資源簡介

2021年新蘇教版科學五年級上冊教材分析
專項學習
像工程師那樣……
一、設計意圖
1.主題的提出
科學學習不僅包括科學知識的學習，還包括科學方法與技能的學習。科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的思維方式和行為方式。在小學科學課程中，存在著科學探究與工程實踐兩類活動，它們看似有不少相同之處，如都要運用科學、數學知識，都要做實驗、分析數據……但兩者還是有很大區別，他們相互聯系又相互區別，具有同等重要的地位和作用。由此看來，區分這兩類方法并建立與其相對應的能力訓練體系是必不可少的。基于此，本套教材在每冊設計了專項學習的主題，讓學生在做項目的過程中接受專門的、整體的、系統的工程實踐與科學探究能力訓練。
依據學生的特點，全套教材共設置12個專項學習板塊，上冊均為指向工程實踐的“像工程師那樣……”，下冊均為指向科學探究的“像科學家那樣……”。兩大板塊各有側重，均從一年級至六年級螺旋上升，旨在讓學生經歷一次次豐富而完整的科學(工程)活動過程，提升科學(工程)素養，強化科學(工程)思維，獲得運用知識解決問題的能力，培養系統地、創造性地解決問題的思維習慣。
“像工程師那樣……”，依據小學科學課程內容標準“技術與工程”領域的內容，強調運用科學、數學和技術領域的概念來系統解決真實情境中有意義的、復雜的問題，同時為高階思維的養成提供機會。這樣的學習可以使學生有機會綜合所學的各方面知識，體驗科學技術對個人生活和社會發展的影響，使學生體會到“做”的成功與樂趣，養成通過“動手做”解決問題的習慣。
本冊教材關于工程實踐專項學習的主題是“設計并制作一個降落傘，保護雞蛋平穩降落”。通過這樣一個任務，讓學生學會用簡單明了的方法界定出任務的具體要求和限制條件。在此基礎上，通過文獻檢索與探究實驗相結合的方式進行前期研究，探究傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩根數及長短與下降速度之間的關系。在此基礎上設計解決問題的方案。之后依據設計方案選擇合適的材料，制作等比例縮小的實物模型，并通過測試，從材料選擇的合理性、制作技術的可操作性、產品的實用性等方面進行分析，將測試得到的信息與任務要求進行對比，分析設計上為什么不足，以此改進完善自己的作品，最后以多種形式和同伴互相展示交流自己的作品。從工程實踐能力培養的角度來看，本冊著重指導四個主要環節——明確問題、前期研究、制作模型和測試改進，讓學生有針對性地經歷工程實踐活動的完整過程。
2.對《課程標準》的落實
《課程標準》中將“科學、技術、社會與環境”作為科學課程目標中一個重要的方面，并提出了相關總目標和學段目標。“技術與工程領域”為小學科學課程內容四大領域之一，是讓學生運用數學、科學和技術領域的概念來解決真實世界中有意義的問題。教材將工程實踐作為上冊的專項學習，以落實上述要求。
《課程標準》中提出工程設計的基本步驟為“明確問題、確定方案、設計制作、改進完善”。在查閱資料和本土實踐研究的基礎上，教材將工程實踐細化為六個要素，即明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流，并以此為主線，貫穿在包含本活動在內的每個“像工程師那樣”的工程實踐專項學習中。
3.在整套教材中的地位
正如三、四年級教材中介紹過的那樣，進入中高年級后，我們將工程實踐細化為六個步驟：明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流，讓學生經歷工程活動的完整過程。其中的前期研究、設計方案、制作模型、測試改進是由低年級第一階段的設計制作環節擴展出來的。
本冊的專項學習讓學生親歷工程活動的六個完整環節，并抓住其中的四個環節——明確問題、前期研究、制作模型、測試改進進行重點指導。隨著年級的上升，這些要素的指導要點呈現螺旋上升的特點。明確問題環節：三年級需要學生明確工程任務是什么。五年級則強調用簡單明了的方式界定出任務的具體要求與限制條件。前期研究環節：在四年級強調羅列出可能遇到的問題的基礎上，五年級突出將查閱文獻與探究實驗相結合，探究傘面材料、傘面大小、傘面形狀、傘繩根數及長短與下降速度之間的關系。制作模型環節：四年級重點指導確定模型的大小、選擇合適的材料和工具。五年級強調依照設計方案、根據實際需要制作等比縮小的實物模型。測試改進環節：三年級需要學生討論測試方法，進行多次測試。五年級進一步細化要求，強調進行反復多次的測試，根據測試結果來判斷是否達到任務要求，對不符合要求的進行思考及改進，進一步強調迭代的工程思想。
低年級
中高年級
4.次級主題的構成及邏輯關系
本冊專項學習主要由兩部分組成。第一部分認識不同領域的工程師通力合作，才可能使一項工程圓滿完成。三年級認識了不同領域和類型的工程師，四年級總結了不同類型工程師的共同素養，本冊教材在此基礎上，通過列舉的方法，介紹隨著現代科學研究的分支越來越細，一個人掌握的知識、技能很難滿足一項工程的全部需要，因此就需要不同領域工程師的通力合作，體會合作的重要性。第二部分從學生了解的救災情境出發，將“定點投放物資”的情境帶入課堂，提出了“設計并制作一個降落傘，保護雞蛋平穩降落”的任務，通過明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進，最終向同伴展示交流。像工程師一樣，經歷一個完整的工程活動過程。
