青岛版（五四制2017秋）科学五年级下册第八单元《科技与生活》大单元整体教学设计

中小学教育资源及组卷应用平台
基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·五四版
年级 五年级下册
单元名称 第8单元《科技与生活》
单元主题 未来工程师训练营——科技设计与工程实践
课时安排 4课时
一、单元主题
“未来工程师训练营——科技设计与工程实践”
围绕工具创新、磁悬浮技术、航天工程三大科技领域，引导学生经历“原理探究→技术应用→工程设计→物化验证”的完整工程实践过程。
二、单元情境
“未来工程师挑战赛”
学生化身“科技工程师”，通过三阶段任务：
1.任务一：工具改造师（《专用工具》）→ 优化生活工具设计；
2.任务二：磁悬浮研究员（《磁悬浮列车》）→ 破解磁悬浮技术密码；
3.任务三：航天工程师（《设计水火箭》《制作与发射水火箭》）→ 设计并发射水火箭模型。
最终目标：举办“校园科技博览会”，评选“最佳工程团队”。。
三、课标分析
核心概念 工程设计与物化
学习内容 13.2 工程的关键是设计（56年级）
13.3 工程是设计方案物化的结果（34年级）
学段目标
（5~6年级） ①设计满足需求的解决方案（如磁悬浮减震方案）；
②制作实物模型并迭代优化（水火箭结构改进）；
③分析科技对社会的影响（如磁悬浮列车的环保价值）。
四、教材分析
本单元包含《专用工具》《磁悬浮列车》《设计水火箭》《制作与发射水火箭》四课。
《专用工具》核心内容为探究专用工具（如核桃夹、磁悬浮笔架）的结构与功能关系，通过拆解和制作模型理解杠杆原理、电磁力应用等科学原理。分析工具设计中的“结构适配功能”思想，制作简易磁悬浮装置验证电磁力作用。
《磁悬浮列车》核心内容为研究磁悬浮列车的悬浮原理（电磁力抵消重力）、驱动技术（直线电机）及技术优势（低摩擦、高速、节能）。模拟磁悬浮实验（如磁铁排斥悬浮），结合中国磁悬浮案例（上海磁浮线）分析技术创新的社会价值。
《设计水火箭》围绕水火箭的设计流程，探究反冲动力原理（牛顿第三定律），优化结构设计（整流罩、尾翼、喷嘴）。绘制设计图并分析变量（水量、气压）对射程的影响，渗透工程迭代思维（设计→测试→改进）。
《制作与发射水火箭》核心内容为动手制作水火箭模型，测试发射效果并分析影响因素（如气压稳定性、尾翼角度）。实践“工程物化”过程（材料选择→组装→调试），记录数据并优化方案。
四课形成“原理认知→技术应用→创新设计→工程实践”的递进链条：
1.基础层（《专用工具》）：建立“工具设计依赖科学原理”的认知（如杠杆、电磁力）。
2.技术层（《磁悬浮列车》）：将原理升华为复杂技术应用，理解科技对社会的影响。
3.设计层（《设计水火箭》）：应用科学原理进行创新设计，培养系统规划能力。
4.实践层（《制作与发射水火箭》）：通过物化模型验证设计，体现“工程实践闭环”。
五、教学目标
科学观念 1. 理解杠杆、电磁力、反冲力等原理在科技产品中的应用；
2. 列举磁悬浮技术对节能减排的意义。
科学思维 1. 用流程图分析工程步骤；
2. 基于数据优化设计方案（如调整水火箭尾翼角度）。
探究实践 1. 制作磁悬浮模型并测试承重；
2. 完成水火箭的“设计-制作-发射-改进”全流程。
态度责任 1. 培养技术专利意识（如标注设计版权）；
2. 分析科技发展的双面性（如磁悬浮的造价问题）。
六、学情分析
1.年龄特点：五年级学生抽象思维初具，热衷动手实验，但对“电磁场”“流体力学”等概念需借助可视化模型理解。
2.认知基础：已知简单机械（杠杆）、电路连接（四年级），缺乏系统工程经验。
3.学习难点：磁悬浮的抽象原理（如超导体的作用）；水火箭的气压与射程非线性关系。
七、学习活动设计
第27课 专用工具 工具改造实验室 1. 分析工具结构与功能关系；
2. 设计省力核桃夹改良方案。 ①拆解核桃夹绘制结构图（美术）；
②3D打印改良模型（信息技术）。
第28课 磁悬浮列车 磁悬浮奥秘破解 1. 验证磁铁“同极相斥”悬浮原理；
2. 对比磁悬浮与传统列车能耗。 ①磁铁悬浮承重实验（科学+数学：记录承重数据）；
②制作磁悬浮列车海报（社会：环保倡议）。
第29课 设计水火箭 航天工程师计划 1. 应用反冲原理设计火箭；
2. 用流程图规划制作步骤。 ①模拟软件设计火箭模型（信息技术）；
②计算燃料配比（数学：水与空气体积比）。
第30课 制作与发射 水火箭发射行动 1. 测试变量（水量/尾翼）对射程影响；
2. 优化安全性设计。 ①分组发射比赛（体育：测量落点距离）；
②撰写《发射风险评估报告》（语文）。
八、教学方法
1.PBL项目驱动：以“解决校园物资运输问题”为命题，设计磁悬浮快递小车。
2.迭代设计法：水火箭制作需经历3轮改进（如喷嘴口径调整→试飞→数据记录→再调整）。
3.争议性议题讨论：辩论“磁悬浮技术是否值得全国推广”，渗透STSE（科学-技术-社会-环境）教育。
