《拱形的力量》教学设计

益阳市赫山区衡龙桥镇学校　孟毅华

【教材分析】 

《拱形的力量》是教科版科学教科书六年级上册第二单元的第三课，学生通过前面两课的学习已初步了解改变材料的厚度和形状会增强抗弯曲能力。在本课中，提出了一种新的形状——拱形。拱形结构是一类很重要的结构，应用广泛。拱形结构有的书又叫推力结构，它的特点是把受到的压力分解成向下的压力和向外的推力，是所有结构中唯一产生外推力的结构。研究拱形的承重特点更具趣味性和挑战性。教材精心设计了几个体验和实验活动，让学生了解到拱形的结构特点是把受到的压力分解成向下和向外的推力，通过提出问题——尝试——总结经验——改进实验，再尝试——在获得成功的探究过程中找到拱形承受巨大压力的原因，认识拱形受力的特点。 

【学情分析】 

通过本单元前两课的学习，学生对增加材料厚度和改变材料的形状可以增加物体抗弯曲能力的探究已产生了非常浓厚的兴趣，在这氛围下相信进一步探究拱形，学生们的热情会更加高涨。 

【教学目标】 

科学概念 

● 拱形受到压力时，能把向下的力向下和向外传递给相邻的部分。如果能抵住拱形的外推力，拱形就能承受更大的压力。 

过程与方法 

● 根据学生原有的逻辑思维能力与学习水平，我对本节课的教学流程作了如下处理：①激趣导入，引出问题。②大胆假设，自主探究。③总体评价，归纳小结。④探究活动延伸。这样处理符合认识论过程和科学探究的要求，既体现了“从生活走向科学，从科学走向社会”，又“注意科学探究，提倡学习方式的多样化”，使课程结构自然流畅，学生易于接受。从提出问题走进探究，在做中学，又带着问题走向生活、社会，把探究的空间拓展到课外，拓展到了日常生活。 

●能够边实验边思考，逐步深入地研究一个问题。能根据观察到的拱形产生的形变来推想它受力的状况。学生在实验探究活动中，如何进行实验，如何分工合作，如何处理数据，实验中出现与探究课题不同或与生活常识有矛盾的问题，应如何对待，也需在实验探究过程中引导学生正确处理，并鼓励学生大胆尝试。培养学生实验动手能力的方法，一是让学生在实际操作中逐渐提高；二是教师在实验过程中给予恰当指导。 

情感、态度、价值观 

● 让学生了解拱形在生活中的应用，同时体验科技的力量、创造的快乐。 

【教学重点】 

弄清拱形可以向下和向外传递承受的压力，设法保持拱形的形状，使它承受更大的压力。 

【教学难点】 

拱的受力原理和如何更好地发挥出拱的受力特点。 

【教学准备】 

教师准备：相关的图片资料，做拱形的纸，课件（教师用）。180g绘画纸一整张裁成长21cm、宽10cm的小块，铁垫圈、螺帽若干，垫板（三层板裁小长21cm、宽10cm大小），自制搭拱积木（二至三组）。 

学生准备：每生带四五本书用于抵住拱足。 

【教学过程】 

一、引入 

师：前几节课我们学习了在不增加材料的情况下，增强材料抗弯曲能力的几种办法，这节课我们继续来研究让一张纸承受更大压力的方法。 

（师出示一张纸）看老师手中的这张纸。(把它平放着，用手托住纸的两端将纸平放在两手之间，纸塌下去了）它连自身的重量都承受不起，这样柔软无力的纸你能用什么办法让它至少能承受自身重量不塌下去吗？

学生汇报。(提示不能增加材料。让学生充分发言，可以检查学生对前概念的理解。引导学生说到拱形时。) 

师：(做一个拱)做成拱形后它没有塌下去，看来拱形也有科学道理。我国古代劳动人民早已利用拱的科学原理进行建筑设计。请看(播放课件图片：赵洲桥、拱门、房子、奥运馆所……)这么多的建筑为什么都采用了拱形呢？同学们愿意和老师一起来研究拱形中的学问吗？（板书：拱形的力量）

设计意图：使学生认识到“拱形”是“改变形状”的另一个视角。通过欣赏拱形建筑的图片，让学生感受到中国劳动人民的勤劳智慧，拱形的神奇作用，最后的提问激发起学生的求知欲。