在明確問題環節，強調用簡潔明了的方式界定和分析任務；在前期研究環節，強調用做實驗的方法研究“降落傘下降的快慢與什么因素有關”；在制作模型環節，強調制作一個外觀、結構、功能方面和產品一致的等比例縮小的模型的意義；在測試改進環節，學會從材料的合理性、技術的可操作性、產品的實用性等方面進行評估與思考。
二、教學目標
動手動腦，選擇合適的材料，設計并制作出滿足需求的降落傘，并向同伴展示交流。
能夠明確工程任務，經歷工程實踐活動的過程，重點領會明確問題、前期研究、制作模型、測試改進四個環節的基本方法。
通過列舉，體會合作在完成一項工程項目中的重要意義。
三、活動框架
四、課時建議等
1.課時建議：2~3個課時。
2.重點與難點
重點：在制作降落傘的完整過程中，領會明確問題、前期研究、制作模型和測試改進的基本方法。
難點：對測試的結果進行合理的分析與思考，進行改進的迭代過程。
3.教學準備
教師材料：教學課件。
學生分組材料：傘面材料(棉布、厚塑料袋、薄塑料袋)、傘繩材料(棉線、麻繩)、編織好的網袋、熟雞蛋若干、秒表、直尺、剪刀、膠帶。
五、參考資料
降落傘的工作原理
降落傘是利用空氣阻力使人或物體減速從空中安全降落到地面的可展式氣動力減速器。氣動力減速器泛指可折疊或收攏，工作時能展開增大迎風面積產生氣動力作用，使與其相連的物體減速或穩定的裝置。
在空中運動的物體，受到空氣的阻力，在空氣中如果速度低于2.5M(馬赫)，基本上認為其阻力f與阻力系數K傘的面積S速度成正比(f=ksv)，這時k一般可取為2.937。當其在空氣中如果速度高于2.5M(馬赫)，由于空氣的摩擦，開始出現氣動加熱現象。其空氣阻力可視為f=(1/2)CρSV^2。
降落傘的用途
降落傘俗稱“保險傘”。降落傘廣泛用于航空航天領域，主要用途是：
(1)應急救生。主要用于飛機失事時拯救飛行員的性命。
(2)穩定作用。保持飛機彈射椅的姿態穩定，空中加油機的加油器穩定。
(3)減速作用。飛機著陸時的剎車減速以及各種航彈傘的滯空減速。降落傘能使飛機著陸滑行由2000多米縮短至800~900米。
(4)回收作用。用于飛機器的空中回收，諸如無人駕駛飛機、試驗導彈、運載火箭助推器、高速探測器以及返回式航天飛行器的回收等。還有宇宙飛船和熱氣球探測器上設備的回收。
(5)空降空投。空降兵空降，以及各種物資和武器的空投。
(6)航空運動。如空中跳傘、山坡滑翔、懸掛翼滑翔、動力飛行、牽引升空等運動。
各種類型的降落傘
救生傘
它包括座椅穩定傘和救生傘，是用于拯救應急離機的飛行員生命的救生工具。這種傘用的紡織材料除必須符合一般降落傘性能外，還應具有輕薄、柔軟性好、斷裂功大、抗撕裂強度和抗拉斷強度大、透氣性好、防灼傷性好、抗老化性能好等特性。
傘兵傘
這是空降兵進行空投作戰與跳傘訓練時的穩定減速工具。它是人用傘中攜帶重量最重的一種降落傘，除人體重量外，還需要攜帶一定的武器裝備。這種傘要求具備安全可靠、適合大負荷和密集跳傘，以及一定的保護色的特點。這種傘要求材料具有足夠的強度，傘衣的透氣性要適當，傘衣的鼓風袋應采用輕盈、彈性和飄浮性好、比強度高的紡織材料。
阻力傘
這種傘專門用于飛機著陸時配合其他剎車裝置，可縮短滑跑距離。這種傘的特點是動載大、體積小、質量輕、多次使用、使用環境條件差和耐高溫，因此所使用的紡織材料要能經受在粗糙跑道上的拖拉、磨損，斷裂強度要大，經多次使用仍能經受較大的開傘沖擊，要有良好的耐熱性和防灼性，以及較高的抗環境老化性能等。
航彈傘
它是空投各種航空彈的降落傘的總稱。航彈傘必須保證安全可靠、航彈離機穩定性好并有一定的空中滯留時間，達到戰術的要求。開傘動載不超過航彈結構及其儀器儀表允許的承受能力，傘的重量和體積盡量小，有良好的防霉和防潮性。對傘衣織物則要求達到斷裂強度、斷裂伸長、透氣量和質量等指標，以及對環境的適應性、耐化學藥物性、抗老化性、縫紉性、耐壓性、復原能力和阻燃性。
投物傘
這是用于空投物資裝備用的降落傘。空投的物資多種多樣，其重量差異大，大的物品如卡車、大炮、坦克等。因此，傘用紡織材料要求強度高、重量輕、彈性好，具有良好的化學穩定性、抗老化性、耐磨性、防灼性、縫紉性和包裝折疊性等。
回收傘
回收傘的作用是保證回收物在完成飛行任務后能安全地回到地面。除一般降落傘必須具有的減速、穩定和可靠安全著陸等要求外，還要求解決大過載、氣動熱、粒子輻射、包裝容積的限制等問題。因此，對降落傘所用紡織材料的比強度、耐高溫、耐輻射性能等方面有特殊的要求，特別是耐高溫性能。火箭飛行高度為126千米，箭頭回收傘開傘高度為66千米，開傘速度達到1100米/秒，為了使降落傘能在火箭、導彈、宇宙飛船等航天器回收中得到應用，必須提高傘衣的耐熱性，常用高熔點聚合纖維織物、金屬纖維織物、陶瓷纖維織物等。

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