【教材简析】

本课重点聚焦工程设计这一核心内容。由于学习内容和学习方式主要以小组讨论、交流、设计为主，教科书的编写体例不再沿用四个板块的模式，而是以工程建设的基本程序展开。

教科书对塔台模型的设计提出了明确的要求，提供了材料清单及评价表。一方面指导学生设计方向，另一方面指导学生利用评价表来规范设计方案。学生制订方案时，可以利用教科书呈现的五个问题展开思考，全面而细致地考虑设计问题，尽可能设计出优质的塔台模型方案。

本课的模型设计是对上一课“标书”的具体化，并且下一课建造模型要完全遵照本课的设计图纸实施，单元结束课也要针对本课设计的不足进行改进。所以，本课的学习内容在单元中具有十分重要的作用。

【学生分析】

学生在之前工程类课程学习中，很少有如此全面的设计活动。虽然本课为学生设计塔台模型提供了必要的支持，但是对于学生来说仍然具有挑战性，学生要经历多维度的思考与权衡，最终整合出最为合适的设计方案。在这一科学实践活动过程中，需要学生在积极思考的基础上，注重小组交流合作，整合小组成员的想法。生生之间相互借鉴补充，培养学生合作交流的重要能力。学生在本单元前三课已经有了初步的合作，在此基础上教师要进一步创设情境，适时指导学生学会合作、学会交流，培养相互合作的能力和习惯。

【教学目标】

科学概念目标

1.工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及之间的关联。

2.工程设计中蕴含着一定的科学知识。

科学探究目标

1.能根据建造塔台的具体任务，综合考虑相关因素，制订出建造方案。

2.能根据限制条件设计出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。

3.能深入思考，发现并解决设计中的难点问题。

4.能反思自己的设计，不断改进。

科学态度目标

1.对工程设计抱有极强的兴趣。

2.愿意与小组成员合作、交流，共同完成设计任务。

3.具有反思意识，能听取同学意见并不断改进自己的设计。

科学、技术、社会与环境目标

感受到科学知识对设计好塔台的重要作用。

【教学重难点】

重点：认识并理解工程设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各个因素及其之间的关联。

难点：能根据建造塔台的具体任务，综合考虑相关因素，在限制条件下设计出符合要求的塔台模型，并能用文字和绘图的方式表达创意。

【教学准备】

为学生准备：塔台标书、学生活动手册、记录表。

教师准备：班级记录表、评价表、三角形与正方形的框架实物、建筑物图片、铁塔图片、教学课件。

【教学过程】

一、聚焦

（一）展示多种模型，明确模型意义

1.教师出示教科书塔台图片和设计模型对比图，让学生观察。

2.教师引导：大家知道在工程设计中制作模型的作用和意义吗？

3.学生讨论交流。

4.小结：设计制作模型能够呈现工程师的设计，要针对设计进行测试、评估、改进，直至符合建设要求，因此制作模型在工程设计中具有不可替代的重要作用。

（二）创设情境，聚焦任务

谈话：我们从今天开始，一起像工程师一样，来设计、制作、测试、评估、改进塔台模型，经历建造塔台的过程。

设计意图：学生通过观察模型和工程成果的对比案例，初步了解模型的重要价值。通过交流分析后深入理解模型在设计中的作用，增强学习动机。

二、任务

（一）明确工程要求

1.教师出示教科书中建造塔台的要求。

提问：我们要做一个什么样的塔台？我们一起来看看学校对建造塔台有什么要求。教师提示学生阅读教科书中要求。

2.学生阅读并明确教科书中要求。

学生自主阅读要求材料后全班进行总结交流。教师引导学生进行分析，找出其中的关键内容，汇总出工程要求的关键点：①塔台高度60厘米。②底部能够移动。③坚固并有承重能力。④具有抗风抗震能力。⑤节省材料。⑥美观。

