2.3 拱形的力量 教学设计

《拱形的力量》教学设计
教材分析
拱形结构是一类很重要的结构，应用广泛。拱形结构又叫推力结构，它的特点是把受到的压力分解成向下的压力和向外的推力，是所有结构中唯一产生外推力的结构。研究拱形的承重特点更具趣味性和挑战性。本课有两个活动。
第一，测试纸拱的承重能力。用纸拱做实验研究拱形的承重特点，材料好找、简单易行。实验中不断想办法控制拱变形的问题，使纸拱不断承载更大的重压。通过实验引导学生认识拱形承重的特点。
第二，搭一个瓜皮拱。纸拱毕竟是一个不会轰然垮掉的拱，做一个瓜皮拱不但饶有趣味，而且更能感受到拱形的承重特点。当学生小心翼翼地把很滑的、小块的瓜皮搭成一个拱，看到这个拱并未垮掉甚至还能承重时，他们对拱形承重的特点会感受很深，会惊叹拱形的“力量”大。两个活动相比，前者是更理性的探究，后者是更感性的制作，相辅相成。
学情分析
学生对本单元前两节课《抵抗弯曲》和《形状与抗弯曲能力》学习对增加材料厚度和改变材料的形状可以增加物体抗弯曲能力的探究已产生了非常浓厚的兴趣，对再研究拱形结构一定会有更高兴趣。
教学目标
科学概念：
拱形可以向下和向外传递承受的压力，所以能够承受很大的压力。
过程与方法：
根据观察到的拱形产生的形变来推想它受力的状况。
情感、态度、价值观：
认识到边实验边思考，对不断深入研究的重要性。
教学重难点
重点：弄清拱形可以向下和向外传递承受的压力，设法保持拱形的形状，使它承受更大的压力。
难点：理解拱的受力原理和如何更好地发挥出拱的受力特点。
评价任务
1.通过实验推想拱形承重的秘密。
2.能利用所学知识搭一个瓜皮拱感受拱形的力量。
教学准备
为小组准备：做拱形的纸，铁垫圈若干。
教师自己准备：相关的图片资料。
学生自己准备：搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。
教学过程
一、谈话引入，激发兴趣
1.谈话：老师带来了具有悠久历史的建筑图片（播放课件：比萨斜塔、拱门……）这些建筑在设计上有什么共同之处？
2.学生介绍发现——拱形（预设）。
3.建筑都采用了拱形设计会是什么原因？
4.生谈初步看法。
5.示课题：古老的建筑经过岁月考验，如此完好，坚固。必然有着一定的科学道理。（板书：拱形的力量）
二、测试拱形承受的压力，分析拱形受力特点
1.师演示制作纸拱。
2.介绍拱形：纸拱上面最突出的部分叫做“拱顶”，下面与纸板接触支撑拱的部分叫做“拱足”（板书标出拱顶、拱足）
3.拱承受压力的情况怎么样？
学生预测能放几个垫圈。教师演示。
明确实验时应注意的问题：
（1）纸拱形状变化到什么程度我们认为它不能再承重了？
（2）最后如何计算纸拱承受了几个垫圈？
4.小组为单位做纸拱并测试纸拱最多可以承受几个垫圈的重力。
要求学生：细心观察在放垫圈的过程中拱的形状发生了怎样的变化？
5.生实验。
6.生汇报交流实验结果。
纸拱受压时拱足向两边推开。压力大拱足向两边移动的距离更大了。
三、使拱形承受更大的压力
1.何让纸拱承受更大的压力？
2.生谈自己的想法。
预设1：把纸拱的下面放一个支撑物。
预设2：把拱足粘住。
预设3：抵住拱足。
3.提出问题：用物体抵住拱足能不能增强纸拱的承重能力？想怎么做？
4.学生小组讨论，制定实验方案。
5.如何让我们得到的实验结论更科学？在实验时我们还应注意些什么？
6.学生汇报交流实验方案。
7.教师出示实验建议。（根据学生的建议情况加以补充）
8.分组实验（教师巡视指导）。
9.学生汇总数据（木块数、承受垫圈数）。分析：
（1）整体观察数据，对比拱足被抵住前后数据的变化，得出结论。
用物体抵住拱足能增强纸拱的承重力。
（2）观察每个小组的数据，还有什么新发现？
抵住拱足的木块数越多，能承受的垫片就越多。
10.为什么抵住拱足能增强纸拱的承重力？
11.学生尝试解释。
