1、专项学习专项学习 像工程师那样像工程师那样 一、一、设计意图设计意图 1.1.主题的提出主题的提出 科学学习不仅包括科学知识的学习，还包括科学方法与技能的学习。科学方法是人们在认 识和改造客观世界的实践活动中总结出来的思维方式和行为方式。在小学科学课程中， 存在着 科学探究与工程实践两类活动，它们看似有不少相同之处，如都要运用科学、数学知识，都要 做实验、分析数据但两者还是有很大区别，他们相互联系又相互区别，具有同等重要的地 位和作用。由此看来，区分这两类方法并建立与其相对应的能力训练体系是必不可少的。基于 此，本套教材在每册设计了专项学习的主题，让学生在做项目的过程中接受专门的、整体的、 系
2、统的工程实践与科学探究能力训练。 依据学生的特点，全套教材共设置 12 个专项学习板块，上册均为指向工程实践的“像工 程师那样” ，下册均为指向科学探究的“像科学家那样” 。两大板块各有侧重，均从一 年级至六年级螺旋上升， 旨在让学生经历一次次丰富而完整的科学(工程)活动过程， 提升科学 (工程)素养，强化科学(工程)思维，获得运用知识解决问题的能力，培养系统地、创造性地解 决问题的思维习惯。 “像工程师那样” ，依据小学科学课程内容标准“技术与工程”领域的内容，强调运 用科学、数学和技术领域的概念来系统解决真实情境中有意义的、复杂的问题，同时为高阶思 维的养成提供机会。这样的学习可以使学生有
3、机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个 人生活和社会发展的影响，使学生体会到“做”的成功与乐趣，养成通过“动手做”解决问题 的习惯。 本册教材关于工程实践专项学习的主题是 “设计并制作一个降落伞， 保护鸡蛋平稳降落” 。 通过这样一个任务， 让学生学会用简单明了的方法界定出任务的具体要求和限制条件。在此基 础上，通过文献检索与探究实验相结合的方式进行前期研究，探究伞面材料、伞面大小、伞面 形状、伞绳根数及长短与下降速度之间的关系。在此基础上设计解决问题的方案。之后依据设 计方案选择合适的材料，制作等比例缩小的实物模型，并通过测试，从材料选择的合理性、制 作技术的可操作性、产品的实用性等方面
4、进行分析，将测试得到的信息与任务要求进行对比， 分析设计上为什么不足， 以此改进完善自己的作品， 最后以多种形式和同伴互相展示交流自己 的作品。从工程实践能力培养的角度来看，本册着重指导四个主要环节明确问题、前期研 究、制作模型和测试改进，让学生有针对性地经历工程实践活动的完整过程。 2.2.对课程标准的落实对课程标准的落实 课程标准中将“科学、技术、社会与环境”作为科学课程目标中一个重要的方面，并 提出了相关总目标和学段目标。 “技术与工程领域”为小学科学课程内容四大领域之一，是让 学生运用数学、科学和技术领域的概念来解决真实世界中有意义的问题。教材将工程实践作为 上册的专项学习，以落实上述
5、要求。 课程标准 中提出工程设计的基本步骤为 “明确问题、 确定方案、 设计制作、 改进完善” 。 在查阅资料和本土实践研究的基础上，教材将工程实践细化为六个要素，即明确问题、前期研 究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流，并以此为主线，贯穿在包含本活动在内的每 个“像工程师那样”的工程实践专项学习中。 3.3.在整套教材中的地位在整套教材中的地位 正如三、 四年级教材中介绍过的那样， 进入中高年级后， 我们将工程实践细化为六个步骤： 明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流，让学生经历工程活动的完 整过程。其中的前期研究、设计方案、制作模型、测试改进是由低年级第一阶段的