教师提示：设计作品的关键是达到坚固、美观、价廉的平衡。

教师提出对于设计图纸和设计活动的要求：①设计图纸清楚明了，有条理，表达方式全面，有文字、图画、数字、标记等。②小组分工明确、系统，有序开展设计活动。

3.分析工程要求的层次。

教师引导：我们面临的工程任务的要求，哪些是必须达到的？哪些是重点考虑的？哪些是均衡整合考虑完成的？

学生交流分析，总结得出工程设计活动的三个层次。

（1）高度、安全、承重是必须要达到的要求。

（2）底部能够移动、具有抗风抗震能力、坚固耐用是重点考虑的要求。

（3）成本、美观、设计方式、分工等是均衡整合考虑完成的要求。

（二）确定选取材料

教师出示教科书内容，配合课件展示材料选取要求。展示材料实物，学生观察材料，准备开展设计活动。

（三）阅读塔台模型制作评价表

1.教师引导：我们来阅读教科书中的塔台模型制作评价表。

2.学生阅读后结合工程要求，了解细化评价标准和相应分值，明确塔台模型设计具体要求。

设计意图：学生在认识工程任务中注重理解工程任务的层次，有些是必须完成的工程要求，有些是重点考虑的要求，有些是均衡整合考虑完成的要求。学生在理解以上内容的基础上才能更好地进行塔台模型的设计。

三、制订方案

（一）依据评价表思考问题

教师利用教学课件出示教科书中的5个问题，并引导学生思考。

1.为了尽可能达到60厘米的塔高，你们的设计是如何考虑材料使用的？

2.哪些设计是为了稳固塔台模型？

教师出示正方形和三角形的教具，提问：你们觉得正方形和三角形哪个形状更稳定？

学生自由发言，教师进行演示实验，学生观察两个形状受力后的变化。教师请学生亲自感受体验，再次感受三角形的承重能力。

小结：三角形更加稳固，在塔台模型设计中我们要多设计三角形来保证塔台模型的稳固和承重能力。

3.如何保证塔台不倒下？如何保证塔台的倾斜角最小？

4.什么因素会导致塔台产生倾斜角？

5.如何保证塔台能抵御大风或一定级别的地震？

教师利用教学课件出示简单的抗震设计示意图，讲解抗震基本设计原理，与学生交流共同汇总三种抗震方法，供各小组在塔台模型设计中借鉴。

第一种：耐震，可以在塔台模型中加入大量三角形。

第二种：制震，可以在塔台模型底部加大面积或加大重量。

第三种：免震，可以在塔台模型底部加滚珠。

谈话：以上这些问题大家不用马上回答，各小组在设计中思考、交流、讨论，共同研究解决方案。

设计意图：这些问题的提出并不是要学生当时回答出来，而是为学生顺利进行设计活动进行提示。学生带着这些问题开展设计活动，评价表可以为学生的工程设计提供帮助和支持。

三角形的稳定性和承重能力是设计中要重点利用的科学知识。学生在设计要求驱动下，会主动参与学习，获取新知加以利用。通过观察稳定性和感受承重性两个实验，学生充分理解三角形的性质，对设计模型和制作模型活动都有非凡的价值。

关于建筑物如何抗震，教师要精选抗震设计示意图，既不能过于繁复，又不能简单无效。教师还要引导学生观察其相同点，共同总结出便于设计实施的方法有利于在现有条件下完成本单元工程任务。

（二）开展设计活动

1.出示教科书中的学生交流图。

教师利用多媒体课件出示教科书中的学生交流图，学生阅读对话框中的提示内容。

2.交流设计关键点。

学生进行全班交流，相互提示交流塔台模型设计的关键点。

3.小组设计塔台模型。

教师下发与活动手册相同的设计方案记录表，学生小组开展塔台模型设计活动。教师适时指导，随时提醒学生协同设计评价表中的各个项目，提示在设计塔台整体结构时多用三角形。

（三）展示设计成果

1.谈话：请各组成员一起来介绍、展示设计方案。同学们一起交流，各组讲解尽可能翔实、完整，这样更有利于相互理解、相互交流、相互帮助。

2.学生介绍设计方案，全班交流。

设计意图：学生动手设计之前做好充分准备，通过阅读教科书配图文字、全班相互提示后再进行小组合作设计，并在设计过程中时刻提醒学生关注重点。这样一方面保证学生设计目的准确，另一方面保证课堂教学效率。

四、研讨

（一）我们的设计方案完备吗？是否考虑到了各个因素？

在展示设计成果活动中，小组汇报后，教师提出此问题。组织小组间质疑、解释、交流、互动，帮助每一组反思自己的设计方案。

（二）我们的设计方案还有需要调整的地方吗？打算怎样进一步调整？

在展示设计成果活动中，在第一个问题研讨后，教师提出此问题。教师组织各小组寻找自己设计方案中的问题。学生借鉴其他小组设计方案的优秀经验，小组研讨解决方案，制订调整计划，及时整改设计方案，填补出现的漏洞和问题。