資源簡介

義務教育課程標準實驗教材
教師教學用書
六年級上冊


目 錄
使用說明
教科書整體結構表
本冊教科書的教學目標與內容概要
主要材料清單
各單元說明與教學建議

工具和機械
一、單元概述
二、單元教學目標
三、分課時教學建議（背景和目標、教學準備、教科書說明、教學建議）
第1課 使用工具
第2課 杠桿的科學
第3課 杠桿類工具的研究
第4課 輪軸的秘密
第5課 定滑輪和動滑輪
第6課 滑輪組
第7課 斜面的作用
第8課 自行車上的簡單機械
四、評價建議
五、參考資料

形狀與結構
一、單元概述
二、單元教學目標
三、分課時教學建議（背景和目標、教學準備、教科書說明、教學建議）
第1課 抵抗彎曲
第2課 形狀與抗彎曲能力
第3課 拱形的力量
第4課 找拱形
第5課 做框架
第6課 建高塔
第7課 橋的形狀和結構
第8課 用紙造一座“橋”
四、評價建議
五、參考資料

能 量
一、單元概述
二、單元教學目標
三、分課時教學建議（背景和目標、教學準備、教科書說明、教學建議）
第1課 電和磁
第2課 電磁鐵
第3課 電磁鐵的磁力（一）
第4課 電磁鐵的磁力（二）
第5課 神奇的小電動機
第6課 電能和能量
第7課 電能從哪里來
第8課 能量與太陽
四、評價建議
五、參考資料

生物的多樣性
一、單元概述
二、單元教學目標
三、分課時教學建議（背景和目標、教學準備、教科書說明、教學建議）
第1課 校園生物大搜索
第2課 校園生物分布圖
第3課 多種多樣的植物
第4課 種類繁多的動物
第5課 相貌各異的我們
第6課 原來是相互關聯的
第7課 誰選擇了它們
第8課 生物多樣性的意義
四、評價建議
五、教學案例
六、參考資料


使用說明
與教科版科學教科書配套的《科學教師教學用書》是為切合教師教學的實際需要而編寫的，三至六年級共8冊。為了能清晰而簡明地表達課程設計的意圖，同時方便教師備課，我們設計了一些欄目和提供了相應的資源。
下面是與使用有關的幾點說明。
一、教師用書的體例和作用
本冊教科書的教學目標與內容概要
列寫本學期的主要教學內容和在學生科學素養培養方面希望達成的目標。為教師了解全學期的教學任務提供完整的框架和概貌。
主要材料清單
列出本學期探究活動涉及的主要實驗和需要的器材與材料，供教師作計劃和提前準備時使用。
各單元說明與教學建議
用文字形式介紹本單元的主要教學活動和活動間的結構，說明本單元的教學在整個教科書框架體系中的地位和意義。
單元教學目標
根據課程標準從科學概念、過程與方法、情感態度價值觀三個方面。列出本單元要實現的教學目標，為教師把握單元教學提供方向。
背景和目標
這是分課時說明教學內容選擇的知識背景和學生的認識背景，方便教師理解教學活動的設計意圖。所列的教學目標是直接針對該節課的。
教科書說明
用圖文對照的形式詳細說明正文、照片、圖片、圖表、對話框所包含的意義，對教科書正文中提出的問題給出必要的答案或說明。
教學建議
有針對性地為教學提供參考性策略，對教學中容易出現的問題給予提示。
評價建議
立足單元教學指出評價的主要方向、可使用的依據，以及可采用的評價方法。
二、課時安排建議
修訂后的教科書每冊均安排了4個教學單元。3、4年級每個單元包含7個教學活動，5、6年級為8個教學活動。原則上每個教學活動的時間為1課時，這是根據目前全國絕大部分地區小學科學課中、高年級均為每周2課時的現狀安排的。在設計時，我們也考慮到個別省份科學課的開設已經實現了課程標準的要求，因此在活動內容的安排上保持了彈性。針對這樣的地區，我們建議在課時安排上可以采取下面的辦法來解決：
（一）對典型的科學探究活動展開充分的探究，不以1課時為限制。例如“比較水的多少”“總結我們的天氣觀察”等；
（二）加強單元后的總結性教學，幫助學生梳理概念、澄清觀點，開展單元性的評價活動；
（三）實現教科書中已設計的拓展性活動，或資料庫中的拓展性活動。這些活動對學生的發展是十分有意義的。如“小桿秤的制造”“設計制作一個強磁力電磁鐵”等。為此每個單元安排3節左右的機動課時是適宜的，也是可操作的。
三、教學目標的表述
在這套教師用書中，我們根據課程標準的要求和新的科學教育研究成果，將教學目標分別從科學概念、過程與方法和情感態度價值觀三個方面來表述。科學概念的陳述是用一句完整的話來完成的，它比一個簡單的詞有了更豐富的內涵，表達的是一個科學的觀點或思想。科學概念也可以劃分為不同的層次，例如核心概念和具體概念。每一個核心概念是由不同的具體概念組成的，而具體概念是從科學事實中歸納出來的。以科學概念作為教學目標，將促進學生對事實的理解，有助于他們形成重要的科學觀念和思想，體現了科學教育改革的新方向。
四、概念圖和圖表的使用
修訂后的教科書引入了多種形式的概念圖和圖表，因為它們是學生學習科學的有用工具。運用這些工具，學生可以記錄和加工整理信息，同時用來描述概念。教師也可以
借此了解學生的初始想法，為教學確定起點。
維恩圖是一種選擇、分類和比較信息的非常有用的工具。可以幫助學生記錄下他們的觀察結果。兩個圓可以呈現不同的信息，比如只屬于陸生植物的特征和只屬于水生植物的特征應分別記在一個圓里，而它們的共同特征則應記入兩個圓的交叉部分。

網狀圖是概念圖中的一種，它的作用是用圖解的形式記錄與中心詞有關的觀點和內容，呈現中心詞和與之相關內容之間的關系。
使用網狀圖可以幫助學生圍繞中心詞作盡可能多的聯想，由此教師可以了解到哪些知識是學生已經知道的。



氣泡圖是一種簡單的網狀圖，它可以幫助學生對中心詞（主題）作出聯想，記錄下他們已經觀察和了解到的內容。





柱狀圖（條形圖）是在坐標圖上用填充的方式，完成的數據表達，表現為條形圖，一般由兩組數據組成例如時間和影長、時間和溫度等。柱狀圖可以直觀地表現數據之間的差異。




記錄不僅僅可以用文字，科學圖畫也是適合小學生記錄觀察和與人分享信息的一種十分有效的方法。它比普通的圖畫傾注更多的精力在細節上。為了真實地記錄，學生必須仔細地觀察，記下每個小的特點和線條。使用這種記錄方法可以提高每個學生的觀察能力，教師也可以從中評價他們的觀察、表達和理解的能力。


教科書整體結構表

修訂后的教科書共32個單元，更好地體現了課程標準的要求。覆蓋了生命科學、物質科學和地球與宇宙科學三大領域標準所規定的相關內容。教科書以科學概念和科學探究兩大主線并行發展的方式建立了自己的整體結構。
書中每個單元后設置了資料庫，是為了便于學生深入理解該單元的科學概念、豐富他們的已有經驗和發展他們探究科學的興趣，是科學課學習的重要組成部分，但僅供學生閱讀。

上學期 下學期
三 年 級 植物 植物的生長
動物 動物的生命周期
我們周圍的材料 溫度與物體的變化
水和空氣 磁鐵
四 年 級 溶解 電路
聲音 新的生命
天氣 食物
我們的身體 巖石和礦物
五 年 級 生物與環境 沉和浮
光 時間
地球表面及其變化 熱和燃燒
運動和力 地球的運動
六 年 級 工具和機械 微小世界
形狀與結構 我們身邊的物質
能量 宇宙
生物的多樣性 環境和我們


本冊教科書的教學目標與內容概要
本冊內容由“工具和機械”“形狀與結構”“能量”和“生物的多樣性”四個單元組成。
在“工具和機械”單元里，學生要學習選擇使用工具并體會它們的作用，研究杠桿、輪軸、滑輪、斜面等簡單機械和自行車上的簡單機械。通過研究認識工具和機械的功能和特點。
在“形狀與結構”單元里，學生要認識身邊常見的梁、拱形、框架等形狀結構，研究物體不容易倒的形狀特點，探究怎樣用紙做一座能承重的橋。通過研究認識不同的形狀和結構承受力的特點不同，能滿足不同的需要。
在“能量”單元里，學生要制作和研究電磁鐵，探究玩具小電動機怎么會轉動起來，研討各種能量形式及其相互轉化。通過研究初步建立起能量的概念，知道電可以生磁，能量可以相互轉化，了解太陽能的轉化與儲存。
在“生物的多樣性”單元里，學生要調查校園里生物的種類和分布，給動植物分類，研究人的相貌差異，探究不同環境對生物種類和性狀的影響。通過研究知道生物種類和差別是多種多樣的，認識生物的多樣性與環境有密切的關系，知道生物多樣性的意義。
在本冊的學習中，學生要做很多的實驗和制作，要繼續學習對比實驗的技能，識別和控制變量。要進行細致的觀察，要用比較和分類的方法認識和描述多種多樣的生物。
在本冊學習中，學生會體驗到科學技術對我們的生活產生了怎樣巨大的影響，是怎樣推動著社會向前發展的，形成積極對待科學技術的態度。在更高水平上增強環保意識和熱愛生命的意識。獲得美的體驗，感受到建筑的形狀結構之美，地球家園生物多樣性之美。
小學階段的兒童思維能力處在從形象思維向抽象思維過渡的階段，六年級學生的抽象思維雖然仍要借助于直觀形象的支撐，但已經有了長足的發展，分析、推理能力有了明顯的提高。他們經過三年科學課的學習，已經積累了一些基本的探究學習的方法，有了初步的科學探究意識和能力。根據學生的這些特點，他們在本冊的探究學習中應該更主動一些，應該有更深入的思維參與。
本冊教學要注意以下幾點：
1.指導學生大膽利用已有的經驗對一些事物和現象進行有根據的推測，作出假設性解釋。比如推測小電動機轉動原因，煤的成因，根據動植物的形態特征推測它們生活的環境等。
2.指導學生認真收集數據，意識到要尊重數據，用嚴謹的態度得出結論，如研究杠桿尺的實驗，研究電磁鐵磁力大小的實驗。
3.本冊中的很多內容適于動手操作，材料簡單易得，要給學生創造實踐的機會，保證學生能真正地動起手來進行探究學習，這更能促進學生思維的深度參與。
4.建立能量概念，認識生物的多樣性是在學生三年學習的積累上進行的，要注意充分利用他們原有的知識，并幫助他們梳理、提升，形成概括性更高的科學概念。




主要材料清單

“工具和機械”單元
常用的工具：螺絲刀、羊角錘、鉗子、鑷子、開瓶器等。
實驗裝置和實驗器材：杠桿尺、輪軸、滑輪、滑輪組、搭斜面的木板、測力計、鉤碼、鐵架臺。
做小桿秤的材料：筷子、粗線、螺絲帽。
做滑輪游戲的材料：長繩子和兩根光滑的木棒。
觀察用的實物或圖片：鐵皮剪、理發剪、核桃夾、桿秤、木螺釘和鐵螺釘等。

“形狀與結構”單元
做實驗的材料：長、寬相同厚度不同的紙條，長、厚相同寬度不同的紙條，折紙梁和做拱形的紙，鐵墊圈、完整的和剖開的乒乓球，塑料瓶。
做框架的材料：筷子或塑料管、橡皮筋。
搭吊橋的材料：瓦楞紙板和繩子。
做紙橋的材料：舊報紙、膠帶。
觀察用的材料：包裝箱瓦楞紙板、塑料飲料瓶。

