4.设计塔台模型【教材分析】一个“工程”建造的系统工程包括：明确任务—设计—建造（模型）—测试—评估—改进。从本课开始，学生的学习视角从对工程的整体认知转到到工程设计这一核心内容。与之相应，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。教科书一开始就提出“建立模型是工程设计中的重要环节，工程师常通过建立模型来测试他们的设计。”，明确建立模型的重要意义。随后，教科书对塔台模型的设计提出了明确的要求，同时提供材料清单以及评价表，一方面指导学生设计方向，另一方面从评估的角度利用评价表规范设计方案。此外，教科书提出了5个问题供学生制定方案时思考，引导学生全面细致地考虑设计问题，帮助学生突破技术难点，尽可能设计出符合要求的塔台模型方案。本课的内容是对上一节“标书”的具体化，聚焦塔台设计这个关键点来展开工程实践活动的。下一节建造塔台模型要依照本课的设计方案来实施，单元结束课也要对本课设计的不足进行改进。所以本课的内容在整个单元中起到很重要的承上启下作用。【学情分析】本单元的学习活动始终基于模型展开，有利于学生体会设计、建立模型在工程中的重要性。尽管本课为学生设计塔台模型提供了必要的支持，但对于学生来说依然具有挑战性，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，在设计思考过程中，学生将再一次感受到工程设计的复杂性。第一个挑战是设计图的绘制，学生的设计意识比较薄弱，对工程设计的要素接触较少，教师需要强调设计图纸的基本要求，如必要的文字、图形、数字等标注说明，及要绘制不同视角的设计图，全方位展现等。第二个挑战是技术难关的突破，如形状结构设计、稳定性、控制倾斜等，教师需要引导学生发现其中的科学知识，为模型设计奠定知识基础，同时理解“工程是运用科学和技术进行设计、解决实际问题和制造产品的活动”这一主要概念。【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，制定出建造方案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，能听取同学的意见并不断改进自己的设计。[科学、技术、社会与环境目标]1.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之间的关联[难点]能根据建造塔台的具体任务，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。【材料准备】[实验器材]设计图纸、评价表、三角形与正方形的框架实物、铅笔、尺子【教学过程】1.聚焦3
出示教科书塔台图片，让学生观察塔台的结构和形状。教师指出建立模型是工程设计中的重要环节，工程师通常通过建立模型来测试他们的设计。从这节课开始，我们也要像工程师一样，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]通过谈话的方式强调建立模型的重要性，明确本课的学习活动方向。同时指明本课之后的连续几课都是围绕建造塔台而开展模型的设计、制作、测试、评估、改进等一系列活动。教师通过引导学生观察真实塔台图片，让学生初步了解塔台的结构和形状。2、任务：设计塔台模型（1）明确任务要求和材料教师提问：学校给定了建造塔台的要求，我们能按照要求设计塔台吗？学生活动：阅读教科书中的要求。教师和学生共同总结设计要求：①设计图有图形、数字、文字、标志等细致说明；②塔台的高度为60厘米，底部不能站在桌面上；③稳固，具备一定的承重、抗风、抗震的能力；④价廉，尽量节省材料；⑤美观;⑥使用所给的材料。教师出示材料选取要求，展示材料实物：70根20厘米长的吸管、剪刀（1或2把）、胶带、尺子（1或2把）[设计意图]创设真实任务情景，同时明确塔台设计和设计图纸的具体要求，便于学生依照设计图纸建立出符合要求的塔台模型。教师还需提示学生高度、安全性、承重是必须达成的重要指标。（2）明确塔台模型评价标准学生阅读教科书中的塔台模型制作评价表，了解细化评价标准和相应分值。教师提问：我们有哪些相应的评分标准呢？引导学生再次明确塔台必须达到的限制条件，同时利用评价表的细节描述，为学生指明设计方向。[设计意图]评价表是学生进行塔台模型设计的重要帮手。评价表不仅整合了任务板块的所有要求，还进行了细化，帮助学生在设计过程中整合各项因素、达到要求的平衡点，体会工程设计的复杂性。3、制定方案（1）突破技术难点教师依次提出5个问题，并引导学生思考，学生进行小组研讨。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埃菲尔铁塔等塔台的图片，提问这些塔台设计有什么共同点？（学生发现塔台有很多三角形）教师出示三角形与正方形的框架实物，提问：那个形状更稳定？学生实验：用食指分别从两种形状物体上部中点往下压，感受对比它们的承受力，观察对比它们形状的改变。（发现三角形状抗压、稳固）[设计意图]从实物图片观察到模型实验感受，使学生理解三角形结构稳定的特征，后续应用这一科学发现到塔台模型设计中。在这一过程中，学生感受到工程中蕴含着科学原理，为制作模型打下良好的知识基础。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？[设计意图]问题③和问题④引导学生思考稳定性、倾斜角的问题，教师提示学生合理设计图纸，在塔台设计图的各个面上，标注面的大小，以此控制塔台的倾斜，以达到要求。学生进一步体会设计图纸中文字、数字、标志说明的重要性。⑤如何保证塔台能抵御大风或一定级别的地震教师出示抗震设计示意图，讲解三种抗震方法，并提示学生这些也算入材料成本项。学生分析交流、自由选择a.耐震：加大底部面积或加重底座重量3
b.制震：塔台底部加入弹簧c.免震：塔台底部加滚珠[设计意图]对于抗风、抗震这一技术难关，教师需要提供资料帮助学生理解不同的抗震方法及其原理，以便后续设计的顺利进行，同时让学生感受工程建设和科学技术之间的联系。（2）设计图纸教师提示学生阅读教科书上气泡图内的文字，学生思考交流设计的关键点，教师再次提醒设计图绘制的要求：有图形和文字标注、随时利用评价表明确设计标准。小组设计塔台模型。[设计意图]通过教科书上气泡图的提示语，使学生进一步了解到设计工作的重要性，体会工程中各个系统之间是相互影响、相互制约的。学生亲历在限制条件下进行设计的活动，感受工程设计的复杂性和重要性。（3）展示交流设计成果学生代表进行设计方案的讲解和展示，全班交流，教师提示学生的讲解尽可能详实、完整。[设计意图]通过展示交流活动，促使全班进行互评、互鉴。4、研讨教师提问：（1）我们的设计方案完备吗？是否考虑到了各个因素？（2）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？小组交流讨论，制定调整计划、改进设计方案。[设计意图]以上两个问题融合在展示设计成果中，通过问题（1）引导学生进行自查和互评，问题（2）引导学生发现问题并及时改进设计，各个小组可以互相补充、互相借鉴、各自完善设计方案。【教学后记】3
