青岛版（六三制2017秋）科学六年级上册第五单元《简单机械》大单元整体教学设计

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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·六三制
年级 六年级上册
单元名称 第5单元《简单机械》
单元主题 机械工程师的智慧——探索简单机械的奥秘
课时安排 6课时
一、单元主题
“机械工程师的智慧——探索简单机械的奥秘”
围绕斜面、杠杆、滑轮、轮轴、齿轮五种简单机械，引导学生通过工程实践理解机械原理及其在生活中的应用，培养工程思维与创新能力。
二、单元大情景
“校园机械设计挑战赛”
学生化身“机械工程师”，完成四项任务：
1.任务一：斜坡省力方案（斜面）
2.任务二：杠杆平衡大师（杠杆）
3.任务三：滑轮组救援装置（滑轮）
4.任务四：齿轮传动创意（轮轴与齿轮）
最终目标：设计并制作一个复合机械装置，参加“校园机械博览会”。
三、课程标准分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.2 工程的关键是设计（5-6年级）
13.3 工程是设计方案物化的结果（3-4年级）
学段目标 （5-6年级） ① 分析机械结构的功能（如杠杆支点作用）；
② 设计并优化简单机械模型；
③ 理解机械对人类生产生活的意义。
四、单元教材分析
本单元包括《斜面》《杠杆》《滑轮》《轮轴》《齿轮》五课内容，系统介绍了五种基础简单机械的工作原理、特点及实际应用。
（一）第14课《斜面》
1.核心概念：斜面是一种通过坡度减小提升重物所需力的简单机械。
2.关键发现：坡度越小越省力，但移动距离增加（如盘山公路、螺丝钉的螺纹）。
3.实验活动：通过斜面小车实验验证“坡度与省力关系”，探究螺旋作为斜面变形的应用。
（二）第15课《杠杆》
1.核心概念：杠杆是能绕支点转动的硬棒，通过调整力臂实现省力/费力。
2.三要素：支点、动力点、阻力点。
3.分类应用：
（1）省力杠杆（支点近阻力点）：核桃夹、开瓶器
（2）费力杠杆（支点近动力点）：镊子、钓鱼竿
（3）等臂杠杆：天平
（三）第16课《滑轮》
1.类型与功能：
（1）定滑轮：改变力的方向（如升旗装置）
（2）动滑轮：省力（如塔吊吊钩）
（3）滑轮组：兼具省力与改变方向（如升降晾衣架）
2.实验重点：对比单滑轮与滑轮组的力效差异。
（四）第17课《轮轴》
1.结构特征：由大轮（轮）和小轴（轴）固定组成（如方向盘、水龙头）。
2.省力原理：轮半径大于轴半径时，轮上用力更省力（如辘轳提水）。
3.特殊案例：竹蜻蜓（轴上用力）说明轮轴不一定省力。
（五）第18课《齿轮》
1.核心特性：圆形带齿可啮合传递动力（如钟表、自行车链轮）。
2.功能：
（1）改变转动速度（大小齿轮配合）
（2）改变转动方向（垂直啮合齿轮）
（3）实验：搭建齿轮模型验证传动规律。
总结：本单元五课以“机械增效”为核心，通过五种简单机械的分层探究，构建学生对力学传递的系统认知，培养工程设计思维，为后续复杂机械学习奠定基础。
五、教学目标
科学观念 解释五种简单机械的省力原理（如斜面坡度越小越省力）。
科学思维 1.用流程图分析复合机械（如自行车）的工作原理； 2.通过数据归纳机械效率规律。
探究实践 1.设计对比实验验证机械性能（如杠杆平衡条件）； 2.制作齿轮传动模型并测试传动比。
态度责任 1.探讨机械使用中的安全隐患（如齿轮夹手）； 2.设计环保材料制作的机械模型。
六、学情分析
1.年龄特点：六年级学生抽象思维增强，能理解力学原理，但需结合实物操作。
2.认知基础：已掌握“力”的概念（五年级），但对机械系统缺乏系统认知。
3.学习难点：齿轮传动比的计算、复合机械的结构设计。
4.兴趣点：动手制作、解决实际问题（如用滑轮组提重物）。
七、活动设置
第1课
《斜面》 斜坡挑战赛 验证斜面坡度与用力大小的关系 ① 用木板搭不同坡度斜面测拉力（数学：记录数据并绘图）；
② 分析盘山公路设计（地理：地形应用）。
第2课
《杠杆》 杠杆平衡探秘 发现杠杆平衡条件 ① 杠杆尺实验（科学：控制变量）；
② 设计“夹取垃圾”杠杆钳（劳动：制作工具）。
第3课
《滑轮》 滑轮组救援行动 探究滑轮组合的省力效果 ① 组装定/动滑轮提重物（工程：设计滑轮组）；
② 计算机械效率（数学：力与距离比值）。
第4课
《轮轴》 轮轴省力实验 理解轮轴半径与省力的关系 ① 用方向盘模型测不同轮大小的拉力；
② 观察自行车链条传动（技术：动力传递）。
第5课
《齿轮》 齿轮传动创意工坊 探究齿轮组合的传动规律 ① 3D打印齿轮模型（信息技术：数字化设计）；
② 制作变速风车（艺术：装饰设计）。
八、教学方法