12.教师引导分析：垫片在拱顶的压力是向下的，而产生让“拱足”向两边外推的力，这个外推的力是怎么来的？
13.学生谈自己的想法。
预设4：压力可以向各个方向传递。
预设5：向下的压力可以向两边传递。
14.出示课件小结：拱形承载重量时，能把压力向下向外传递给相邻的部分，产生外推力。向下压的力传向两边，所以，“拱足”才会向两边移。抵住这个外推力它就能承受更大的压力。
15.讨论：只要无限的增加两侧抵住拱足的木块，拱形的承重力是否也会无限的增加？
四、搭建一个瓜皮拱
1.谈话：老师带来特殊材料的拱：（西瓜）挑战承重力。承载重物----钩码。
2.各组领取材料，进行活动。
3.3分钟检查成果。
4.优胜的小组谈成功的经验。
五、长寿的石拱桥
1.出示课件：赵州桥。介绍：赵州桥建于隋代由著名匠师李春设计和建造，距今已有1400年的历史……
提问：观察它的设计你有什么发现？
2.学生利用本课研究结果对其进行解释。
六、拓展延伸
我们的古代人民就利用聪明才智巧妙的利用了拱形的力量，作为更富有创造精神的现代人在我们的生活中又是如何利用拱形的呢？请大家课后收集生活中见到的拱形，并将它们记录下来。
教学反思
《拱形的力量》一课的教学重点是：弄清拱形可以向下和向外传递承受的压力，设法保持拱形的形状，使它承受更大的压力。教学难点是：理解拱的受力原理和如何更好地发挥出拱的受力特点。我对本节课的教学流程作了如下处理：①激趣导入，引出问题。②大胆假设，自主探究。③总体评价，归纳小结。④探究活动延伸。这样处理符合认识论过程和科学探究的要求，既体现了“从生活走向科学，从科学走向社会”，又“注意科学探究，提倡学习方式的多样化”，使课程结构自然流畅，学生易于接受。从提出问题走进探究，在做中学，又带着问题走向生活、社会，把探究的空间拓展到课外，拓展到了日常生活。让学生能够边实验边思考，逐步深入地研究一个问题。能根据观察到的拱形产生的形变来推想它受力的状况。学生在实验探究活动中，如何进行实验，如何分工合作，如何处理数据，实验中出现与探究课题不同或与生活常识有矛盾的问题，应如何对待，也需在实验探究过程中引导学生正确处理，并鼓励学生大胆尝试。培养学生实验动手能力的方法，一是让学生在实际操作中逐渐提高；二是教师在实验过程中给予恰当指导。
首先，通过观察教师搭建纸拱，学生明确了什么是“拱顶”、什么是“拱足”，师生共同确定了纸拱“塌”了的标准和纸拱承载垫圈数的计算方法，为下面的教学奠定了基础，同时也使后面的教学降低了难度。此时，如何保持拱形这一形状，成为学生关注的关键。学生回顾纸拱垮塌时拱顶是向下的、拱足是向外推的，发现拱形是将压力向下和向外传递的。这时，我很自然的追问：怎样保持形状尽量不变呢？从拱下和拱足的外侧抵住这个力就被全班同学所猜到。但从拱下抵住又不是原来的拱形了，所以需要验证——抵住拱足，纸拱的承载能力会增加的猜测。本环节采用开放式教学，学生用自己想到的抵住拱足的方法验证。有的用手，有的用书，有的用笔袋，结果发现不管用什么方法抵住拱足，纸拱承载的垫圈数都增加了，猜测得到了肯定。其次，抵住拱足，纸拱的承载能力会增加的试验过程中，同样需要学生关注纸拱的形状变化过程，从而发现仅仅是抵住拱足还不行，还要加高拱足两侧物体的高度。因此，经历再次的探究过程——拱足两侧的物体高度增加，纸拱的承载能力会更强。这是一个典型的对比实验。考虑到学生的掌握情况不好确定，因此安排了一个讨论实验方案的环节，学生汇报说不出的，我做了补充。这样学生即得到了锻炼，也完善了实验计划。同学们的有根据的猜测，再一次得到了肯定。到此并没有结束。为什么“拱足两侧的物体高度增加，纸拱的承载能力会更强？”问题的抛出，才是关键。学生尝试解释：由于我们抵住它了变形，抵住它向外的力。我再将拱形承重的秘密作以完整的诠释，加深理解。
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