資源簡介

2022年新蘇教版科學五年級下冊教材分析
第四單元 簡單機械
單元設計意圖
1.本單元主題的提出
在工業化社會中，大到國家重大工程，小到家庭生活用品，機械無處不在。機械產品是科技不斷進步的成果，也是人類智慧的結晶。理解簡單機械的工作原理，學會使用簡單機械，甚至創造性使用身邊的材料制造簡單機械，都是現代公民應該具有的素養。學習簡單機械單元的內容，就是為學生們未來的生活奠定基礎，讓他們成為未來生活的改善者和創造者。
對于學生而言，他們對機械的認識基本上集中于那些大型的機器，如挖土機、吊車等，而生活中的門把手、撬棍等，他們并不認為是機械;他們知道這些工具在生活中被廣泛運用，但為什么在不同的場合要用不同的工具，其中都有什么科學原理，并沒有基本的認識;在二年級時他們運用工具，擰過螺絲、做過小板凳，但對屬于簡單機械的這些工具省力的原理認識不足，尤其對生活現象背后的原因缺少認知和思考能力。本單元的內容是對低年級學習內容的深化，并引導學生觀察和思考生活中簡單機械的應用及蘊含的科學原理。
此外，本單元的教學主題的設立與安排，不僅是教材內容螺旋式上升的一個重要組成部分，還是學生知識建構與能力培養的有機載體。學生參與這一主題內容的學習，特別是本單元的系列研究活動，如探究杠桿的秘密、研究輪軸在什么情況下更省力、研究用定滑輪和動滑輪提升物體時是否省力、研究拉小車的力與斜面坡度大小的關系，將為中學的物理學習奠定基礎，同時提升學生的探究能力和思維水平。
2.本單元對《課程標準》的落實
(1)本單元通過一系列實驗操作、體驗、設計等活動，落實《課程標準》高年段的課程目標。
科學知識：
了解科學技術推動著人類社會的發展和文明進程。
科學探究：
能基于所學的知識，制訂比較完整的探究計劃，初步具備實驗設計的能力和控制變量的意識，并能設計單一變量的實驗方案。
能基于所學的知識，運用分析、比較、推理、概括等方法得出科學探究的結論，判斷結論與假設是否一致。
科學態度：
表現出對事物的結構、功能、變化及相互關系進行科學探究的興趣。
科學、技術、社會與環境：
了解人類的好奇和社會的需求是科學技術發展的動力，技術的發展和應用影響著社會發展。
(2)本單元學習內容基于《課程標準》課程內容中“技術與工程領域”的高年段要求。
16.2工程和技術產品改變了人們的生產和生活。
知道重大的發明和技術會給人類社會發展帶來的深遠影響和變化。
17.3工具是一種物化的技術。
知道完成某些任務需要特定的工具。
知道杠桿、滑輪、輪軸、斜面等是常見的簡單機械。
使用杠桿、滑輪、輪軸、斜面等簡單機械解決生活中的實際問題。
3.本單元在整套教材中與其他單元的關系
4.本單元次級主題的構成及邏輯關系
本單元圍繞簡單機械展開，選取了生活中比較常見且應用廣泛的四種簡單機械——杠桿、輪軸、滑輪、斜面為次級主題，設置了《撬重物的竅門》《擰螺絲的學問》《升旗的方法》《斜坡的啟示》四課。
從杠桿、輪軸、滑輪、斜面的特征來看，輪軸、滑輪屬于杠桿類機械，其本質為杠桿的變形，可將這四種簡單機械劃分為兩組，即杠桿、輪軸、滑輪為一組，斜面為一組。因此，本單元的四課也可分為并列的兩個部分，其中，《撬重物的竅門》《擰螺絲的學問》《升旗的方法》為第一部分，《斜坡的啟示》為第二部分。在第一部分中，《擰螺絲的學問》和《升旗的方法》分別與第一課《撬重物的竅門》成遞進關系。