“能量”單元
做電產生磁實驗的器材：電池、電池盒、小燈泡、燈座、開關、導線、指南針。
做電磁鐵實驗的材料：多股絕緣導線、大鐵釘、大頭針、直徑不同的塑料管、長短粗細不同的螺栓。
研究電動機觀察、實驗器材：玩具小電動機、紙杯、橡筋圈、V形粗導線、鐵絲支架、磁鐵。
手搖發電機、各種電池或電池圖片。

“生物的多樣性”單元
考察校園生物器材：放大鏡、小鏟子等考察工具。
做模擬實驗的材料：不同形狀的紙魚，球形燒瓶、長頸玻璃瓶、溫度計。
魚、鳥、兔的骨骼標本或圖片。
適合教學需要的各種動物、植物的圖片或影像資料。
人的部分相貌特征的不同性狀圖。


各單元說明與教學建議

工具和機械

一、單元概述
機械指的是利用力學原理組成的各種裝置。杠桿、滑輪、斜面等都是機械。簡單機械又被人們習慣地稱為工具。
到六年級時，學生們已經能夠比較獨立地進行一些探究活動。他們開始對一些問題進行具有挑戰性的思考，能夠選取自己認為可以進行的方式對一些問題進行探究，開始有選擇地利用觀察、實驗所獲取的證據對所探究的問題進行解釋。
在本單元的整個學習過程中，學生們將有機會對各種簡單機械進行實驗，包括設計和制作一些簡單裝置，并對其進行觀察和加以解釋，認識機械的各個部件，了解它們各自的功用，嘗試著解決生活中的實際問題。
在我們的生活中隨處可見各種工具和機械。人們經常使用各種各樣的工具和機械。很多時候，工具和機械為我們贏得了時間和精力，幫助我們完成了一些力所不能及的工作。隨著社會的進步，人們發明了更多的工具和機械，推動著社會不斷向前發展。
人們在生活中是如何使用工具和機械的？它們到底發揮了什么作用？是怎樣發揮作用的？我們應該怎樣科學地使用它們才能發揮更大的作用？這些既是本單元所要研究的問題，也是我們的教學引領學生們所要經歷的科學認識歷程。
本單元內容可以分為三個部分。
第一部分（第1課）：通過使用工具，發現關于工具和機械的問題，激發學生研究工具和機械的興趣。
第二部分（第2~7課）：通過設計、觀察、研究杠桿等不同類型的簡單機械，認識這些機械的構成及其功能。
第三部分（第8課）：通過研究自行車這一常見的交通工具（也是一種由簡單機械組合成的機器），總結和提升有關工具和機械的認識。
通過本單元的8個主題活動，我們期望學生能真正動起手來，在實踐中去體驗、發現工具和機械的作用及其運用，教師在教學過程中要重視器材的準備，給學生創造實踐的機會，并做好探究活動的組織者和支持者。


二、單元教學目標

科學概念
●機械指的是利用力學原理組成的各種裝置。杠桿、滑輪、斜面等都是機械。簡單機械又被人們習慣地稱為工具。
●有的機械可以省力，有的機械不能省力但能發揮其他作用。
●不同的機械具有不同的結構和不同的功能。
●解決生活中的實際問題需要選擇合適的工具和機械。

過程與方法
●進行研究各種機械作用的實驗，收集能夠解釋機械作用的數據。
●通過實驗和收集數據，發現問題并作出自己的分析解釋。
●用文字、數據、圖表等對所觀察到的內容進行記錄、整理與分析。
●通過文字、圖畫和討論來表達自己的想法，并與同學進行交流。

情感、態度、價值觀
●認識到工具和機械對于推動社會發展和技術應用的重要性。
●能夠將工具和機械的作用、安全與可靠性等與現實社會聯系進來。
●獲得對各種機械功能的認識，以應付各種實際問題，并意識到工具和機械是隨生活的需要而不斷發展的。
●形成積極對待科學技術的態度。
●認識到科學與技術是相互影響和相互促進的。


三、分課時教學建議

第1課 使用工具

（一）背景和目標
在這一課中，學生將通過對生活中使用工具經驗的回顧和用熟悉的工具解決具體問題，感受工具能幫助我們省力或提供方便，形成初步的工具和機械的概念。教師可以通過本課的教學對學生進行單元前評價，了解學生對工具的已有認識和鼓勵學生提出一些涉及簡單機械原理的問題。
人類很早就開始使用簡單機械了。使用各種機械，就如同延長了人類的臂膀，增強了人類的工作能力。隨著各種機械的廣泛使用和進步發展，人類的本領越來越大，完成了許多宏偉的工程。機械是神奇的，它是人類的偉大創造，是人類智慧的結晶。
再復雜的機械也是由簡單的機械組成的。常用的一些工具就是一些簡單機械。學生都使用過工具，所以，他們對簡單機械并不陌生。但是，他們可能不知道這些工具的工作原理，甚至不能科學合理地使用這些工具，或者沒有意識地去研究這些工具，因此選擇這些學生熟悉、常用的工具作為學習研究機械的開端，可以引起學生的共鳴，降低學習的門檻，將機械單元的研究融入學生的生活中去。

科學概念
●機械指的是利用力學原理組成的各種裝置。杠桿、滑輪、斜面等都是機械。簡單機械又被人們習慣地稱為工具。
過程與方法
●嘗試在實踐中解決指定的科學問題(拔圖釘、鐵釘和木螺釘)，發現做同樣的事情，用不同的工具效果是不同的，并從中了解更多的常用工具。
情感、態度、價值觀
●意識到工具和機械可以幫助我們做一些事情，恰當地選用工具和機械可以提高我們的工作效率。

（二）教學準備
為每位學生準備：記錄用的表格和筆。
為每組學生準備：各種常用的工具一套(剪刀、螺絲刀、開瓶器、羊角錘、小刀、鑷子、剝線鉗、鉗工錘等)，釘有三個圖釘、兩顆鐵釘和兩顆木螺絲釘的木板一塊。

（三）教科書說明
教科書共兩頁，分為兩個部分。
第一部分：我們用過什么工具
在生活中，我們常常使用工具來幫助我們做一些事，回憶我們曾經使用過的工具，以填調查表的形式展示出來。學生對生活中各種工具有觀察和使用的經歷，讓學生統計工具，可以引發學生對工具的一些思考。觀察后思考是產生科學問題的前提。
在教學中要注意激發引導學生統計的積極性，鼓勵學生把他們了解的工具全部填寫出來。要重視學生描述各種工具的作用，期望學生在描述中能就工具產生一些問題，為后面的學習進行準備。
第二部分：選用什么工具好
面對身邊種類繁多的工具，我們應該怎樣引導學生來研究呢？教科書選取了一組典型的有結構的材料：釘有三個圖釘、兩顆鐵釘和兩顆木螺絲釘的木板一塊；剪刀、螺絲刀、開瓶器、羊角錘、小刀、鑷子、剝線鉗、鉗工錘等工具。讓學生試一試，要想將木板上的圖釘、鐵釘和螺絲釘拔出來，選擇什么工具會更方便、省力，用不同的工具效果會有什么不同。在研究過程中可以先讓學生觀察木板上的幾種釘子有什么不同，然后根據“生活經驗”選擇認為可以完成任務的工具。取圖釘比較方便的辦法是用小刀或剪刀來撬；取木螺釘比較省力的工具是用螺絲刀；取釘子比較省力的工具是用羊角錘來撬。在交流探討中要使學生初步認識到：不同的工具有不同的用途，完成同樣的事情，使用恰當的工具能給我們帶來方便和省力。
教科書后面呈現的幾項工作涉及到了滑輪、斜面、杠桿等機械。油桶通過斜面推上車，比較省力；大石頭用撬棍當杠桿去撬動比較省力；利用繩子和輪子組成定滑輪可以很方便地將國旗掛到旗桿頂上。
通過以上的實踐研究活動，學生對工具和機械進行了再一次的觀察和使用，這為科學問題的提出奠定了基礎，所以教科書在最后安排了讓學生提出關于簡單機械的問題這一活動。這也是教師了解學生關于機械的已有認識的好時機，可以作為教師對學生的單元前評價內容。

（四）教學建議
引入
出示剪刀：會用剪刀嗎？用它能做些什么事情？
出示螺絲刀：會用螺絲刀嗎？用它能做些什么事情？
（通過學生熟悉的工具的使用問答，開始指向本單元我們將探討的工具問題。）
我們用過什么工具
在我們的學習、生活中經常要用到各種各樣的工具，我們的生活離不開這些工具。今天我們就來研究我們常用的工具。
說一說我們曾經使用過的工具：我們是怎樣使用這些工具的，這些工具可以幫助我們完成哪些事情？學生分組討論，相互介紹相互啟發。要求學生將討論結果記錄在課本上的表格內。
選用什么工具好
1.拔釘子活動。
（1）教師出示釘有三種釘子的木板，提出問題：要將這些不同的釘子從木頭里取出來，選擇什么工具比較好？請各小組同學代表到材料中心領取材料，要求學生先開展觀察然后試一試，哪種工具更方便？
（2）請學生在實踐后分別選出拔三種釘子最合適的工具，并說說選擇的理由。
2.完成三項任務的工具選擇。
讓學生觀看教科書中的三幅圖片，選擇適合的工具完成相應的工作，說說選擇工具的理由。
（1）油桶通過斜面推上車，比較省力；
（2）大石頭用撬棍當杠桿去撬動比較省力；
（3）利用繩子和輪子組成定滑輪可以很方便地將國旗掛到旗桿頂上。
在學生實踐活動后，向學生揭示“機械”及“簡單機械”的概念。
引導學生思考：對于簡單機械，我們還有什么問題。

第2課 杠桿的科學

（一）背景和目標
在前一課，學生在使用工具解決問題的實踐中已經初步認識了什么是簡單機械。從本課開始，學生將通過一系列的探究活動，認識杠桿、輪軸、滑輪及斜面等幾類簡單機械。本課將專門引導學生認識杠桿，并通過實驗研究發現杠桿省力與不省力的規律。
在生活中，使用工具來完成一些事情的經歷是很多的，如用剪刀剪紙、用老虎鉗夾斷鐵絲、用螺絲刀擰螺釘、用鑷子夾東西，等等。會使用這些工具很大程度上來源于經驗的積累，學生們可能并不清楚或者沒有思考過這些工具的工作原理。本課的教學將結合學生的生活經歷，分析使用撬棍的過程，觀察撬棍工作的特點，從而認識杠桿類工具。
杠桿這類簡單機械可按省力情況分成三類：省力、費力、不省力也不費力。省力杠桿的特點是：用力點到支點的距離大于阻力點到支點的距離；費力杠桿的特點是：用力點到支點的距離小于阻力點到支點的距離；不省力也不費力杠桿的特點是：用力點到支點的距離等于阻力點到支點的距離。
通過杠桿尺開展實驗研究活動，我們要讓學生初步認識到杠桿是省力還是不省力與它的三個點之間的距離有關，并在探究中認識到收集數據的重要性，發展利用數據來說明問題的能力。

科學概念
●杠桿有三個點：用力點、支點和阻力點。
●有的杠桿能省力，有的杠桿不省力，有的杠桿不省力也不費力。
過程與方法
●用杠桿尺做實驗、收集并整理數據，分析認識杠桿省力、費力和不省力也不費力的規律。
情感、態度、價值觀
●體會到收集數據的重要意義，并且意識到相互合作的重要性。