6、设计制作环 节扩展出来的。 本册的专项学习让学生亲历工程活动的六个完整环节， 并抓住其中的四个环节明确问 题、前期研究、制作模型、测试改进进行重点指导。随着年级的上升，这些要素的指导要点呈 现螺旋上升的特点。明确问题环节：三年级需要学生明确工程任务是什么。五年级则强调用简 单明了的方式界定出任务的具体要求与限制条件。前期研究环节： 在四年级强调罗列出可能遇 到的问题的基础上，五年级突出将查阅文献与探究实验相结合，探究伞面材料、伞面大小、伞 面形状、伞绳根数及长短与下降速度之间的关系。制作模型环节：四年级重点指导确定模型的 大小、选择合适的材料和工具。五年级强调依照设计方案、根据实际需要制作等比
7、缩小的实物 模型。 测试改进环节： 三年级需要学生讨论测试方法， 进行多次测试。 五年级进一步细化要求， 强调进行反复多次的测试，根据测试结果来判断是否达到任务要求， 对不符合要求的进行思考 及改进，进一步强调迭代的工程思想。 低年级低年级 中高年级中高年级 4.4.次级主题的构成及逻辑关系次级主题的构成及逻辑关系 本册专项学习主要由两部分组成。第一部分认识不同领域的工程师通力合作， 才可能使一 项工程圆满完成。三年级认识了不同领域和类型的工程师， 四年级总结了不同类型工程师的共 同素养，本册教材在此基础上，通过列举的方法，介绍随着现代科学研究的分支越来越细，一 个人掌握的知识、 技能很难满足
8、一项工程的全部需要， 因此就需要不同领域工程师的通力合作， 体会合作的重要性。第二部分从学生了解的救灾情境出发，将“定点投放物资”的情境带入课 堂， 提出了 “设计并制作一个降落伞， 保护鸡蛋平稳降落” 的任务， 通过明确问题、 前期研究、 设计方案、制作模型、测试改进，最终向同伴展示交流。像工程师一样，经历一个完整的工程 活动过程。 在明确问题环节，强调用简洁明了的方式界定和分析任务；在前期研究环节，强调用做实 验的方法研究“降落伞下降的快慢与什么因素有关” ；在制作模型环节，强调制作一个外观、 结构、功能方面和产品一致的等比例缩小的模型的意义；在测试改进环节，学会从材料的合理 性、技术的可
9、操作性、产品的实用性等方面进行评估与思考。 二二、教学目标教学目标 动手动脑，选择合适的材料，设计并制作出满足需求的降落伞，并向同伴展示交流。 能够明确工程任务， 经历工程实践活动的过程， 重点领会明确问题、 前期研究、 制作模型、 测试改进四个环节的基本方法。 通过列举，体会合作在完成一项工程项目中的重要意义。 三三、活动框架活动框架 四四、课时建议等课时建议等 1.课时建议：23 个课时。 2.重点与难点 重点：在制作降落伞的完整过程中，领会明确问题、前期研究、制作模型和测试改进的基 本方法。 难点：对测试的结果进行合理的分析与思考，进行改进的迭代过程。 3.教学准备 教师材料：教学课件。
10、 学生分组材料：伞面材料(棉布、厚塑料袋、薄塑料袋)、伞绳材料(棉线、麻绳)、编织好 的网袋、熟鸡蛋若干、秒表、直尺、剪刀、胶带。 五、参考资料五、参考资料 降落伞的工作原理降落伞的工作原理 降落伞是利用空气阻力使人或物体减速从空中安全降落到地面的可展式气动力减速器。 气 动力减速器泛指可折叠或收拢， 工作时能展开增大迎风面积产生气动力作用， 使与其相连的物 体减速或稳定的装置。 在空中运动的物体，受到空气的阻力，在空气中如果速度低于 2.5M(马赫)，基本上认为 其阻力 f 与阻力系数 K 伞的面积 S 速度成正比(f=ksv)，这时 k 一般可取为 2.937。当其在空 气中如果速度高于
