2.3 用沉的材料造船 教学设计

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课 题 2.3用沉的材料造船
核心概念 技术、工程与社会--12.2技术与工程改变了人们的生产和生活--③知道技术对提高生产效率或工作效率的影响，举例说明应用适当技术可以提高生产效率或工作效率，应用所学科学原理设计并制作出可以提高效率的作品。 （十三）工程设计与物化--13.2工程的关键是设计--②利用示意图、影像、文字或实物等多种方式，阐明自己的创意，初步认识设计方案中各影响因素间的关系。--13.3工程是设计方案物化的结果--④利用工具制作简单的实物模型，根据实际反馈结果进行改进并展示。
教学内容 五年级下册 课时安排 课时
教学目标 科学观念 能说出通过改变材料形状（如做成船型）可以增大浮力，使原本下沉的材料漂浮。 知道钢铁等重材料也能造船，并能联系浮力原理进行简单解释。 科学思维 能通过比较橡皮泥、铝箔的浮沉变化，归纳出“形状改变影响浮力”的规律。 能根据“稳定性”需求，分析并评价不同船型（如双体船）的设计特点。 探究实践 能按照步骤，独立完成用橡皮泥或铝箔制作小船并测试其载重能力的实验。 能在测试中观察、记录小船的状态变化，并基于证据描述如何让船更稳定。 态度责任 体会到动手实践对解决科学问题的重要性，在造船测试中保持耐心和细致。 认识到船舶稳定性设计关乎安全，培养严谨、负责的科学态度。
教学重点和难点 教学重点： 理解并验证“通过改变形状（做成船型）可以增大浮力，让沉的材料漂浮”。 教学难点： 思维层面：理解“材料本身下沉”与“做成船型后能浮”之间的对立统一关系，实现认知跨越。 实践层面：在造船活动中，有目的地改进船型（如扩大底面积、均匀分布重量），以实现稳定承载重物。
核心问题链 沉的材料能造船吗？ 为什么沉的材料能造船？ 怎样改进小船，增加稳定性？
教具学具 为学生准备： 水槽、防水橡皮泥、铝箔、垫圈、学生活动手册等。 教师准备： 学生材料一套、教学课件等。
教 学 过 程 （板 书 设 计） (一) 情境导入：工程师接到挑战书 (5分钟) 1.情境创设： （出示教材图：大型钢铁轮船）“同学们，看这艘巨轮！它是由什么造的？” （预设：钢铁） “钢铁在水中是沉还是浮？” （预设：沉在水里） “今天，我们都有一个新身份——‘小小造船工程师’。我们刚刚接到一个核心任务：‘用会沉的材料，造一艘能载货的船’。这可能吗？” （预设：可能的） 4.同学们认为，沉的材料也可以造船吗？你的推测是什么样的？这样推测的理由是什么？ （设计意图：以钢铁巨轮视觉反差制造认知冲突，激活学生前概念；通过"工程师"角色代入激发探究动机，引导学生在"沉材料造船"的矛盾猜想中开启科学思维，为后续浮沉原理探究奠定问题基础。） (二) 探索实践：工程师设计并测试原型船 (20分钟) 阶段一：初级挑战——让“沉材”浮起来 (7分钟) 1.发布挑战，明确目标 “各位工程师，现在你们的工作台上都有总部提供的原始材料——一块橡皮泥和一张铝箔。请先验证它们的原始属性。” （预设：让学生将材料直接放入水中，观察下沉现象。） “我们的第一个设计挑战是：仅通过改变材料的形状，设计并制作一艘能独自漂浮在水面上的小船。大家有信心吗？” （预设：有信心，学生明确问题） 设计制作与初步测试 学生活动：学生四人一组进行设计与制作。教师巡视，进行差异化指导： ①提示：“想想生活中船的样子，怎样能让它‘兜’住更多的空气或水？” ②对快速完成者，追问：“你的设计有什么独特之处？为什么认为它能浮？” 可以想办法多次“改变形状”，鼓励多样化的船型。 （预设：如碗形、盘形、盒形等）。 5.请几位学生将不同形状的作品（包括一个未改形的橡皮泥团）同时放入水槽展示。 关键提问：“请看，同一块橡皮泥，为什么捏成团就沉，做成船型就浮？” 6.工程师发现：将下沉的材料做成船型，可以增大它受到的浮力，从而漂浮在水面上。” 