（二）教學準備
給每組學生準備：杠桿尺、鉤碼1盒、記錄單。
給全班學生準備：撬棍撬石頭的圖片、杠桿類和非杠桿類工具3~5種。

（三）教科書說明
教科書共3頁，分為兩部分。
第一部分：認識杠桿
教科書選用撬棍撬木箱這個情景開始這節課的研究，是因為這是杠桿類工具在生活中運用最廣泛、最直觀的表現形式，學生有類似的生活經歷，利于學生觀察并引發思考。通過對教科書中這張示意圖的研究，學生對杠桿的用力點、支點和阻力點能有較直觀、清晰的認識。
像撬棍那樣的簡單機械叫做“杠桿”，這是“杠桿”的描述性概念，是適于小學生的認識水平的。工作的杠桿都有三個重要位置：支撐杠桿，使杠桿能繞著轉動的位置叫支點。
杠桿上用力的位置叫用力點。杠桿克服阻力的位置叫阻力點。
下面是將杠桿這一概念進行推廣應用。壓水井的壓桿、蹺蹺板是學生們熟悉的事物，引導學生分析它們工作時發揮作用的位置，并標出它們作為杠桿的三個點的位置。
不同的杠桿類工具，三個點的位置也常常不同。找一找身邊的常用工具，觀察分析羊角錘、鉗子、剪刀、天平、錐子、搟面棍等是不是杠桿工具
（只有錐子和搟面棍不是杠桿工具，其他4個均是杠桿類工具），說一說理由（不一定非要學生標出這些杠桿工具的三個點），是為了使學生對杠桿類工具有初步的識別能力。
第二部分：研究杠桿的秘密
學生對杠桿類工具的作用進行思考，會產生一系列問題：用撬棍撬起重物一定能省力嗎？怎樣做才能省力，怎樣做就不能省力？
教科書向學生介紹研究杠桿的好工具——杠桿尺，可以把左邊掛上的鉤碼當作被撬動的重物，把右邊掛上的鉤碼當作撬動時我們用的力。
學生可先在兩端相同的位置掛兩個鉤碼試用一下杠桿，然后分組討論什么樣的情況能說明用杠桿做事情能省力，什么樣的情況不能省力。要學生充分討論并思考在此過程中應收集哪些數據來說明問題。
在學生研究杠桿尺的活動中，要由學生自主決定兩端掛鉤碼的位置和數量（只在左右各選一個位置掛鉤碼）。當杠桿尺靜止不動時，要把杠桿尺掛鉤碼的位置和數量記錄在書上或活動手冊上。
取得一系列的數據后可以對記錄進行分析。

（四）教學建議
引入
教師出示撬棍撬木箱的活動圖，演示并介紹新工具——木棍完成工作的情況。告訴學生像撬棍這樣的簡單機械叫做杠桿。今天大家將要來研究杠桿的科學。
認識杠桿
1.讓學生結合生活中的經歷，仔細觀察撬棍撬木箱的情況，找出撬木箱過程中發揮重要作用的三個位置。要求學生認識杠桿的用力點、支點和阻力點，并簡單描述完成工作時各個位置承擔的作用。
2.讓學生嘗試對生活中其他杠桿類工具：壓水井的壓桿和蹺蹺板進行分析，找出它們作為杠桿類工具的三個點。
3.結合教科書圖片，識別圖中的羊角錘、鉗子、剪刀、天平、螺絲刀、搟面棍等常用工具是不是杠桿，說一說理由（不一定非要學生標出這些杠桿工具的三個點，重在識別），培養學生對杠桿工具有初步的識別能力。
研究杠桿的秘密
1.杠桿工具有什么作用呢？它省力嗎？向學生提出杠桿與力的科學問題。
2.向學生介紹可以研究杠桿的好工具——杠桿尺。杠桿尺上有均勻的刻度，很方便在需要的位置掛上重物，是科學研究的好材料。使用時，教師首先應提醒學生將杠桿尺調到平衡狀態，通過對比，可以把掛在杠桿尺左邊的鉤碼當成阻力，把掛在杠桿尺右邊的鉤碼當成使用的力，支架中部的軸就是支點。這里要求在杠桿尺左右只選一個位置掛鉤碼，便于學生掌握也利于交流討論。
學生可先在兩端相同的位置掛兩個鉤碼試用一下杠桿，然后分組討論怎樣用杠桿尺做實驗，并計劃一個合理的方法步驟收集數據。建議學生多做幾次實驗收集更多的實驗數據，并將各小組收集的數據匯總在一起來進行研究分析。
3.在實踐活動中，應由學生自主決定兩端掛鉤碼的位置和數量（要求只在左右各選一個位置掛鉤碼），當杠桿尺靜止不動時，把杠桿尺掛鉤碼的位置和數量記錄在書或活動手冊上（可用斜線或橫線記錄杠桿尺的狀態）。
4.這里采用的是隨機組合收集實驗數據的方法，取得一系列的數據后學生就可以對記錄數據進行分析討論了。
（1）在什么情況下杠桿省力？
即用力點距支點遠，阻力點距支點近，這種杠桿是省力杠桿。
（2）在什么情況下杠桿費力？
即用力點距支點近，阻力點距支點遠，這種杠桿是費力杠桿。
（3）在什么情況下杠桿不省力也不費力？
即用力點距支點的距離等于阻力點距支點的距離，這種杠桿是不省力也不費力的杠桿。
5.學生圍繞書上提出的問題對數據進行統計、分析整理和反思：用什么樣的方法步驟收集數據是更為合理的。

第3課 杠桿類工具的研究

（一）背景和目標
在前一課，學生初步認識了杠桿類工具，并通過對實驗數據的分析研究，發現杠桿省力、費力和不省力也不費力的規律。本課學生將通過對生活中杠桿類工具的省力情況進行分析、識別和分類，認識各類杠桿的作用。這一探究，能讓學生對杠桿類工具的認識向生活遷移，幫助學生理解生活中熟悉的各種杠桿類工具的科學原理。
生活中的杠桿并不像杠桿尺那樣簡單直觀，不同杠桿的用力點、支點和阻力點的位置是不相同的，即使是同一個工具，由于使用方法的不同，它的三個重要位置也會發生變化。
學生對杠桿類工具的認識是需要一個過程的。本課的探究將把學生對杠桿類工具的認識引向生活實際。學生將經歷省力、費力和不省力也不費力杠桿的分析，既能找到各類杠桿工具的三個重要位置，也能根據省力情況進行分類。

科學概念
●杠桿可以分為省力杠桿、費力杠桿、不省力也不費力的杠桿。
過程與方法
●通過實驗認識到杠桿是否省力是由它的三個點的位置決定的。
情感、態度、價值觀
●意識到不同種類的杠桿有不同的用途，在不同條件下需要使用不同類型的杠桿。

（二）教學準備
為每位學生準備：1支長竹筷（秤桿）、螺絲帽或鉤碼（秤砣）、粗棉線或釣魚線、小塑料圓盤（秤盤）、記錄單。
為每組學生準備：撬蓋的鐵片、開瓶器和夾子。
為全班學生準備：鐵片撬蓋子、開瓶器開瓶子和夾子夾東西放大的情景圖，傳統桿秤。

（三）教科書說明
教科書分為兩部分。
第一部分：杠桿類工具的比較
為幫助學生認識生活中的杠桿也和杠桿尺一樣有省力、費力和不省力也不費力三種情況。教科書選擇了代表省力杠桿的打開油漆桶的鐵片、打開飲料瓶的開瓶器和代表費力杠桿的夾東西的夾子。這些杠桿都是學生較熟悉的工具，生活中應該有使用類似工具的經歷。教學中從杠桿工具的三個重要位置著手進行比較，這是學生比較容易做到的。
教科書呈現了10種工具，依次是偏口鉗、園林剪、鑷子、切刀、剝線鉗、剪刀、核桃夾、尖嘴鉗、訂書器、筷子。分析這些常用的杠桿類工具，按是不是省力的標準給它們分類：用比較分析的辦法去判斷哪些杠桿工具像開瓶器一樣是省力的，哪些杠桿和夾子一樣是費力的。
夾子等杠桿工具用起來不省力，為什么還要設計這樣的杠桿工具呢？學生在這里可能很自然地提出這樣的科學問題，所以有必要討論，省力只是工具的一個作用，工具還有給人們帶來方便的作用，如：延長手臂（指）、方便拿取等。
第二部分：小桿秤的研究
“秤砣雖小，能壓千斤”，這是杠桿類工具運用的一個典型現象。學生在生活中也許沒有很多機會見到桿秤，所以這里先通過實際的生活場景讓學生了解桿秤：在中藥房、農貿市場等地方都有可能見到桿秤的身影。如仍不容易見到桿秤，建議教師準備一把桿秤，讓學生進行觀察。
在學生仔細觀察桿秤實物后，要讓學生親自動手制作一個桿秤，這樣能很容易地分析桿秤這個杠桿工具的三個重要位置及其關系，讓學生感受到杠桿是怎樣省力的以及桿秤設計的巧妙。
附：小桿秤制作步驟
●把一根小手指粗的竹筷或直木棍（長約30~50厘米）打磨光滑；50克鉤碼1~10個，其中一個用釣魚線系好做秤砣。
●自制一個秤盤，系好三條一樣長的細繩并固定在秤桿上。
●在秤砣與秤盤間選擇適當的位置系上一個繩套，作為初次實驗的平衡點。
●利用平衡原理制作托盤小桿秤刻度，在稱盤內每次加一個砝碼（50克），移動秤砣使秤平衡，并在秤桿的掛秤砣的位置做好標記，直到秤桿用完為止。

（四）教學建議
導入
回顧上節課對杠桿尺的研究，杠桿可以根據省力情況被分成哪幾類？告訴學生：生活中我們使用的很多工具都是應用了杠桿原理，今天我們一起來研究生活中多種多樣的杠桿類工具。
杠桿類工具的比較
呈現用鐵片打開油漆桶蓋、用開瓶器打開飲料瓶和用夾子夾菜的情景圖，讓學生判別一下它們是不是使用了杠桿類工具，然后比較這三種工具有什么相同和不同的地方。學生可以在小組內作簡單的討論，然后提出比較的建議。如：分別找出各種工具的三個重要位置進行對比觀察；比較分析三種杠桿的省力情況，看看分別屬于哪一類杠桿。
1.每個學生根據圖片并結合生活體驗，找出三種工具的支點、用力點和阻力點，在圖片中標注出來。然后請小組同學進行三個位置的比較，找出三種工具的相同點和不同點，再全班交流探討：這三個杠桿，哪個省力，哪個費力？為什么？
2.給學生幾分鐘時間觀察圖片中更多的杠桿類工具，把圖中的工具與前面的三種杠桿類工具進行比較。可以像分析前三種工具一樣，用筆標注出每一個工具的支點、用力點和阻力點。然后比較出每一個工具與前三個杠桿類工具中的哪個更相似。
3.鼓勵學生對另一組常用杠桿類工具進行獨立分析，按省力不省力的標準判斷它們分別是哪一類杠桿。
4.給學生幾分鐘時間思考，尋找并整理生活中的杠桿類工具，根據是否省力情況分別寫出一些省力、費力和不省力也不費力杠桿的工具名稱來。提出問題：機械是能幫助人們省力、方便做事情的工具，為什么有些杠桿類工具設計成費力的？學生進行探討交流。
小桿秤的研究
1.向學生介紹中國傳統的桿秤，桿秤也是一種杠桿。呈現桿秤結構圖和生活中使用桿秤的圖，讓學生觀察桿秤的構造，了解桿秤的使用。讓學生嘗試對“秤砣雖小，能壓千斤”這句話作簡單的解釋。
2.讓學生明確將通過制作一個小桿秤，研究它是怎樣稱量出物體重量的，桿秤運用的是哪一類杠桿原理。學生觀察做一個小桿秤所需要的材料，然后領取一份制作小桿秤的材料，通過制作活動研究小桿秤作為杠桿類工具的特點，了解小桿秤省力的情況。解釋“秤砣雖小，能壓千斤”的道理。
3.拓展思考：提繩的位置對秤有什么影響？秤砣的輕重對秤有什么影響？學生可以帶走自制的小桿秤。

第4課 輪軸的秘密

（一）背景和目標
在這一課中，學生將探索另一種簡單機械——輪軸。當學生面對一個新機械——輪軸時，可能會主動推測它的作用，是不是可以省力呢。用實驗的方法是研究解決問題的一個好途徑。當在輪和軸上分別掛上不同數量的鉤碼并使之保持平衡時，學生會意識到輪比軸省力。當他們討論并對直徑差別更大的輪軸進行測量后，學生會更肯定地認識到輪的大小對輪軸作用是有影響的，并對自己的生活經歷進行整理，去找尋那些屬于輪軸的簡單機械。

