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

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名称 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
格式 docx
文件大小 3.3MB
资源类型 试卷
版本资源 青岛版(五四制2017秋)
科目 科学
更新时间 2025-07-28 21:35:35

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文档简介

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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。
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