從教材內容的編排來看，由于《課程標準》沒有要求落實杠桿類機械之間的關聯，且將杠桿、滑輪、輪軸、斜面作為并列的簡單機械，故遵照《課程標準》要求，從小學科學的教學出發，也可將本單元的四課視作并列關系。
單元教學目標
認識常見的簡單機械——杠桿、滑輪、輪軸、斜面的結構特征。
通過探究實驗，了解不同的簡單機械在什么情況下省力。
能夠辨別生活中的簡單機械，會使用一些簡單機械。
在組裝、制作簡單機械的過程中，感受技術發展對社會和生活的影響。
單元活動框架
課時建議
序號 課題 課時
1 撬重物的竅門 1
2 擰螺絲的學問 1
3 升旗的方法 1
4 斜坡的啟示 1
總課時 4
第13課 撬重物的竅門
1.教學內容
本課以撬動重物為導引，遞進式地安排了五個部分的學習內容。
第一部分，認識杠桿的結構特點。從比較抬起重物的不同方法中，發現用支撐物墊著的木棍容易抬起重物，引導學生認識什么是杠桿。然后，教材采用描述性的語言“像這種……叫作杠桿”“它包括……”來介紹杠桿的特點，讓學生獲得直觀的認識。
第二部分，用平衡尺研究杠桿。用平衡尺代表杠桿，通過研究平衡尺在什么情況下能夠保持平衡，發現支點的位置對所需用力大小的影響。
第三部分，應用研究成果。此部分包括兩個活動：解釋現象和解決問題。解釋現象的內容為辨析哪些是省力杠桿，哪些是費力杠桿;解決問題的內容為分析玩蹺蹺板時的具體情況，找出可行的平衡方法。
第四部分，做小桿秤。教材出示了小桿秤的組成部分和怎樣用小桿秤稱重的圖片，指導學生模仿樣品進行制作，并解釋其中的原理。
第五部分，閱讀介紹阿基米德與杠桿的資料，了解阿基米德在說明杠桿原理方面所作的貢獻。
2.教學目標
通過比較和閱讀，認識杠桿的結構，發現用杠桿撬起重物可以省力。
通過利用平衡尺研究杠桿，了解杠桿撬起重物省力的原因。
通過辨析生活中的杠桿，了解杠桿有省力的、費力的，以及為什么要用到費力的杠桿。
會做小桿秤并知道小桿秤稱重物的原理。
3.重點與難點
重點：用平衡尺研究杠桿。
難點：將平衡尺平衡的秘密與用杠桿撬起重物建立對應關系。
4.教學準備
教師材料：使用杠桿的圖片或視頻。
學生分組材料：平衡尺、鉤碼、桿秤制作材料。
第14課 擰螺絲的學問
1.教學內容
輪軸從杠桿轉化而來，研究的內容從剪刀、螺絲刀、蹺蹺板變成了用鑰匙擰開的門鎖、門把手、提水的轆轤、內六角扳手，具有了別樣的形態和使用方法。本課教學內容分四部分。
第一部分，介紹輪軸的結構。教材先選擇生活中最常見的螺絲刀和方向盤，引導學生認識輪軸的結構，說明輪軸的存在。在此基礎上，通過具體事例辨析輪軸的兩個部分，讓學生尋找削筆器、門把手、水龍頭哪部分是輪，哪部分是軸，將學生的視角從物體導向具體部位。
第二部分，研究輪軸在什么情況下更省力。引導學生分兩個步驟進行實驗，即：在軸上鉤碼不變的情況下，在輪上掛幾個鉤碼可以使輪軸保持平衡;換更大的輪后，所掛鉤碼的個數是否有變化，使學生懂得在輪上用力省力，還是在軸上用力省力。
第三部分，認識各種各樣的輪軸。觀察多種輪軸及其使用的相關圖片，分析其使用原理，懂得如何使用這些輪軸。