11、2.5M(马赫)，由于空气的摩擦，开始出现气动加热现象。其空气阻力可视 为 f=(1/2)CSV2。 降落伞的用途降落伞的用途 降落伞俗称“保险伞” 。降落伞广泛用于航空航天领域，主要用途是： (1)应急救生。主要用于飞机失事时拯救飞行员的性命。 (2)稳定作用。保持飞机弹射椅的姿态稳定，空中加油机的加油器稳定。 (3)减速作用。飞机着陆时的刹车减速以及各种航弹伞的滞空减速。降落伞能使飞机着陆 滑行由 2000 多米缩短至 800900 米。 (4)回收作用。 用于飞机器的空中回收， 诸如无人驾驶飞机、 试验导弹、 运载火箭助推器、 高速探测器以及返回式航天飞行器的回收等。还有宇宙飞船和热气球
12、探测器上设备的回收。 (5)空降空投。空降兵空降，以及各种物资和武器的空投。 (6)航空运动。如空中跳伞、山坡滑翔、悬挂翼滑翔、动力飞行、牵引升空等运动。 各种类型的降落伞各种类型的降落伞 救生伞救生伞 它包括座椅稳定伞和救生伞， 是用于拯救应急离机的飞行员生命的救生工具。这种伞用的 纺织材料除必须符合一般降落伞性能外，还应具有轻薄、柔软性好、断裂功大、抗撕裂强度和 抗拉断强度大、透气性好、防灼伤性好、抗老化性能好等特性。 伞兵伞伞兵伞 这是空降兵进行空投作战与跳伞训练时的稳定减速工具。 它是人用伞中携带重量最重的一 种降落伞，除人体重量外，还需要携带一定的武器装备。这种伞要求具备安全可靠、适
13、合大负 荷和密集跳伞，以及一定的保护色的特点。这种伞要求材料具有足够的强度，伞衣的透气性要 适当，伞衣的鼓风袋应采用轻盈、弹性和飘浮性好、比强度高的纺织材料。 阻力伞阻力伞 这种伞专门用于飞机着陆时配合其他刹车装置， 可缩短滑跑距离。 这种伞的特点是动载大、 体积小、质量轻、多次使用、使用环境条件差和耐高温，因此所使用的纺织材料要能经受在粗 糙跑道上的拖拉、磨损，断裂强度要大，经多次使用仍能经受较大的开伞冲击，要有良好的耐 热性和防灼性，以及较高的抗环境老化性能等。 航弹伞航弹伞 它是空投各种航空弹的降落伞的总称。航弹伞必须保证安全可靠、航弹离机稳定性好并有 一定的空中滞留时间， 达到战术的要
14、求。开伞动载不超过航弹结构及其仪器仪表允许的承受能 力，伞的重量和体积尽量小，有良好的防霉和防潮性。对伞衣织物则要求达到断裂强度、断裂 伸长、透气量和质量等指标，以及对环境的适应性、耐化学药物性、抗老化性、缝纫性、耐压 性、复原能力和阻燃性。 投物伞投物伞 这是用于空投物资装备用的降落伞。空投的物资多种多样，其重量差异大，大的物品如卡 车、大炮、坦克等。因此，伞用纺织材料要求强度高、重量轻、弹性好，具有良好的化学稳定 性、抗老化性、耐磨性、防灼性、缝纫性和包装折叠性等。 回收伞回收伞 回收伞的作用是保证回收物在完成飞行任务后能安全地回到地面。 除一般降落伞必须具有 的减速、稳定和可靠安全着陆等要求外，还要求解决大过载、气动热、粒子辐射、包装容积的 限制等问题。因此，对降落伞所用纺织材料的比强度、耐高温、耐辐射性能等方面有特殊的要 求，特别是耐高温性能。火箭飞行高度为 126 千米，箭头回收伞开伞高度为 66 千米，开伞速 度达到 1100 米/秒，为了使降落伞能在火箭、导弹、宇宙飞船等航天器回收中得到应用，必须 提高伞衣的耐热性，常用高熔点聚合纤维织物、金属纤维织物、陶瓷纤维织物等。
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