科學概念
●在輪軸的輪上用力能夠省力，輪越大越省力。
過程與方法
●通過在大小差別更大的輪軸上掛重物的實驗分析，認識輪越大越省力。
情感、態度、價值觀
●積極了解輪軸在生活中的應用，發展研究簡單機械的興趣。

（二）教學準備
為每位學生準備：記錄單兩份。
為每組學生準備：1盒鉤碼、2段粗線繩、1個鐵架臺、1個大輪、1個小輪、1個軸。
為全班學生準備：大號十字螺絲刀。

（三）教科書說明
教科書共兩頁，分為兩個部分。
從回憶使用水龍頭的經歷開始，將學生的注意力吸引到觀察水龍頭的構造上來，認識像水龍頭這樣由輪子和軸固定在一起，可以轉動的機械被稱為輪軸。
第一部分：輪軸有什么作用
回憶、交流打開水龍頭的經歷，觀察水龍頭的構造，試想如果取下水龍頭上的輪子，直接去擰軸，還容易打開水龍頭嗎？進而可能產生“輪軸為什么能省力”的科學問題，促成開展研究輪軸作用的活動。
通過組裝一個輪軸實驗裝置，來研究輪軸的作用。把一定數據的鉤碼掛在軸上，看成要克服的阻力。在輪上也掛上鉤碼，看成是我們用力的大小。要學生記錄下每次實驗的數據，在小組內通過反復比較輪上鉤碼和軸上鉤碼的數量，并對實驗數據進行分析，可以發現在輪上用力比較省力，軸上用力比較費力。
通過玩一玩“小個子戰勝大力士”的游戲，讓學生進一步感受在輪上用力比在軸上用力要省力。
在游戲中應盡量選擇大一點的螺絲刀，甚至可以制作一個像手榴彈一樣的木棒來進行游戲，還可以找一些類似的輪軸來進行游戲。先讓全班力量懸殊的學生進行游戲，再讓同桌的學生試一試，讓大家都來當一回“大力士”。
第二部分：輪的大小對輪軸作用的影響
組織學生在游戲活動后進行簡單的對話討論，期望學生們能提出螺絲刀能省力是因為輪比軸大，再進一步提出猜測，如果輪換成更大的，否會更省力呢？
學生分組改變輪軸裝置，將輪換成更大的，研究輪的大小對輪軸作用的影響。保持軸上的鉤碼數量不變，輪上的鉤碼進行數量調整，記錄下實驗使用鉤碼數量的情況，分析使用更大輪的輪軸與前一次輪軸實驗中鉤碼數量的不同。這里期望學生發現：輪越大，需要的鉤碼數越少，即：輪越大，輪軸越省力（比如小扳手扳一顆螺絲扳不動，換一個大扳手就可能扳動，這就是在更大的“輪”上用力，所以輪越大越省力）。
發動學生們找一找在我們身邊應用了輪軸原理的地方。如汽車的方向盤、水龍頭開關、門鎖把手、扳手，等等，在找的過程中鞏固對輪軸的認識。

（四）教學建議
引入
呈現打開水龍頭的圖片，學生觀察水龍頭的構造。告訴學生：像水龍頭這樣，輪子和軸固定在一起，可以轉動的機械叫輪軸。
輪軸有什么作用
1.與學生談話：如果取下水龍頭上的輪子，直接去擰軸，還容易打開水龍頭嗎？推想輪軸機械的作用。學生根據生活經歷作出自己的推測。
2.用一個輪軸實驗裝置來研究輪軸的作用。
出示輪軸裝置，讓學生簡單設計輪軸機械是否省力的實驗。學生明確實驗的操作：可以用一個輪軸實驗裝置來研究輪軸的作用，把一定數量的鉤碼掛在軸上，看成要克服的阻力，在輪上掛鉤碼，看成是我們用力的大小，觀察什么樣的力量可以使輪軸兩端達到平衡。（這時的平衡不一定是兩邊的位置一樣高，可以是一邊高一邊低，但是兩邊的鉤碼在不用外力的情況下在空中應該是靜止不動的。所以老師在選用材料的時候也要注意不能讓輪軸本身的摩擦力太大）。要學生把每次實驗的數據記錄下來。
學生領取實驗材料，分組開展實驗活動，注意記錄實驗的數據，最后進行數據分析和整理出自己小組的發現。
各小組交流匯報實驗的結果和發現，共同認識輪軸可以省力的現象。
3．“小個子戰勝大力士”的游戲。
玩一玩“小個子戰勝大力士”的游戲，選幾名力氣小的同學握螺絲刀的刀柄旋轉，力氣大的同學握住螺絲刀的刀桿向相反的方向用力旋轉，看誰能取得勝利。
先讓全班力量懸殊的學生進行游戲，再讓同桌的學生試一試，讓大家都來當一回“大力士”。通過科學實驗和游戲活動認識到，對螺絲刀而言，在刀柄（輪）上用力比在刀桿（軸）上用力省力。
輪的大小對輪軸作用的影響
與學生談話：我們發現在輪軸的輪上用力比較省力，如果軸不變，把輪換大些會怎樣呢？學生根據已有的直接經驗進行推測。
教師在演示用的輪軸上更換更大的輪，明確實驗的操作方法：同前一個實驗一樣，只是更換更大的輪，記錄下更大的輪用多少鉤碼可以使輪軸達到平衡。
小組開展實驗活動，注意記錄實驗數據，實驗結束后分析整理，形成自己的新發現。
鞏固應用
1.教師組織實驗后的交流匯報活動，各組學生介紹實驗發現：輪的大小對輪軸作用的影響。
2.與學生探討生活中的輪軸工具。請學生找一找，在我們的周圍哪些地方應用了簡單機械——輪軸，它們的哪一部分相當于輪，哪一部分相當于軸。輪軸給我們的工作帶來了什么方便。
3.學生課后觀察生活中更多的輪軸工具并分析它們的工作原理。

第5課 定滑輪和動滑輪

（一）背景和目標
前面一課研究了輪軸機械，研究了輪軸省力的工作原理。在這一課中，學生將認識定滑輪和動滑輪這兩種簡單機械，并將分別通過觀察鉤碼的數量和用測力計測量這兩種方法研究滑輪的省力情況。旗桿的頂部有一個可以轉動的輪子，在塔吊或吊車的吊鉤上有一個一邊轉動一邊隨重物移動的輪子……在生活中這些現象不太常見，但只要留心也可能觀察到。從生活中的實際事例出發，可以讓學生感受到機械對生產生活的影響。在課堂上通過科學實驗活動希望幫助學生認識定滑輪和動滑輪的機械原理，也將把學生引向滑輪組的探索中。

科學概念
●定滑輪固定在一個地方，不能隨著重物的移動而移動。
●動滑輪不固定，可以隨著重物的移動而移動。
●定滑輪和動滑輪的作用不相同。
過程與方法
●通過自行設計實驗方案來研究定滑輪是否省力、定滑輪和動滑輪的不同作用。
情感、態度、價值觀
●意識到定滑輪和動滑輪的不同作用，發展探究簡單機械的興趣。

（二）教學準備
為每組學生準備：1個鐵架臺、35厘米長的線、1個滑輪、1盒鉤碼、1個測力計。
為全班學生準備：1個鐵架臺、50厘米長的線、2個鉤碼、1個測力計、1個滑輪。

（三）教科書分析
教科書共兩頁，分為兩個部分。
第一部分：旗桿頂部的滑輪
做一個模擬升旗的裝置。
可以用鐵架臺做支架，用一個可以轉動的輪子固定在支架頂部，用一根細線當升旗繩，用紙做一面旗幟固定在細線上，當向下拉動繩子時，旗幟就會隨著繩子上升。這里強調通過演示讓學生觀察、體驗這種向下拉繩子而旗幟能夠向上升的現象，初步認識定滑輪的作用。
定滑輪能不能省力呢？鼓勵學生設計實驗方案，自主研究定滑輪是否省力。用鐵架臺做支架，安好定滑輪，在定滑輪上掛一根繩子，在繩子的兩端任意掛上一些鉤碼，當繩子平衡時，兩端的鉤碼數相同，由此可以說明定滑輪不能省力（請注意滑輪受到的摩擦力不能太大，否則會產生不同數量的鉤碼也平衡的現象）。學生還可能發現用輪子比不用輪子要省力，這是另一個單元要解決的問題。
第二部分：會移動的輪子
學生們已經清楚了定滑輪不能省力，但是可以改變力的方向。人們在搬運貨物時，常使用一種隨重物一起移動的滑輪來搬運。這種隨重物移動的滑輪叫動滑輪。
動滑輪有什么作用？它和定滑輪有什么不同？這里可以參照研究定滑輪的實驗進行，如用鐵架臺做支架，把繩子的一端固定在支架上，繞過動滑輪向上提(這里可用橡筋或測力計)，動滑輪下掛重物。

（四）教學建議
引入
老師出示升旗的圖片，和學生談論升國旗的情況。
指出旗桿頂部有個幫助升旗用的機械裝置——滑輪。
研究旗桿頂部的輪子——定滑輪
1.模擬升旗的裝置，研究旗桿頂部的滑輪。
首先來做一個模擬升旗的裝置，請一名學生當升旗手，大家一起觀察、體驗升旗的過程。
旗桿頂部的輪子是怎么運動的？
像旗桿頂部的滑輪那樣，固定在一個位置轉動而不移動的滑輪叫做定滑輪。
讓旗手再次拉動線繩，讓學生觀察升旗的過程。向學生提出思考問題：當我們向下拉動繩子時，掛有旗幟的那部分繩子是怎樣運動的。
2.做定滑輪有什么作用的實驗
作進一步的推測，定滑輪還會有什么作用，定滑輪能不能省力呢。學生小組作簡單交流，設計一個有關“定滑輪是否省力”的研究方案，形成一個共同的實驗計劃。如：用鐵架臺做支架，安裝一個定滑輪，把一根繩子放到定滑輪上，在繩子的兩端任意掛上一些鉤碼，直到平衡。（老師要注意選擇轉動自如、摩擦力小的滑輪。）
學生開展實驗，注意在記錄單上記錄數據并在小組內分析整理自己的發現。
交流“關于定滑輪是否省力”實驗的結果及發現。小結形成共識：定滑輪可以改變力的方向，但是并不省力。
研究會移動的滑輪——動滑輪
出示圖片或視頻資料(可以是描述吊車吊運重物的情境)，告訴學生在生活中常常可以看到這種隨重物移動的滑輪，這種滑輪叫動滑輪。
1.動滑輪有什么作用？參照定滑輪的實驗，老師演示組裝一個動滑輪實驗裝置，用它提起重物，測量用了多大的力。在這里復習測力計及使用方法以及力的單位：牛頓（N）。
2.學生到材料中心領取測力計，開展研究動滑輪是否省力的實驗。注意讓學生記錄下實驗中的數據。在實驗結束時分析整理實驗數據，獲得新發現。
3.學生整理歸還所有實驗用的材料到材料中心。各小組匯報實驗的結果及獲得的發現，比較定滑輪與動滑輪的作用有什么不同。
拓展
想想我們在什么情況下使用定滑輪，在什么情況下使用動滑輪。

第6課 滑輪組

（一）背景和目標
前一課學生認識并研究了定滑輪和動滑輪的作用。這一課學生將通過生產生活中的現象認識滑輪組，并親手組裝滑輪組，進行滑輪組作用的研究實驗。將滑輪組合起來使用是生活中常用的省力機械。學生在前一課學習的基礎上也可能已經作出滑輪組更省力的推測，組裝一個滑輪組并進行實驗驗證，感受機械給人們帶來的方便是有基礎的。