阶段二：进阶挑战——设计一艘“载货船” (13分钟) 1.教师情境引导：“祝贺大家通过初级挑战！但真正的船必须能运载货物。现在发布进阶挑战：改进你的小船，让它成为一艘能‘稳定’装载最多‘货物’（金属垫圈）的货船。” 2.明确标准：解释“稳定”的含义——船不倾斜、不进水、能平稳航行。宣布测试方法：将垫圈逐个轻轻放入船中，直到水开始进入船舷或船体沉没，记录最终承载的垫圈数。 （预设：学生明确需求） 学生对自己的初代小船进行载重测试、观察问题、并立即改进。教师提供额外材料。 6.重点巡视引导，聚焦于解决稳定性问题： 针对“易倾覆”：提问：“垫圈都放在一边会怎样？怎样才能让船平衡？” （预设：放货物的时候要平均放） 针对“载重少”：提问：“怎样的小船‘肚子’更大，能装更多？是深一些好，还是宽一些好？” （预设：学生尝试，并且回答问题） 鼓励学生将有效改进方法画或写在《活动手册》上。 8.邀请1-2组分享他们的成功改进经验。 教师提炼板书：将学生的经验转化为工程设计要点，板书在“稳定性妙招”下，如：① 扩大底面积 ② 船舷加高 ③ 货物均匀分布。 9.承上启下：“看来，要造一艘好船，不仅要考虑浮起来，更要考虑稳得住。工程师们正是运用这些智慧，造出了我们看到的钢铁巨轮。” （设计意图：采用"双阶挑战"任务驱动，从"让沉材浮起"到"稳定载货"，层层递进建构科学概念；通过差异化提问引导工程思维，在迭代改进中渗透"形状影响浮力""结构决定稳定性"的核心知识，实现做中学、思中学。） (三) 研讨优化：工程师的评估与改进会 (10分钟) 1.“我们用了什么方法，让橡皮泥和铝箔漂浮在水面上？” （预设：做成船型，增大浮力）。 2.“为了让船稳定载重，我们又用了什么方法？” （预设：扩大船底面积、让船帮（边缘）更高、货物均匀摆放等） 3.提问：“用橡皮泥、铝箔可以，那真正的钢铁巨轮为什么能浮？”（预设：巨大的船型结构，排开大量水，产生巨大浮力。） （设计意图：通过结构化研讨引导学生从具体操作经验抽象出工程原理，建立"形状-浮力""结构-稳定性"的因果解释链；借助钢铁巨轮的类比迁移，实现从模型到真实情境的概念应用，完成科学思维的升华。） (四) 拓展应用：工程师的前沿视野 (5分钟) 1.“船在行驶中，稳定性十分重要，不然就会侧翻。工程师们如何解决这个难题？请看一种创新设计——双体船。” 出示双体帆船和普通帆船，引导学生观察其特点（两个船身），它们有什么优点？ （预设：船体更大，船底更宽） 2.总结：理解工程师通过特殊结构设计来提高性能。 3.怎样才是像工程师一样思考呢？ （预设：发现问题 → 设计制作 → 测试改进 → 应用创新。） 4.布置课后思考/拓展任务：查阅资料，了解现代船舶还有哪些奇特的设计（如水翼船、气垫船）来提升性能。 （设计意图：以双体船创新设计拓展工程视野，引导学生归纳"迭代优化"的工程思维模式；通过课后资料查阅任务延伸探究时空，激发对现代船舶科技的持续兴趣，实现科学素养的课外生长。） 板书设计： 2.3用沉的材料造船 沉的材料→做成船型→浮 排开的水量：物体浸入水中的体积 浮力：物体在水中受到的水向上托的力 体积增大，排开的水量增大，浮力增大
教 学 反 思 本课以"小小造船工程师"角色贯穿，通过"初级-进阶"双阶挑战实现概念建构的螺旋上升。课堂中学生对"沉材浮起"表现出强烈认知冲突，船型设计环节呈现丰富多样性，但部分小组在"稳定性"改进时过度关注船舷高度而忽视底面积扩大，提示需加强变量控制引导。研讨环节学生能较好关联形状与浮力关系，但钢铁巨轮原理迁移时仍有学生混淆"重量"与"排水量"概念，后续需强化阿基米德原理的具象化类比。拓展环节双体船案例有效激发工程思维，但时间略显仓促，建议将课后资料查阅调整为小组课前调研，课堂预留更多展示交流空间。整体而言，工程设计流程的显性化提炼是成功之处，学生真正经历了"像工程师一样思考"的完整实践。