第四部分，了解科學史。閱讀《天工開物》中關于輪軸的記載，了解使用輪軸工具的歷史，且有些目前還在使用，說明這些發明創造推動了技術和社會的發展。
2.教學目標
在比較中認識輪軸裝置的結構特點。
通過實驗，發現施加在輪上和軸上的力的不同作用效果。
了解輪軸在生活中的應用并能分析出其原理。
知道輪軸的應用對生產發展的價值。
3.重點與難點
重點：研究輪軸在什么情況下更省力。
難點：分析在軸上用力的輪軸的好處。
4.教學準備
教師材料：使用輪軸的圖片或視頻。
學生分組材料：螺絲刀手柄、螺絲刀、內六角螺絲、內六角扳手、木板(含配套內六角螺絲孔一個)、輪軸實驗裝置、竹蜻蜓。
第15課 升旗的方法
1.教學內容
本課引導學生認識另一種簡單機械——滑輪的結構及作用，分三個部分展開學習內容。
第一部分，通過升國旗活動，讓學生思考為什么國旗能輕松升上去，旗桿頂端有一種什么樣的構造，引發學生的探究興趣。
第二部分，出示滑輪實物，讓學生在仔細觀察的基礎上，認識滑輪的組成部分及其作用;通過兩幅滑輪使用時的不同狀態圖，引出定滑輪與動滑輪的概念，指導學生了解定滑輪與動滑輪的特點及異同。
第三部分，動手組裝定滑輪和動滑輪，并研究用它們提升物體時是否省力，發現定滑輪與動滑輪的不同作用。
2.教學目標
認識滑輪的結構和作用。
知道滑輪的特征、分類及其異同。
能夠通過組裝滑輪進行實驗，認識兩種滑輪的不同作用。
能說出生活中一些利用滑輪的實例。
3.重點與難點
重點：分辨不同滑輪的用力方向與作用。
難點：組裝滑輪裝置。
4.教學準備
教師材料：滑輪使用的圖片和視頻。
學生分組材料：定滑輪、動滑輪、彈簧測力計、棉線若干。
第16課 斜坡的啟示
1.教學內容
與前三課一樣，本課依然采用從生活經驗入手的方法，分四個部分展開教學內容。
第一部分，說明斜面的存在價值。教材首先引導學生針對兩幅圖片表達的情境，引導學生思考怎樣解決搬動重物費力的問題，然后指引學生觀察古人搬運建造金字塔巨石的工作場景圖，引導學生比照搬運困難與解決方法，發現斜面的存在價值，最后用圖文結合的方法介紹了什么是斜面以及它的作用。
第二部分，探究拉小車的力與斜面坡度大小的關系。通過用彈簧測力計測量豎直提起小車的拉力，再測量沿著斜面拉小車的拉力，發現斜坡省力的奧秘，加深對斜面作用的認識。
第三部分，認識斜面原理的應用。教材展現了斜面的兩種變形：螺旋和盤山公路，并引導學生思考它們與斜面的關系。為了幫助學生理解斜面的變形，教材用直角三角形紙片纏繞鉛筆來進行直觀表現，幫助學生理解變形斜面的來由。
第四部分，找自行車上的簡單機械。這一部分不僅與斜面有關，還是本單元的概括和總結。在此，教材首先說明杠桿、輪軸、滑輪、斜面都屬于簡單機械，都能減輕勞動強度，然后引導學生分析自行車包含的簡單機械，并說明其各自的作用。
2.教學目標
知道斜面是簡單機械，斜面可以省力。
借助對比實驗發現斜面的省力程度與斜面坡度大小之間的關系。
能夠發現生活中的斜面，能夠借助斜面解決生活中的問題。
知道哪些屬于簡單機械及簡單機械的作用在于減輕勞動強度，提高工作效率。
3.重點與難點
重點：發現斜面的省力程度與斜面坡度大小之間的關系。
難點：理解斜面的變形。