九、学习方法
1.实验记录四步法：
猜想（如“水量越多射程越远”）→ 测试（发射记录数据）→ 分析（绘制散点图）→ 结论（最佳水量为1/3瓶）。
2.跨学科迁移：
将磁悬浮原理迁移至“无接触门把手”设计（疫情防护应用）。
3.安全操作口诀：
“火箭不对人，角度45度；护目镜戴牢，安全第一步”（水火箭发射规范）。
十、评价策略
（一）单元总体评价
过程性评价 实验记录单、设计草图、小组协作 60%
终结性评价 水火箭射程/稳定性测试、科技博览会展示 40%
（二）活动评价表
活动1：《专用工具》分活动评价表
工具结构分析 识别1种工具部件（如核桃夹杠杆） 标注3个部件并说明功能 绘制三维爆炸图解释力传递路径
模型制作 完成简易模型组装 模型实现基础功能（如夹碎核桃） 添加创新设计（如防滑手柄）
原理应用 复述杠杆省力原理 用原理解释2种工具差异 设计“省力工具包”解决生活问题
合作贡献 参与小组分工 主动分享改进方案 协调组员优化模型结构
活动2：《磁悬浮列车》分活动评价表
原理验证 复现磁铁悬浮实验 测量悬浮高度与磁铁间距关系 设计变量实验探究超导材料影响
技术分析 列举磁悬浮列车1项优势 对比磁悬浮与传统列车能耗数据 用数据模型论证环保效益（如碳减排量）
社会思考 知道磁悬浮需专用轨道 分析建设成本与经济效益 撰写《磁悬浮进校园》可行性报告
创新设计 画出磁悬浮草图 标注驱动系统与悬浮装置 设计“真空管道磁悬浮”未来方案
活动3：《设计水火箭》分活动评价表
设计完整性 标注火箭基础结构（箭体/尾翼） 设计整流罩+分离装置 添加降落伞回收系统
科学依据 标注“反冲力推动” 用箭头图示气流反推方向 计算推力与瓶体质量比值
风险评估 列出1项发射风险（如气压过高） 制定2条安全措施 设计压力预警装置（如安全阀）
跨学科整合 手绘设计图 用CAD软件建模 3D打印原型并测试气密性
活动4：《制作与发射水火箭》分活动评价表
工艺精度 完成箭体粘合 尾翼对称误差≤5° 使用激光校准仪调整平衡
数据记录 记录1次发射数据 对比3组水量射程差异 绘制“水量-射程”曲线图
问题解决 发现1处故障（如漏气） 独立修复2类故障 优化喷嘴设计提升效率20%
团队协作 按指令操作发射 担任小组安全监督员 组织跨班组火箭竞标赛
分层作业设计
活动1：《专用工具》分层作业设计及评价标准
基础作业
（工具功能卡） 收集3种工具图片并标注功能 ★：1种工具+简单标注
★★：3种工具+功能描述
★★★：补充科学原理（如杠杆支点）
提升作业
（改良设计） 重新设计“费力钳子”为省力工具 ★：画出改良草图
★★：标注力臂延长比例
★★★：制作原型并测试省力效果
拓展作业
（智能工具） 设计“声控螺丝刀”方案（语音调节转向） ★：描述基础功能
★★：标注传感器位置
★★★：编程模拟控制流程
活动2：《磁悬浮列车》分层作业设计及评价标准
基础作业
（原理图示） 绘制磁悬浮列车悬浮原理图 ★：标注“同极相斥”
★★：添加磁感线箭头
★★★：对比超导悬浮差异
提升作业
（能耗调查） 统计磁悬浮列车百公里耗电量 ★：查找1组数据
★★：对比高铁/飞机能耗
★★★：计算年减排CO 吨数
拓展作业
（未来交通） 设计“磁悬浮滑板”城市短途方案 ★：概念草图
★★：说明悬浮与驱动技术
★★★：论证推广可行性
活动3：《设计水火箭》分层作业设计及评价标准
基础作业
（结构手册） 制作水火箭结构图册（图文） ★：3个部件图解
★★：6个部件+功能说明
★★★：添加安全警示标识
提升作业
（变量预测） 预测尾翼数量对飞行稳定性影响 ★：文字描述猜想
★★：设计对比实验方案
★★★：用流体力学原理解释
拓展作业
（太空任务） 设计“火星采样水火箭”载荷舱 ★：描述采样功能
★★：标注密封防震结构
★★★：模拟火星重力环境测试
活动4：《制作与发射水火箭》分层作业设计及评价标准
基础作业
（发射日志） 记录发射角度与落点关系 ★：1组数据（如45°）
★★：3组数据+落点分布图
★★★：推导最优发射角公式
提升作业
（故障排查） 分析“火箭螺旋飞行”原因及改进法 ★：指出尾翼不平衡
★★：设计尾翼校准工具
★★★：制作平衡测试仪
拓展作业
（航天延伸） 撰写《中国长征火箭技术发展史》简报 ★：列举2个型号
★★：对比推力提升数据
★★★：分析技术突破意义
分层作业设计说明：
1.国防教育融合：水火箭作业延伸至中国航天成就（如长征系列），播放文昌发射场视频，培养科技自信。
2.安全强化：磁悬浮作业禁用钕磁铁（防夹伤）；水火箭发射场设置10米安全区，配备护目镜及急救包。
3.差异化支持：
（1）基础薄弱组：提供尾翼模板打印件；
（2）能力进阶组：挑战“二级分离水火箭”设计。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)