1.工程问题驱动法：
如“如何用滑轮组将书包提升1米高？”引导学生设计解决方案。
2.模型建构法：
用乐高搭建齿轮传动系统，直观展示转速变化。
3.对比实验优化：
测试不同坡度斜面的用力大小，用折线图分析数据规律。
九、学习方法
1.合作探究式学习：
4人小组分工（设计师、记录员、操作员、汇报员）完成机械制作。
2.思维可视化工具：
用概念图梳理“自行车中的简单机械”（如脚蹬→轮轴→链条→齿轮）。
3.迁移应用：
家庭任务：寻找家中应用的简单机械（如螺丝刀是轮轴）。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
科学观念 机械原理理解准确性 30%
探究实践 实验设计与模型制作 40%
创新应用 复合机械设计创意 30%
（二）分活动评价表
活动1：斜面（第14课）
斜面作用探究 发现斜面省力规律 1★：能操作实验但未总结规律
2★：能发现省力现象但表述模糊
3★：准确总结“斜面坡度越小越省力” 实验记录+小组汇报
生活应用分析 列举斜面应用实例 1★：列举1例
2★：列举2例并简单说明
3★：列举3例+分析省力原理 课堂问答
活动2：杠杆（第15课）
杠杆平衡实验 控制变量探究平衡条件 1★：完成基础操作
2★：记录数据但未总结规律
3★：发现“力×力臂=阻力×阻力臂” 实验报告
杠杆分类 识别三类杠杆 1★：分类正确1类
2★：分类正确2类
3★：正确分类+举例说明 分类卡片操作
活动3：滑轮（第16课）
滑轮组组装 动手组装定/动滑轮 1★：在指导下完成
2★：独立组装但未省力
3★：独立组装并验证省力效果 实践操作
起重机模型分析 解释滑轮组省力原理 1★：描述现象
2★：说明“动滑轮省力”
3★：分析“滑轮组省力倍数=绳子段数” 模型演示+答辩
活动4：轮轴（第17课）
轮轴省力验证 对比轮/轴施力差异 1★：记录数据
2★：发现“轮越大越省力”
3★：用“轮半径>轴半径”解释原理 实验数据表
生活工具调查 寻找轮轴应用实例 1★：找到1例（如水龙头）
2★：找到2例并标注轮/轴
3★：分析3例工具的省力设计 调查报告
活动5：齿轮（第18课）
齿轮传动观察 描述齿轮啮合现象 1★：观察到转动方向相反
2★：发现转速变化
3★：总结“大齿轮带小齿轮加速” 观察记录
钟表模型探究 解释齿轮传递动力的作用 1★：指出齿轮传递动力
2★：说明齿轮改变转速
3★：分析钟表齿轮系统的动力传递路径 模型拆解报告
十一、分层作业设计
活动1：斜面
基础作业 填空：斜面坡度越__（大/小），越省力 1★：填对1空
2★：填对2空
3★：全对+举例（如盘山公路）
提升作业 分析：为什么楼梯设计成斜面？ 1★：提到“省力”
2★：说明“减小坡度”
3★：用“力臂原理”解释
拓展作业 设计：用木板和箱子搭建省力斜面装置 1★：完成搭建
2★：装置可搬运物体
3★：测试不同坡度并记录数据
活动2：杠杆
基础作业 标注杠杆三要素（支点、力点、重点） 1★：标对1处
2★：标对2处
3★：全对+分类（如镊子属费力杠杆）
提升作业 解释：钓鱼竿属于哪类杠杆？为什么？ 1★：正确分类
2★：说明“阻力臂>动力臂”
3★：分析“费力但增大移动距离”
拓展作业 制作：用筷子和小盒制作简易天平 1★：完成制作
2★：实现平衡
3★：用硬币验证“动力×动力臂=阻力×阻力臂”
活动3：滑轮
基础作业 连线：定滑轮/动滑轮与特点匹配 1★：连对1组
2★：连对2组
3★：全对+说明定滑轮改变方向、动滑轮省力
提升作业 计算：用2个动滑轮提升重物需多少力？ 1★：知道省力
2★：计算力=物重/2
3★：分析“绳子段数=4，力=物重/4”
拓展作业 改进：给升降窗帘设计省力滑轮组 1★：画出设计图
2★：标注滑轮类型
3★：说明如何用最少的滑轮省力一半
活动4：轮轴
基础作业 举例：3个含轮轴的工具（如方向盘） 1★：举1例
2★：举2例
3★：举3例+标注轮与轴位置
提升作业 分析：扳手拧螺丝时，轮和轴分别是哪里？ 1★：指出“手柄是轮”
2★：说明“螺丝是轴”
3★：解释“手柄越长越省力”
拓展作业 实验：用不同粗细的笔筒制作轮轴装置 1★：组装成功
2★：验证“粗笔筒更省力”
3★：测量省力倍数并绘制数据图表
活动5：齿轮
基础作业 填空：大齿轮带动小齿轮时，转速变__ 1★：填“快”
2★：填“快”+画转动方向
3★：补充“扭矩减小”
提升作业 解释：自行车链条传动是否属于齿轮？ 1★：回答“否”
2★：说明“链传动非啮合”
3★：对比齿轮与链传动的优劣
拓展作业 设计：用齿轮组制作减速风车模型 1★：完成组装
2★：实现减速效果
3★：计算输入/输出转速比
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