科學概念
●定滑輪和動滑輪組合在一起構成滑輪組，滑輪組能夠改變力的方向，而且可以成倍地省力。
過程與方法
●結合對滑輪組的研究，解釋起重機的工作原理。
情感、態度、價值觀
●能積極參與科學實驗和游戲活動并與同學友好地合作研究。

（二）教學準備
為每組學生準備：1個鐵架臺、2個滑輪、約50厘米長的線、1盒鉤碼、測力計。
為全班學生準備：光滑的木棒（能有穿在木棒上的輪子更好）、約20米長的繩子、與起重機相關的圖片或視頻資料。

（三）教科書說明
教科書共兩頁，分為兩部分。
第一部分：觀察起重機上的滑輪
這部分是本課研究的前奏和“導火線”。有條件的(如附近有建筑工地、吊車、起重車等)可以組織學生在保障安全的前提下，進行現場觀察，也可以收集一些圖片或視頻資料，展示出來讓學生觀察，還可以課前布置學生自行進行觀察，但要特別強調安全。
觀察之后要讓學生進行充分的交流，觀察的目的是讓學生發現起重機上有許多定滑輪和動滑輪在組合起來使用。把動滑輪和定滑輪組合在一起，就構成了滑輪組。要思考這些滑輪組有什么作用。
第二部分：滑輪組的作用
需要在課堂上組裝一些滑輪組，來模擬研究滑輪組的作用。
組裝滑輪是一個比較困難的事，要激勵學生與同伴合作，耐心細致地組裝。滑輪的組
裝有兩種方法，這里不強調方法的不同，也不需要讓學生比較兩種方法哪種更省力。為避免出現用力方向與重物上升方向一致而不便學生解釋的現象,老師可以示范在定滑輪上固定線的方法組裝滑輪組。
當學生組裝好滑輪組后，首先測試用一個鉤碼作為重物，直接提起需要多大的力，然后再測試用滑輪組提起需要多大的力，并記錄下來。隨后多次改變鉤碼的數量，使用測力計進行測量，記錄下每次的測量數據。
通過分析實驗獲得的幾組數據，發現用力大小與滑輪組的結構的關系。
如果增加滑輪組的滑輪數量，用力大小會怎么變化呢？這一問題將學生對滑輪組作用的研究引向深入，也是本課內容的擴展和高潮。采用游戲的方式是為了增強學生的學習興趣，并從游戲中進行體驗。
這個游戲實際上是有關滑輪組的實驗，兩個大個子學生分別相當于重物和固定定滑輪的支架，小個子相當于使用滑輪組后施加的拉力。隨著繩子繞的圈數越多，小個子處需要的拉力就越小。
這個游戲是本課的高潮，學生非常喜歡這樣的活動，建議老師進行充分的準備，特別是器材的選擇上要精心，實驗效果要明顯，還可以根據木棒大小找兩個輪子以減少繩子與木棒之間的摩擦，效果會更好。
分析游戲和滑輪組實驗，學生可以認識到滑輪組的組數(1個定滑輪和1個動滑輪組合在一起為1組)越多，就越省力。這也是起重機能夠吊起很重的物體的原因。

（四）教學建議
引入——觀察起重機上的滑輪
在建筑工地上，總少不了高大的起重機。觀察起重機的工作，我們有什么發現？教師出示有關起重機的圖片或視頻資料，學生仔細觀察，并結合自己的了解交流對起重機的認識。
研究滑輪組的作用
向學生介紹，把動滑輪和定滑輪組合在一起使用，就構成了滑輪組。
滑輪組有什么作用？通過參與組裝滑輪組和提升重物的對比測量來研究這個問題。
1.組裝最簡單的滑輪組。
出示組裝滑輪組的材料并向學生介紹，演示組裝一個滑輪組的方法：將一個滑輪固定在鐵架臺的上端，作為定滑輪；在定滑輪的固定鉤上系上一根線，繞過另一個滑輪后再繞過已固定的定滑輪，組成一個簡單的滑輪組。
學生分組組裝簡單滑輪組，這里可能需要花一定的時間。然后對滑輪組的作用開展實驗研究，并記錄好相關數據。
實驗后，小組學生對實驗數據進行分析整理，寫出對滑輪組作用研究的發現。這里可能會出現第一次實驗的省力效果并不明顯，要引導學生通過觀察發現，此時動滑輪本身也是重物的一部分，但是隨著鉤碼重量的增加（滑輪本身的重量沒增加），省力的效果就明顯了。
2.組裝由多個定滑輪和多個動滑輪組成的滑輪組。
提出如果增加滑輪組的滑輪數量，用力大小會怎么變化？用與前面實驗相同的方法進行實驗，記錄實驗情況，并分析實驗數據，得出結論。
3.有趣的游戲——小個子戰勝大力士。
教師介紹游戲的方式，學生學習教科書上的游戲方法與規則。出示游戲器材，找兩個大個子學生和一個小個子學生參加游戲（受器材影響，當摩擦力較大時，大個子與小個子的力量懸殊不要大太）。要求沒有直接參加游戲的學生對游戲的數據進行記錄，尋找其中的規律。
最后組織學生根據本課的實驗研究解釋為什么塔式起重機能夠吊起那么重的物體。

第7課 斜面的作用

（一）背景和目標
這一課中，學生將通過觀察生活現象認識一種新的簡單機械——斜面。他們還將在實驗中對比測量直接提升重物與用斜面提升重物所用力量的大小，也將在實驗中更深入地對比研究同一重物在不同坡度斜面提升時的用力情況。在前面一系列簡單機械原理及作用研究的幫助下，通過認識斜面，提出“斜面是否能夠省力”的科學問題，設計出簡單的對比實驗并進行實驗研究，學生可以獲得對簡單機械斜面的作用及省力原理的認識。
在漫長盤旋的公路上，汽車都能正常行駛，而在特別陡峭的山路上，馬力小的車就感到吃力了；我們在走坡路時，走坡度大的斜坡明顯比走平緩的斜坡吃力。但是怎樣用科學的實驗來說明斜面的作用及坡度的大小與用力大小的關系呢，這就是本課要探究和解決的問題。

科學概念
●像搭在汽車車廂上的木板那樣的簡單機械叫斜面，斜面可以省力。
過程與方法
●制訂一個簡單的研究計劃并用實驗的數據來說明斜面的省力規律。
情感、態度、價值觀
●積極參與科學實驗，愿意與同學進行合作交流。

（二）教學準備
為每組學生準備：1塊搭斜面的平面板狀材料、4個不同高度的小物品、1盒鉤碼、1個測力計。
為全班學生準備：有關斜面機械使用情境的圖片或視頻資料。

（三）教科書說明
教科書共兩頁，分為兩部分。包括研究斜面有什么作用和不同坡度的斜面有什么不同兩個主要活動。
第一部分：斜面有什么作用
本課的學習從生活現象引入，讓學生形象地認識“斜面”這一新的簡單機械。斜面概念的呈現也是描述性的。“斜面能省力嗎”。教科書中四個學生的對話提示至少要做好四個方面的準備或研究：搭個斜面進行模擬實驗；自己擬訂科學實驗計劃；對比研究直接和用斜面提升重物的用力情況；用不同重量的物體在同一個斜面上對比研究。
在這個研究中學生們會發現同一物體從斜面拉上去用的力都小于直接把物體垂直提上去用的力。所以斜面可以省力。
第二部分：不同坡度的斜面有什么不同
斜面能省力是對斜面作用研究的發現。科學研究往往是在有了研究發現后又提出新問題，使研究更深入。那么斜面省力大小與斜面坡度大小有什么關系嗎？按照教科書中的設計組織學生開展實驗并記下相關數據。
對比表格中的實驗數據，學生們可以清楚地看到坡度越小用力越小，坡度越大用力越大，直接垂直向上提重物相當于坡度為90°，用力最大。由此可以得出結論：斜面都能省力，坡度越小越省力，坡度越大越不省力。
生活中應用斜面的地方是很多的，這里讓學生在生活經歷中去發現。教科書中呈現的立交橋的引橋和螺絲釘，可以幫助學生從大的設施到很小的工具各方面去尋找斜面。比如文具盒里的剪刀、卷筆刀等刀具的刀口；生活中的斧頭、菜刀、樓梯、盤旋的山路、高速公路立交橋的引道、螺絲釘等。
一條直的上山的公路的坡度很大，而“S”形的盤山公路由于路程的延長而坡度變小。螺絲釘的螺紋相當于盤山路，延長了路程，坡度變得很小，因此用螺絲刀轉一轉就能輕松地將螺絲釘推進木頭里。在前面取出釘子和螺絲釘的實驗中，由于釘子沒有螺紋，相當于坡度很大，用羊角錘使勁才能取出釘子；而螺絲釘有螺紋，坡度變得很小，用螺絲刀就能輕松地將螺絲釘取出。

（四）教學建議
引入
呈現有坡度山路的圖片或視頻。
我們走過盤山公路嗎？
讓學生描述他們的經歷和感受(可以出示相關的圖片或視頻幫助學生回憶)。并說說還有哪些接觸斜坡的經歷。
斜面有什么作用
出示在人行天橋上推自行車或沿木板推貨物上車的情景圖，提示：人行天橋的斜坡、搭在汽車車廂上的木板也是一種簡單機械，叫斜面。
學生進行關于斜面機械的簡單探討，提出問題：斜面能省力嗎？
1.制訂一個研究計劃。
首先需要建造一個斜面。組織學生交流自己的研究方法和步驟。
不同物體在用斜面和不同斜面的情況下提升，它們的用力情況會怎樣？我們可以作個比較。
2.學生分組實驗，并記錄每一次實驗數據。
分析實驗數據，整理小組的發現并集中交流，認識斜面的作用。
研究不同坡度的斜面
幫助學生深入思考：不同坡度的斜面省力情況有什么不同。
學生交流、完善計劃，并開展實驗活動。
分析實驗數據：坡度越小用力越小，坡度越大用力越大，直接垂直向上提重物相當于坡度為90°，用力最大。所以得出結論：斜面都能省力，坡度越小越省力，坡度越大越費力。
斜面在生活中的應用
找一找我們的教室里哪些地方應用了斜面的原理。
找一找教室以外的環境中應用斜面的地方。
解釋用螺絲刀比用釘錘能輕松地將螺絲釘釘入或取出的原因。
解釋盤山公路為什么要修成“S”形。

第8課 自行車上的簡單機械

（一）背景和目標
最后一課，是讓學生通過觀察，研究他們所熟悉的自行車這個綜合運用簡單機械的交通工具，將自己前幾課所學的原理運用到實際生活中去。通過本課的活動，可以評價學生運用所學到的有關簡單機械原理的能力。每一個學生將分析自行車上的鏈條和齒輪兩個機械結構，然后尋找自行車上更多的簡單機械，最后集中探討本單元所認識過的簡單機械的種類和它們的作用，形成對簡單機械的總體認識。

科學概念
●自行車運用了輪軸、斜面、杠桿等簡單機械的原理，是應用廣泛的交通工具。
過程與方法
●發現并分析自行車上更多的機械種類和作用。
情感、態度、價值觀
●通過整理已認識的各類機械和機械的作用，意識到機械與我們的生活密切相關。

