的结构，保证了整体的稳固性；侧面采用镂空结构，可以提高抗风能力；整体框架多采用三角形结构，能够提高承重、抗震能力；底部增加4个钩码能够满足抗风抗震的要求。
6. 模型展示:
模型 名称 模型图片 简要介绍
围栏 防护型 上、下面均为正方形，顶部带防护栏，底部四角配重用来增强抗风抗震能力
脚手架型 底部四方形，顶部三角形，在实现工程要求的前提下，尽可能节省材料
底托 抗震型 虽然整体结构没有呈现出上小下大的形状，但是底部设计了四个三角形组合结构，在保证稳固的基础上融入了抗震设计
金字塔型 大量三角形结构保证了塔台的稳固性，底部加重保证抗风抗震能力，各个接口处用大量胶带固定保证塔台坚固
指点迷津
问题: 以上几种模型的共同之处是什么
它们的共同之处是均包含了大量的三角形结构。因为三角形具有稳定性，三角形结构具有一定的承重和抗压性，能够使塔台更加稳固。
第 6 课时 测试塔台模型
一 知识解读
1. 在一项工程中，测试是重要环节。它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、美观等方面对模型进行评价。
3. 完成一项测试任务需要使用特定的工具。为保证测试的公平，测试塔台模型时，测试的方法、标准、工具都需要统一。
(1) 测试高度，需要使用米尺等工具。
(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。
4. 自我评估(举例) :
(1) 吸管、胶带用量过多导致成本过高，影响美观。
(2) 制作过程中测量有误差，导致模型顶部倾斜。
(3) 模型底部面积较小，对抗风能力有一定影响。
二 实验重现
实验: 测试塔台模型
1. 实验目的: 利用各种工具来测试塔台模型。
2. 实验器材: 米尺、多本教科书、电风扇、地震模拟仪、记录仪、塔台模型制作评价表等。
3. 实验步骤:
(1) 根据塔台模型制作评价表，明确测试标准。
(2) 分析塔台模型测试记录表。
(3) 制订科学合理的测试计划。
(4) 利用特定的工具测试塔台模型:
① 用米尺测试塔台的高度: 将塔台模型放置于平稳的桌面上，将米尺竖直放在塔台模型旁边，测量塔台的高度，平视读出数值。
② 用重物测试塔台的顶端承重能力: 将教科书放在塔台顶端的中心位置，然后一本叠一本地增加，直到塔台不能承受为止，记录本数。
测试高度 测试顶端承重
③ 用电风扇测试塔台的抗风能力: 将塔台放在电风扇前，先用1挡小风量测试，再用2挡中风量测试，最后用3挡大风量测试，记录塔台能够承受的风量等级。
④ 用地震模拟仪测试塔台的抗震能力: 将塔台放在地震模拟仪上方，先用1级震动测试，再用2级震动测试，最后用3级震动测试，记录塔台能够承受的抗震等级。
测试抗风能力 测试抗震能力
(5) 按照塔台模型制作评价表，计算材料成本。
(6) “分工合作”项目先由各小组自行介绍，再由其他小组评分。
(7) 各小组根据塔台模型是否合理，对美观方面进行评分。
(8) 师生汇总各小组成绩，并分析各小组塔台的优点和不足。
4. 实验结论: 不同小组制作的塔台模型的高度、顶端承重能力、抗风能力、抗震能力各不相同。
5. 评估塔台模型建造中存在的问题:
(1) 塔台模型高度太高，对抗风能力有一定影响。
(2) 塔台模型承重结构不多，顶端承重能力较差。
(3) 塔台模型制作不够精细，角度不正对抗震能力有一定影响。
(4) 吸管用量过多导致成本过高，浪费材料。
(5) 塔台模型底端重量较轻，不利于抗震。
(6) 塔台模型制作过程中测量有误差，成品有倾斜的问题。
指点迷津
问题: 哪些项目属于塔台模型制作一定要达到的要求 哪些是相对次要的 哪些是加分项目
塔高、顶端承重能力、抗风能力、抗震能力是一定要达到的要求。材料成本统计是相对次要的。设计图及文字说明、组内分工合作情况和模型美观度是加分项目。
第 7 课时 评估改进塔台模型
一 知识解读
1. 工程要反复评估改进，不断完善，才能达到最终的工程要求。
2. 根据评估标准，针对每一组模型开展小组自我评估与组间评估。
3. 根据评估结果，梳理出需要进一步改进的问题。
4. 针对已梳理的问题，根据塔台模型制作评价表再次进行改进。
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。
二 实验重现
实验: 评估改进塔台模型
1. 实验目的: 分析塔台模型存在的问题并进行改进。
2. 实验器材: 塔台模型、设计方案修改记录单、记号笔等。
3. 实验步骤:
(1) 小组交流评估: 每组针对本组和其他小组建造的塔台模型进行交流评估。
(2) 明确问题: 各小组根据交流评估的情况，明确存在的主要问题，并将问题记录下来。
设计方案修改记录单 小组: 日期: 1. 重新调整塔台模型主体结构的吸管，降低高度，提高承重能力。 2. 底部需要加重，并重新调整结构，让底部更大，使塔台模型在抗 风抗震中更稳固。 3. 减少多余的吸管与胶带，减少材料的损失，降低塔台模型的成本。 4. 制作过程随时进行准确测量，避免误差。 5. 加强塔台模型中间吸管的稳定性，多制作三角形结构，全面提高 稳定性。
设计方案修改记录单 小组: 日期: 1. 底部增加重量，使塔台模型更稳定。 2. 减少多余的吸管，减少胶带缠裹次数，提高连接的有效牢固度。 3. 增加底部重量的同时提高底部吸管的强度，增强抗风抗震的效 果。 4. 减少不必要的吸管结构，使外形更加美观。 5. 重新调整角度，并将各个吸管连接处重新加固。
(3) 改进设计: 各小组根据塔台模型存在的问题进行分析，并重新设计改进方案。
(4) 优化塔台模型制作: 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。
4. 实验结论:
塔台模型经过改进后，它的承重能力、抗风能力、抗震能力都有大幅度提升。
指点迷津
问题: 小组建造的塔台模型按照改进后的设计需要重新加工吗
需要。我们应该继续完成本工程的全部活动内容，体验工程师工作的特点。我们要让塔台模型更符合建造的要求。