4.教學準備
教師材料：使用斜面的視頻。
學生分組材料：小車、彈簧測力計、斜面木板、書本、三角形的紙、螺絲、剪刀、鉛筆。
參考資料
簡單機械
簡單機械是人類使用工具中最基本的機械，是機械的重要組成部分。在人類最早期的偉大發明發現中，對工具、火與語言的掌握，使得人類最終從一般動物中脫離出來。簡單機械則是人類在改造自然過程中運用機械工具的智慧結晶，減輕了勞動強度，提高了工作效率。
杠桿
杠桿是一個在力的作用下能繞著固定點轉動的桿。繞著轉動的固定點叫支點，動力的作用點叫動力點，阻力的作用點叫阻力點。
杠桿的支點、動力點、阻力點并不一定在固定的位置，可以發生變化，如剪刀(支點在中間)、鍘刀(阻力點在中間)、鑷子(動力點在中間)等。根據F1×L1=F2×L2，杠桿可以分為三類：若L1=L2，則F1=F2，這種杠桿叫作等臂杠桿;若L1>L2，則F1F2，這種杠桿叫作費力杠桿。等臂杠桿既不能省力，也不能省距離，如天平、蹺蹺板等;省力杠桿在省力的同時費距離，如撬棒、羊角錘、開瓶器、核桃夾等;費力杠桿不能省力，但能省距離，如筷子、釣魚竿、鑷子、食品夾等。
滑輪
典型的滑輪是可以繞著中心軸旋轉的圓輪。圓輪的圓周面具有凹槽，將繩索纏繞于凹槽，用力牽拉繩索兩端的任一端，則繩索與圓輪之間的摩擦力會促使圓輪繞著中心軸旋轉。滑輪實際上是變形的、能轉動的杠桿。
滑輪主要的功能是牽拉負載、改變施力方向、傳輸功率等。多個滑輪共同組成的機械稱為滑輪組。滑輪組的機械效率較大，可以牽拉較重的負載。滑輪也可以成為鏈傳動或帶傳動的組件，將功率從一個旋轉軸傳輸到另一個旋轉軸。
輪軸
輪軸是由輪和軸組成，能繞共同軸線旋轉的機械。輪軸的實質是能夠連續旋轉的杠桿，支點就在軸線，輪軸在轉動時輪與軸有相同的轉速，輪和軸是同心圓。輪半徑和軸半徑的差距越大越省力，但是越費距離。
在使用輪軸的過程中，由于輪半徑大于軸半徑，當動力作用于輪上時，輪軸為省力費距離杠桿，如轆轤、石磨、卷揚機等;當動力作用于軸上時，輪軸為費力省距離杠桿，如汽車的后軸帶動車輪，后軸轉動一小圈，帶動后輪轉動一大圈。
斜面
斜面可用于克服垂直提升重物的困難，省力但費距離。斜面與水平面的傾角越小，則越省力。斜面的優點是能夠將物體以相對較小的力從低處提升至高處，帶來的問題是提升物體的路徑長度也會增加。
《天工開物》
《天工開物》由明代宋應星初刊于1637年，共三卷十八篇，全書收錄了各種農業、手工業生產技術，諸如機械、磚瓦、陶瓷、硫黃、燭、紙、兵器、火藥、紡織、染色、制鹽、采煤、榨油等。
《天工開物》是世界上第一部關于農業和手工業的綜合性著作，是中國古代一部綜合性的科學技術著作，有人也稱它是一部百科全書式的著作，外國學者稱它為“中國17世紀的工藝百科全書”。
明代是中國古代農業、手工業、商業都比較發達的時期。由于商品經濟的發展，明代中期后，部分地區不少行業出現了資本主義萌芽。作者在書中強調人類要和自然相協調、人力要與自然力相配合。它是中國科技史料中保留最為豐富的一部，它更多地著眼于手工業，反映了中國明代末年出現資本主義萌芽時期的生產力狀況。

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