（二）教學準備
為每組學生準備：1輛自行車或完整的自行車結構圖。
為全班學生準備：至少1輛變速自行車。

（三）教科書說明
教科書共3頁，分為三部分。
教科書首先介紹了自行車是一種簡單、方便、環保的交通工具，很多人都喜歡使用它。老師可以讓學生觀察自行車，告訴學生自行車是簡單機械的巧妙結合，從而激發學生了解自行車機械原理的興趣。
第一部分：自行車上的鏈條和齒輪
讓學生自行組合，組成幾個自行車研究小組（根據情況，若不能備齊每組一輛自行車，可為全班學生找到一輛變速自行車，各小組研究自行車結構圖）。老師引導學生關注“人的力量是怎樣傳到車輪上去的”，讓學生分組對自行車進行細致的觀察，找出要分析的各個部位，探討自行車上鏈條和齒輪的作用。
通過觀察思考兩個齒輪的大小對改變輪子轉動快慢的作用，促進學生展開比較測量的實驗研究活動。在具體的實驗研究中發現，輪軸機械原理在自行車上的應用（以三擋變速自行車為例）：自行車腳踏板的大齒輪帶動最小的驅動輪齒輪，轉速最快，但是用力最多；自行車腳踏板的大齒輪帶動中驅動輪齒輪，轉速變慢，但是比較省力；自行車腳踏板的大齒輪帶動最大的驅動輪齒輪，轉速最慢，但是省力最多。
在學生對齒輪有所認識的基礎上，老師和學生共同觀察研究變速自行車多個齒輪的作用，即大小齒輪間輪換的作用及機械原理，感受到簡單機械的巧妙作用。
第二部分：尋找自行車上的簡單機械
在對自行車鏈條和齒輪研究的基礎上，鼓勵學生尋找觀察自行車上其他部位更多的機械。
第一步，分小組在自行車上尋找運用簡單機械的部位，選擇一個本組感興趣的機械問題，教科書上3個學生的發言是一些提示。
第二步，根據選擇的機械種類，小組開展實驗研究。教科書上呈現的三幅圖中車把是輪軸、剎車是杠桿、腳蹬子是輪軸。學生可以觀察分析更多的機械部位，并整理記錄下來。
第三步，對觀察研究進行交流。學生可能會發生一些爭論。通過交流，可以對各小組的觀察分析進行評價。
第三部分：討論
這里再進行一次對簡單機械的討論，可以幫助學生對獲得的相關信息進行整理，教師也可以通過這一活動，評價學生在經歷了一單元的學習后對機械的認識是否得到了發展。

（四）教學建議
引入：出示一輛自行車
自行車是簡單、方便、環保的交通工具，很多人都喜歡使用它。我國就是一個自行車大國。今天我們就來對自行車進行觀察研究。
研究自行車上的鏈條和齒輪
我們知道自行車是簡單機械巧妙的組合，可以依靠人的力量前進。人的力量是怎樣傳到車輪上去的？
1.將全班學生分成小組，以組為單位進行研究。學生觀察自行車上的鏈條和齒輪，分析它們的作用和原理。教師可以用以下問題幫助學生研究：（注：兩齒輪是指腳踏板大齒輪和驅動輪小齒輪）
兩齒輪的大小對改變轉動的快慢有什么作用？
自行車大齒輪轉動一圈，小齒輪轉動多少圈？
小齒輪轉動一圈，大齒輪轉動多少圈？
2.學生進行細致的觀察實驗。討論齒輪轉動的快慢與齒輪的大小是怎樣的關系？
3.出示自行車實物，研究變速自行車上多個齒輪的作用，嘗試總結自行車變速過程中輪軸機械原理的運用。
尋找自行車上的簡單機械
鼓勵學生在自行車上尋找更多的簡單機械進行研究。
1.學生分組開展觀察研究活動，注意記錄下簡單機械的位置、機械的類型和機械發揮的作用。這里可能需要給學生更多自主的時間和空間，老師要參與到學生的探討中去，了解學生對簡單機械的認識情況和可能出現的問題。
2.全班進行交流，討論各種類型簡單機械在自行車上的運用，補充記錄本組沒有發現的簡單機械的應用。
拓展研究
引導學生討論在本單元研究過的簡單機械及它們的作用，學生對自己的認識進行記錄整理。鼓勵學生對簡單機械提出新的問題，促進學生繼續對簡單機械進行課外研究。


四、評價建議

在單元教學結束的時候，建議對學生們的學習作一次單元評價。評價可以是多元的，學生們可以自己評價，同學間也可以相互評價，但這些評價都要在老師的引導下進行。評價內容建議從以下這些方面去考慮：
1.“機械”及“簡單機械”的概念，包括杠桿、輪軸、定滑輪、動滑輪、滑輪組、斜面這幾類簡單機械的描述性概念。
2.杠桿的原理、分類及運用。
3.輪軸的原理及運用。
4.定滑輪、動滑輪的原理及運用。
5.滑輪組的原理及運用。
6.斜面的原理及運用。
7.觀察分析自行車上一些簡單機械的運用及原理。
8.設計并開展測量實驗、對比實驗的情況，整理分析實驗數據并形成解釋的能力。


五、參考資料
關于機械
使用機械的目的:省力或加快速度(省時)或操作方便(改變力的方向)，使用機械絕對不能省功，也不會產生功，而只能傳遞或轉換功和能。
簡單機械：常用的機械大都是由杠桿、輪軸、滑輪以及斜面等幾種基本組件組合而成的。上述的幾種組件，可稱之為簡單機械。
杠桿的種類及作用
杠桿是一種簡單機械；一根結實的棍子（最好不會彎又非常輕），就能當作一根杠桿了。

上圖中，方形代表重物、圓形代表支點、箭頭代表用力點，這樣，你看出來了吧？在(圖1)中，在杠桿右邊向下用力，就可以把左方的重物抬起來了；在(圖2)中，在杠桿右邊向上用力，也能把重物抬起來；在(圖3)中，支點在左邊、重物在右邊，力點在中間，向上用力，也能把重物抬起來。
請注意，在(圖1)中，支點在杠桿中間，在物理學里，把這類杠桿叫做第一類杠桿；(圖2)是阻力點在中間，叫做第二類杠桿；(圖3)是用力點在中間，叫做第三類杠桿。
第一類杠桿，例如：撬棍、剪刀、釘錘、拔釘器……這類杠桿可能省力可能費力，也可能既不省力也不費力。這要看用力點和支點的距離，用力點離支點愈遠則愈省力，愈近就愈費力；如果阻力點、用力點距離支點一樣遠，就不省力也不費力，只是改變了用力的方向。

第二類杠桿，例如：開瓶器、榨汁器、核桃夾、獨輪手推車……這類杠桿的用力點一定比阻力點距離支點遠，所以永遠是省力的。

第三類杠桿，例如：鑷子、烤肉夾子、筷子……這類杠桿的用力點一定比阻力點距離支點近，所以永遠是費力的。

輪 軸
輪軸：由兩個半徑不等的圓輪，固定在同一軸心上，這種機械稱為輪軸。
輪軸事實上是杠桿的變體，若把軸心當作支點，則輪半徑R是輪上作用力的力臂，而軸半徑r是軸上作用力的力臂，此時的輪軸恰為支點在中間的杠桿。

輪軸的應用：
1.若動力在輪上時，由于動力臂較大，因此動力會小于阻力，此時的輪軸必省力，而代價則是動力移動距離加長。
2.若動力在軸上時，由于動力臂較小，因此動力會大于阻力，此時的輪軸必費力，但動力的移動距離較短。
3.門的球形鎖是輪與軸的例子。圓形把手的半徑較穿過門的心軸為大，使我們能以較小作用力來旋轉心軸。若是取掉圓形把手只靠心軸本身來旋轉，將發現沒有輪軸機械的幫助，旋轉心軸非常困難。其他如：方向盤、螺絲刀、絞盤等也是輪軸的應用。
滑 輪
滑輪：邊緣有凹槽，能繞中心軸自由旋轉的輪，稱為滑輪，可分為定滑輪與動滑輪兩種。

定滑輪：滑輪的軸固定不動的，稱為定滑輪。
1.定滑輪可視為支點在中間，且兩臂等長的杠桿應用。以定滑輪吊起重物時，繩上作用力與負荷相等，即不會省力。
2.使用定滑輪吊起物體時，只是為了改變力的作用方向，達到操作方便的目的。
3.使用定滑輪時，繩子拉力的方向和拉力的大小無關，此時因拉力的方向總是和臂垂直，故物體被拉升的方向與拉繩子的方向無關。
動滑輪：滑輪的軸可隨物體上下移動，稱為動滑輪。
1.動滑輪可視為阻力點在中間，且動力臂為阻力臂兩倍長的杠桿的應用。
2.以動滑輪吊升物體時，繩上作用力的大小約為負荷的一半，可以達到省力的效果。
3.使用動滑輪時，拉力的大小和拉繩的方向有關。拉力的大小視拉繩方向和垂直方向之夾角的增加而增大。
滑輪組：定滑輪和動滑輪可用許多不同組合方式得到滑輪組，不同的滑輪組有不同的機械利益比。換個說法，滑輪系統中機械利益比是由滑輪的數目與組成位置而決定的。

斜 面
斜面：與水平面成傾斜的光滑平面，稱為斜面。
1.以斜面裝置拉動滑車至高處的作用力，比直接吊起滑車至高處的作用力要小，也就是說，斜面可以用較小的力將物體抬至高處。

2.斜面越長或斜面高越短即斜角越小，則越省力。
3.斜面的應用。
（1）日常生活中有很多事物應用斜面的原理而達到省力的目的，如樓梯、蜿蜒而上的山路等。
（2）若將兩個斜面結合在一起，則形成一種稱為楔（或稱為劈）的簡單機器。楔在切割并分裂東西時非常有用。刀、斧及人類門牙均為楔的例子。

（3）若將斜面圍繞在圓柱上，則形成稱為螺旋的簡單機器。常用來固定物體的螺絲、附螺紋的瓶蓋、螺旋式汽車千斤頂等都是應用螺旋的裝置。
斜面雖然已被人類使用數世紀之久，但直到1586年，斯蒂文才提出理論上的說明，當一物體沿一光滑斜面向上推時，將其提高到斜面頂端所需的力是F=wh/d，其中F是平行于斜面方向施加于物體的外力，W是物重，h是斜面的高度，d是斜面長度。斜面減少了提高物體所需之外力，是因斜面具有機械利益，即d/h比值。斜面越平緩，機械利益越大。
拉鏈也是斜面應用的一種，斜面使拉拉鏈的微小力量轉換成足以分合鏈齒的強大力量。




形狀與結構

一、單元概述

物體，不管是天然存在的還是人工制造的，大多具有可見的形狀和結構，它們以其形而顯其身，千姿百態。它們為什么具有這樣的形狀和結構呢？這其中蘊涵著大自然的客觀規律，也反映了人類的聰明才智和科技發展的水平。
本單元所說的形狀結構，是指能夠承受一定外力作用，不會發生形狀和大小改變的構造。學生在學習中要了解身邊幾種常見的結構，知道結構具有不同特點能滿足不同的需要；發現改變物體的形狀結構可以改變其承受力的大小；體驗科學、技術對社會進步的巨大影響；提高探究興趣，發展探究能力。
學生在五年級時探究了力和運動的關系，知道了力可以改變物體的運動狀態。其實，靜止的物體也無不受到力的作用。本單元引領學生探究物體的形狀結構，可以發展他們對力的認識，知道力還有使物體形變甚至破壞的作用。
本單元選取了幾種最常見的形狀結構，聯系學生身邊熟悉的事物，由淺入深地進行探究，最后進行綜合和應用。內容可以分為兩大部分。
第一部分（第1~7課）是探究形狀結構的科學道理。其中，第1~6課是分別研究條形、拱形、框架等結構，第7課是認識橋梁的結構。
第二部分（第8課）是設計科學合理的形狀結構。
各課具體內容是：
第1課“抵抗彎曲”、第2課“形狀與抗彎曲能力”研究條形材料抗彎曲能力與形狀的關系。
第3課“拱形的力量”、第4課“找拱形”研究拱形承受力的特點，并從認識拱形拓展到認識圓頂形、球形、各種弧形；從對人造物體的研究擴展到生物體的研究。
第5課“做框架”、第6課“建高塔”認識框架結構的特點，研究加固框架結構的方法和物體穩定性問題。
第7課“橋的形狀和結構”是認識橋多姿多彩的形狀和結構，這課匯集和拓寬了前面幾種結構的認識，并為下一課學生造“橋”作了鋪墊。
第8課“用紙造一座‘橋’”安排了一個具有挑戰性的設計制作活動，是對學生綜合運用知識能力和動手能力的培養和評價。
本單元學習的內容與生活的聯系十分密切，教學材料簡單易得，動手操作特點突出。我們要充分利用這些優勢，把制作和探究相結合，把科學教育和技術教育相結合，以取得最佳的教學效果。


二、單元教學目標

科學概念
●柱、梁、拱形、框架等形狀結構各有不同特點，能滿足人們的不同需要。
●增加梁的厚度可以增加抗彎曲能力。改變材料的形狀，可以改變材料的某些性能。
●知道拱形承受力的特點是可以向下和向外傳遞承受的壓力。了解圓頂形、球形等有與拱形相似的特點。
●三角形框架具有穩定性，利用三角形可以加固框架結構。
●上小下大、上輕下重的物體穩定性好。
●形狀和結構與它的功能是相適應的。

過程與方法
●制作、預測和測試結構的承受力。
●用簡單材料獨立探究物體不容易倒的秘密。
●識別和控制變量，記錄數據、分析數據，得出合理結論。
●用不同方式進行解釋。
●把探究的結果與最初的假設相比較。

情感、態度、價值觀
●發展樂于動手、善于合作、不怕困難的品質，體驗獲得成功的喜悅。
●在探究中既能大膽假設，又能小心求證。
●尊重自己和他人的制作成果。
●發展尊重他人、認真傾聽、敢于發表意見的品質。
●感受科學技術對社會的作用，對生活的影響。
●懂得欣賞橋梁建筑形狀和結構的美。


三、分課時教學建議

第1課 抵抗彎曲

（一）背景和目標
從形狀和結構的角度看建筑物，幾乎所有的建筑物都有柱子和橫梁或類似柱子和橫梁的結構。從承受壓力的特征上看橫梁，它的抗彎曲能力與其寬度成正比，與高度（厚度）的平方成正比，增加材料的厚度可以非常明顯地增大抗彎曲能力。把材料做成“T”“工”“○”等異型形狀也利用了抗彎曲能力與材料“厚度”的特殊關系。作為本單元第一課首先引導學生研究紙的厚度與抗彎曲能力的關系，為后面的研究奠定認識的基礎。本課有兩個活動。
第一，研究梁的抗彎曲能力與什么有關。在有關的因素中實驗研究抗彎曲能力分別與梁的寬度、厚度的關系，發現厚度增加，梁的抗彎曲能力大大增加。
第二，研究橫截面是長方形的橫梁平著放好，還是立著放好。讓學生用前面研究的結果進行解釋，并用做簡單實驗的方法來證明。活動由教師指導下的研究變為學生獨立的操作和研究。

科學概念
●房屋、橋梁結構中有“柱”和“梁”，梁比柱容易彎曲。
●增加梁的寬度可以增加抗彎曲能力，增加梁的厚度可以大大增加抗彎曲能力。
過程與方法
●識別和控制變量，記錄數據，分析數據并得出合理結論。
●用簡單實驗說明橫截面為長方形的橫梁為什么都是立著安放的。
情感、態度、價值觀
●能夠大膽假設又能在實驗中小心求證。

（二）教學準備
為小組準備：長度、寬度相同、厚度不同的紙條（相同的卡紙粘貼而成），長度、厚度相同、寬度不同的紙條；鐵墊圈、竹片或尺子。
教師自己準備：有關的建筑圖片。

（三）教科書說明
本課通過兩段文字和四幅圖引導學生認識房子、橋梁都有柱子和橫梁，是靠柱子和橫梁支撐的，橫梁比柱子容易彎曲。由此引入本課研究的內容。
第一部分：橫梁的抗彎曲能力與什么有關
本部分先讓學生推測梁的抗彎曲能力與什么有關。梁的抗彎曲能力與材料有關，與長短有關是比較好理解的。本課只引導學生用實驗的方法研究梁的抗彎曲能力與其寬度、厚度之間的關系。
兩個實驗都是對比實驗，教科書都提示了學生思考“應該控制哪些條件不變？怎樣控制這些條件不變？”兩個實驗都要控制墊起紙板的高度不變，“彎曲了”的標準不變，紙板懸空部分的距離不變，放墊圈的位置不變。所不同的是第一個實驗是改變紙板寬度而厚度不變，第二個實驗是改變紙板厚度而寬度不變。
在兩個實驗中，改變寬度和改變厚度都要成倍數地改變，這樣容易看出實驗數據的規律。
通過實驗的數據，學生可以發現：紙的寬度增加，抗彎曲能力也會增加。紙的厚度增加，抗彎曲能力會大大增加。他們自然會進行比較思考，要增加抗彎曲能力，增加厚度比增加寬度更有效。
本課的重點是指導學生做好這兩個實驗，讓學生經歷預測、實驗、記錄、分析數據得出結論的過程。
第二部分：橫梁平著放好，還是立著放好
學生觀察會發現，幾乎所有的梁橫截面都是長方形的，而且都是立著安放的，也就是梁的厚度比寬度大。教科書要求學生說說這樣安放的理由，啟發學生用剛學的知識進行解釋，還要求他們用做簡單的實驗來證明自己的看法。學生可以用冰棍木片、塑料尺子進行演示證明。這是對第一部分研究結論的應用。

（四）教學建議
1.認識柱子和橫梁。
本課導入部分讓學生認識柱子和橫梁，這不但是本課的需要，也是整個單元的需要。要從兩方面建立新認識。
（1）房子和橋梁都是依靠柱和梁支撐的。這要通過觀察、比較最簡單的房子和最簡單的橋的結構特點來認識。用板凳來比喻柱和梁，用板凳來比喻房子和橋梁，學生就容易理解房子和橋梁結構的共同點了，因為它們在結構上都和板凳是類似的。
（2）通過對比讓學生認識到，柱子承受的壓力是要把柱子壓短、壓碎，這當然是很不容易的。橫梁承受的壓力要把橫梁壓彎、壓斷，這就比較容易了。所以，研究橫梁抗彎曲能力就很重要了。
2.紙的寬度與抗彎曲能力的實驗。
（1）準備紙橫梁。選用的紙不能太薄，太薄的紙連自身重量都不能承受或只能承受自身重量，加一點點外力就彎曲了，無法進行對比實驗。但紙也不能太厚，太厚沒有彈性，或者壓不彎，或者壓彎時已經壓壞了。課前必須對選的紙先行試驗，看看合不合用。一般來說，選用0.5毫米左右厚的卡紙，即通常稱為薄紙板的紙比較合適。將紙裁成長大約2５厘米，寬分別是３厘米、６厘米、12厘米（或2厘米、4厘米、8厘米）的紙條備用。
（2）為了紙條不被過度彎曲而能夠多次使用，在實驗中，紙條墊起的高度要控制在2厘米左右。這也是為了保證每次實驗紙條彎曲的程度相同。每次實驗以紙條中部接觸到桌面為最大彎曲度，這時承載的墊圈數為它的抗彎曲能力。
（3）在討論這個對比實驗應該怎樣做時，要讓學生清楚應控制哪些條件不變。除紙橫梁厚度、長度相同，彎曲程度相同外，紙橫梁架空的長度也要相同（紙條架空長度可控制在20厘米左右），墊圈都要放在中間位置，都要輕輕地放。實驗改變的只是紙的寬度。為了便于比較，我們要成倍地變化。
（4）在第一次測試后，可以設問：猜想一下，寬度增加一倍抗彎曲能力是多少？寬度增加兩倍呢？先預測后實測，不但能提高學生對實驗數據的關注程度，更重要的是促使他們思考寬度與抗彎曲能力的關系。
3.紙的厚度與抗彎曲能力的實驗。
（1）準備紙橫梁。把0.5毫米左右厚的卡紙切成長約25厘米、寬約3厘米（或2厘米）的條形，再分兩張、四張分別粘在一起壓平，做成厚為1張紙、2張紙、4張紙而長寬相等的三個紙橫梁。粘紙條的時候，最好把紙頭錯開一點，能明顯看出是幾張紙粘成的。糨糊要盡量少放。
（2）同樣要讓學生清楚這個對比實驗應控制哪些條件不變，改變的是哪個條件。
（3）這個實驗紙橫梁抗彎曲能力差別十分明顯。得出的結論可以是描述性的：厚度增加，抗彎曲能力大大增加。或者厚度增加一倍，抗彎曲能力的增加大大超過一倍……
（4）在做完這個實驗后，應該引導學生比較一下，要增加紙橫梁的抗彎曲能力，增加紙橫梁寬度與增加紙橫梁厚度，哪種方法更好。讓學生通過實驗數據的對比認識到增加紙橫梁的厚度是增加其抗彎曲能力的好辦法。
4.解釋橫梁平著放好還是立著放好。
（1）如果有條件，可以先讓學生觀察教室頂上的鋼筋混凝土橫梁，橫截面是什么形狀的，它是平放的，還是立著放的。指出這里平著放和立著放都是針對橫截面而言的。然后再用圖像提供一些觀察對象。
（2）提問：橫梁為什么都是立著安放的呢？你們怎樣用尺子（或冰糕木片）來證明你們的觀點呢？（用手彎折尺子，平著很容易折彎，立著折不彎。說理由的關鍵點是，厚度比寬度更能提高梁的抗彎曲能力）。

第2課 形狀與抗彎曲能力

（一）背景和目標
增強材料抗彎能力的另一種方法是改變材料的形狀，這種方法的道理根源于改變材料的寬度和厚度。現在來研究材料的形狀與抗彎曲能力，可以讓學生認識到為什么改變形狀就可以改變抗彎曲能力了。本課有兩個活動。
第一，研究形狀與抗彎曲能力的關系。用同樣的紙做成像條形鋼材那樣的各種形狀，測量它們的抗彎曲能力，并與平展的紙比較，認識改變材料形狀可以改變其抗彎曲能力。更進一步的道理，教科書用資料形式給出，學生可以通過閱讀來理解。
第二，研究瓦楞紙板的形狀結構。瓦楞紙板有三層或五層，中間一層或兩層是波浪形的，這幾層薄紙板黏合在一起形成一個整體。這種結構使瓦楞紙板的強度大大增加，比把三、五層薄紙板平粘在一起強度大多了。研究瓦楞紙板不但可以加強對第一個活動的認識，而且可以讓學生有新的發現或產生疑問，從而引導學生的認識向較復雜的形狀結構前進。

科學概念
●改變材料的形狀，可以改變材料的抗彎曲能力。
過程與方法
●做紙的形狀與抗彎曲能力關系的實驗。
●觀察瓦楞紙板的結構，作出解釋和提出問題。
情感、態度、價值觀
●意識到小組合作做實驗進行探究的必要性。
●樂于根據觀察作出解釋和提出問題。

（二）教學準備
為小組準備：實驗用的大小相同的紙若干張、鐵墊圈、膠水、包裝箱瓦楞紙板。
教師自己準備：一些不同形狀的鋼、鋁型材樣品或相關圖片。

（三）教科書說明
本課讓學生觀察不同形狀的鋼材、鋁材，并提出問題引入研究。教科書插圖中是角鋼、工字鋼、槽鋼、圓鋼管、口形鋼等條形材料。
第一部分：形狀與抗彎曲能力
本部分指導學生用平展的紙梁和折成鋼材形狀的紙梁做實驗來研究形狀與抗彎曲能力的關系。插圖中折的和記錄表中畫的幾種形狀都是比較好放鐵墊圈的。研究的目的不是要區分這幾種形狀抗彎曲能力的大小，而是與平展的紙比較，發現改變薄形材料的“－”字形形狀，都可以增大其抗彎曲能力。
要使測試公平，就應當用長、寬、厚薄都與平展的紙一樣的紙來折各種形狀，紙梁架空的距離一樣，放墊圈的位置一樣。
實驗后，教科書提出了兩個研討問題。第一個問題“各種形狀的紙橫梁比平板紙橫梁抗彎曲能力大多少？”是引導學生認識改變薄形材料的形狀都可以增大它的抗彎曲能力。
第二個問題“為什么改變形狀也能提高材料的抗彎曲能力？”是引導學生對這種現象進行思考，發現現象后面隱藏的實質。這個實質要讓學生獨立發現是有困難的，教科書中有一段配圖的文字供學生閱讀，教師可以根據學生實際靈活處理，可研討、可閱讀、可講解。
第二部分：瓦楞紙板的研究
經過手掰瓦楞紙板感覺其軟硬，撕開觀察其構造，學生會發現瓦楞紙板有特殊的構造，正是這種構造使其抗彎曲能力變得很大。觀察后研討這樣的結構為什么使柔軟的紙變堅硬了，要學生作出自己的解釋，這是對本節課形成的科學概念的變式應用。希望學生能發現瓦楞紙板不只是把紙單純的彎折，也不是把紙單純的平粘增加厚度，而是又折又黏合。
要求學生提出一些問題，是希望他們能發現得更多，思考得更多。如瓦楞紙板方向不同，抗彎曲能力是不同的，為什么？彎曲的中間層好似一個個連續的拱形，拱形有什么特點……讓探究的觸角伸展開來。

（四）教學建議
1.研究形狀與抗彎曲能力的關系。
（1）在學習形狀結構與抗彎曲能力的關系內容時，如果能找一些做塑鋼窗、鋁合金窗的邊角余料給學生實際觀察，效果就更好了。在導課時，出示這些材料，介紹它們的名稱，看一看材料壁的厚薄，感覺一下它們的結實程度。讓學生解釋一下這些材料為什么要做成這種樣子。然后引入研究課題，并具體化為折紙橫梁來測量它們的抗彎曲能力。
（2）提供給學生做實驗的紙不能太薄，紙太薄保持不住折成的形狀，也就無法研究下去了。用牛皮紙、掛歷紙那樣厚的紙比較合適，容易折疊又比較容易保持住形狀。折不同形狀的紙大小應該是相同的。
（3）同樣做這個實驗，可以讓學生自己去折不同的形狀來做研究。教科書插圖中和測試記錄表中幾種形狀是列舉性的，不是規定必須測量的。研究的最終目的也不是要找到哪一種形狀抗彎曲能力最強，而是要發現用不同形式改變薄形材料的“－”字形形狀，都可以增大它的抗彎曲能力。當然，學生測量了幾種形狀，是可以比較出哪一種形狀承重能力更強些，但這不是主要的。
（4）讓學生認識到這個實驗控制不變的條件是做紙橫梁所用紙的大小，因此折出來的長度、架空的距離、放墊圈的位置都應該是一樣的。唯一改變的是紙橫梁的形狀。
形狀改變，寬度自然改變，實質上厚度也改變了，所以，學生說寬度改變了是對的，說厚度改變了也是對的。但是教師要指出，這些改變也就是形狀改變含義的一個方面。
（5）折成不同形狀的紙比平展的紙更能抗彎曲，是學生原來就有的認識，不是通過現在的實驗才發現的，這個實驗是在驗證和強化學生原有的認識。所以我們需要繼續把科學概念向前推進，問：為什么折成這些形狀抗彎曲能力就增大了呢？學生自己想不明白說不清楚沒關系，可以閱讀教科書上的資料，通過閱讀資料來學習。然后，要學生用自己的話說說這些形狀為什么相當于增加了材料的厚度。
（6）要注意的是，清楚地認識和表述為什么改變形狀可以增加抗彎曲能力不是對每個學生的要求，我們的教學目標是“認識改變材料的形狀，可以改變材料的抗彎曲能力”。引導學生思考一下這是為什么，是為了加強這個目標。
同時，也不能認為這個目標還是學生原來的認識水平。不是的，現在的這個認識已經是用實驗數據證明，有科學道理支撐的認識。
2.瓦楞紙板的研究。
（1）瓦楞紙板的各層是粘在一起的，在教學時要完整地解剖一部分，有一定的難度也費時間。所以建議課前先把一些瓦楞紙板剝開，作為只供觀察的材料。另外再提供一些瓦楞紙板讓學生去彎折感覺軟硬，撕開后再感覺軟硬。
（2）觀察過程中教師可以提一些問題引導學生思考：瓦楞紙板一共有幾層？每層的厚薄、軟硬、形狀如何？瓦楞紙板的結構有什么特點？
（3）學生觀察后可以提出問題：你們認為瓦楞紙板抗彎曲能力強的原因是什么？啟發他們作出自己的解釋。還有什么問題嗎？希望他們能提出一些自己的疑問。
如果學生能大膽地試著作解釋，提出他們想知道的問題，我們的目標就達到了。

第3課 拱形的力量

（一）背景和目標
拱形結構是一類很重要的結構，應用廣泛。拱形結構又叫推力結構，它的特點是把受到的壓力分解成向下的壓力和向外的推力，是所有結構中唯一產生外推力的結構。研究拱形的承重特點更具趣味性和挑戰性。本課有兩個活動。
第一，測試紙拱的承重能力。用紙拱做實驗研究拱形的承重特點，材料好找、簡單易行。實驗中不斷想辦法控制拱變形的問題，使紙拱不斷承載更大的重壓。通過實驗引導學生認識拱形承重的特點。
第二，搭一個瓜皮拱。紙拱畢竟是一個不會轟然垮掉的拱，做一個瓜皮拱不但饒有趣味，而且更能感受到拱形的承重特點。當學生小心翼翼地把很滑的、小塊的瓜皮搭成一個拱，看到這個拱并未垮掉甚至還能承重時，他們對拱形承重的特點會感受很深，會驚嘆拱形的“力量”大。兩個活動相比，前者是更理性的探究，后者是更感性的制作，相輔相成。

科學概念
●拱形可以向下和向外傳遞承受的壓力，所以能夠承受很大的壓力。
過程與方法
●根據觀察到的拱形產生的形變來推想它受力的狀況。
情感、態度、價值觀
●認識到邊實驗邊思考，對不斷深入研究的重要性。

（二）教學準備
為小組準備：做拱形的紙，鐵墊圈若干。
教師自己準備：相關的圖片資料。
學生自己準備：搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。

（三）教科書說明
本課從古代城門都是拱形，柔軟的紙做成拱形就變“堅硬”的事實引入對拱形結構的研究。
第一部分：測試紙拱的承重能力
用適當厚的紙做拱很容易，教科書選用紙拱來研究拱形承重的特點。研究紙拱承重能力分為三個步驟。
第一步，做一個紙拱放在桌上測試它能承受多少個墊圈的壓力，這樣的拱受一點點壓力就伸展開了。讓學生經歷這樣一個過程，他們會發現拱在受壓力時，拱腳會向兩邊推，會產生向外推的力。
第二步，怎樣使紙拱的形狀保持不變呢？用書抵住拱腳。學生繼續測試研究，會知道這樣的拱能承受比較大的壓力，而且觀察到隨著壓力的增大，拱開始慢慢變形。這一步的重點是引導學生根據拱形的變化分析力的作用，認識到拱形承受壓力的特點。
第三步，怎樣才能使紙拱承載更大的重量？教科書作了提示：看它是怎樣變形的，想怎樣使它不變形。引導學生想到把兩邊的書摞高些，更好抵住拱的外推力。
研究紙拱的承重能力是一個連續的過程，前后承重差別很容易觀察，所以沒有要求做實驗記錄。本課配圖的資料“拱形承重的秘密”能幫助學生把研究獲得的感性認識提升一步。
第二部分：搭一個瓜皮拱
搭瓜皮拱是模擬人們用磚、石塊建拱的活動。插圖中是用西瓜皮搭拱，呈現了搭瓜皮拱的過程和效果。教學中也可以用其他的瓜皮搭拱。教科書最后要求對瓜皮拱不垮作出解釋，解釋的過程是學生把新知識內化的一個過程。

（四）教學建議
1.測試紙拱的承重能力。
（1）搭紙拱的紙要有適當的厚度，如牛皮紙、舊掛歷紙或卡紙。這樣的紙當平展著時不能承載多大的重量，但做成拱形后能承載相當的重量，對比比較鮮明。
（2）紙拱有其特點，變形很嚴重了都不垮塌，到底怎么算它“能承受多大的重量”？所以，我們在教學時要先讓學生認識到這個特點，并約定一個標準，紙拱變形到什么程度就算是超過它的承載能力了，就相當于“垮掉了”，這樣才便于研究比較。
盡管約定的這個標準也不是很標準，但是是很必要的。
（3）做實驗的步驟和指導。
①要求學生把紙先卷一卷再松開，做成一個拱形，用鐵墊圈測試一下它能承受多大的壓力。這個拱不能借助其他物體幫助。
研究為什么這個拱不能承受稍微大一點的壓力，要使拱能多承受幾個墊圈，怎么辦。
（這個拱受壓就伸展平了，所以承受不了多大的壓力。把拱足抵住，就可能多承受墊圈的重量）。
②用兩本書分別抵住兩邊拱腳，使紙拱不塌下來。測量這樣的拱能承受幾個墊圈的重量。
提問：隨著壓力不斷增加，紙拱有什么變化？怎樣才能讓紙拱承受更多的墊圈？
（紙拱變形了，多用幾本書抵擋住拱形，使它不變形）。
③用較多的書抵住紙拱，再測量能承受多少個墊圈（可以承受更多的墊圈）。
（4）實驗中不斷想辦法解決紙拱變形的問題，實質是解決抵消拱的外推力的問題。因為力是看不見的，拱產生的形變是可以看見的，所以前面是以“怎么使紙拱不變形”來指導研究。在此基礎上，這時就需要引導學生認識外推力了。
研討為什么我們抵住拱足，拱就可以承受那么大的壓力。希望學生從實驗觀察中悟出：拱形受壓要向下和向兩邊擠，抵住拱足就抵消了它向兩邊擠的力。在經過一段討論后，閱讀教科書上的資料，進一步了解拱形承受力的特點。
2.搭一個瓜皮拱。
（1）選半圓形瓜皮，切下一個弧形條，寬度在3厘米至4厘米。
（2）把這根弧形的瓜皮條切成5塊。切口線的方向要指向想象中的圓心。切5塊是為了在搭建拱時兩手好拿。切成塊后注意按原來的順序放好。
（3）搭拱時可以在接縫處夾一張紙巾吸收滲出的水，紙巾大小與切口面相同或略小。要用物體把拱腳處抵住。
（4）可以全班共同搭建一個瓜皮拱，也可以要求學生課外做。
本課最后，可以給學生講述我國的趙州橋石拱的構造和特點。

第4課 找拱形

（一）背景和目標
在研究了典型的拱形的特點后，本課進一步發展學生對拱形的認識：認識圓頂形和球形等具有拱形相似特點的弧形結構；認識生活物品中的拱形；認識生物體中的拱形。這不但使學生對拱形的概念加深，也使學生科學探究的能力有所提高。本課有三個活動。
第一，了解圓頂形和球形的承重特點。狹義的拱形概念是指像上一課紙拱、瓜皮拱那樣的拱。其他由不同曲面構成的形狀分別叫圓頂形、球形、弧形、拋物線形，等等。廣義的拱形結構概念則包括所有的弧形，因為它們有共同的特征，又稱作弧形結構。基于學生的水平，我們采用狹義的稱呼。“找拱形”就是要在圓頂形、球形、不規則弧形結構中找出拱形的特征，采用的方法是引導學生把圓頂形、球形看成是拱形的組合。使學生對弧形結構有一個概貌性的了解。
第二，觀察分析塑料飲料瓶形狀結構的設計。讓學生通過觀察、分析悟出其中的道理，可以提高學生觀察、分析能力，體會到科學技術與生活的密切聯系。這項活動有綜合性、開放性特點，可以涉及美觀、方便或其他方面的一

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