二、测试纸拱的承重能力

1、做一个纸拱，试试它能承受多大的重量

①实验一： 

师：现在请同学们像老师这样（把纸先卷一卷再松开，做成一个拱形）做一个纸拱，放在垫板（提示：按垫板上事先画好的两拱足间距离来做拱）上观察，说一说拱自身的重量在哪里？特别要注意：这个拱形不能借助其他物体的帮助。 

分组实验（教师巡视指导）。 

②学生汇报。（在拱下部）

师：对，在拱与垫板接触的地方，我们把它叫拱足。好下面请同学们轻轻地放一个垫圈在纸拱上，来测试拱的承受力，仔细观察纸拱有变化吗？（有，“纸拱”向两边伸展。）哪个部分承受着垫圈的重力？(拱顶) 

请大家再在上面加一个垫圈，观察一下是不是有新的变化，纸拱随着压力的增大，你发现它的形状有什么变化？（拱形的足伸展得更大了，最后就平了。）你能解释这种现象吗？“纸拱”为什么会向两来伸展开去？

（课件演示：垫圈的重量压在了拱上，拱的全部重力传到两个拱足，这个力向下，向两边传去，使拱足在垫板上向外滑动，拱就伸展开了。）(板画：)

设计意图：通过观察描述活动，学生能清晰地认识拱形桥的受力轨迹，从而建构第一层次的“拱形”概念――拱形可以通过材料向下和向外传递承受的压力。看到拱足分开自然想到要用什么东西去抵住它。

2、把拱足固定，测试纸拱能承载多大的重量

①实验二： 

师：既然我们知道了纸拱受力变形的原因，你有什么办法使纸拱不容易变形，能承受更大压力？承受几个垫圈你能预测一下吗？用实验检测下看行不行。 

②分组实验（教师巡视指导）。

师：有作用吗？(学生回答)用东西抵住拱足它确实比刚才承受的压力要大一些，看来大家刚才的想法是正确的。

③讨论：说说你们观察到的现象。当拱顶上的压力不断增加时，它的形状会有什么变化？(还是要塌，向左右偏)纸拱为什么会产生这种变化？你是怎样想的？ 

设计意图：让学生在认真观察现象后，对出现的问题作出解释，并开动脑筋去思考解决方案，有了方案再去用实验去验证。用事实证明自己的方案是有效的。这样多次训练有助于学生养成良好的科研习惯。对于纸拱还是会变形。这时就会激发学生思考应从哪些方面来改进自己的方案。在讨论中学生相互启发，有助于后面的探究活动。 

3、让拱形承受更大的压力

①实验三： 

师：怎么使纸拱承受更大的压力？你打算怎么做？先将自己的方案写下来，再汇报。 

我们的设计

学生汇报。老师引导学生说出添加什么？怎么添加，具体放在什么位置？有什么道理？ 

学生听取别人的意见后对自己的方案可能有修改，让学生改进设想，完善方案。 

师：好，我们来挑战一下，看谁的拱能承受更大的压力。(提示：1.根据拱形受压变形的现象，寻找克服变形的方法。2.注意别在形变过程中加垫圈。3.在考虑让拱形承受更大压力的同时，考虑材料的合理利用。实验中还要注意：1. 按拱足间距标准记号放拱形。 2. 第一次实验过的拱还能在第二次实验中用吗？想想为什么？ 3. 实验结果填在表格里。) 

设计意图：让学生充分动脑、动手、动口、动耳有利于培养学生解决问题的能力，在表述自己的方案时进一步明确弄清道理，同时听了别的小组的汇报对自己的方案也有一个比较、反思的过程，会不断优化自己的设计方案。教师在活动前指导比在活动后指导更有价值，因为活动中要控制的变量很多，对学生操作的要求也较高，操作不规范将直接影响实验结果。 

②分组实验（教师巡视指导）。 

③学生汇报。（学生在视频展示台上展示自己的实验结果。可多请几个小组汇报让学生充分发言，说出自己的改进办法。）

师：通过不断改进实验，大家做出来的实验结果跟原来的相比，拱的承受力都大了很多。全班同学都挑战成功，祝贺你们！仔细观察，你们的方案有一个共同的特点，是什么？（都在拱形的两边放物体，把拱足抵住。）现在你能还解释一下为什么抵住拱足，就能提高拱的承受力？

④请学生试着解释。

（教师演示课件说明:拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压，结合得更加紧密。拱形受压时会产生一个向外的推力，如果能抵住这个力，拱就能承载很大的重量。）

师：从同学们刚才的实验中我们看到抵住拱足的物体的多了、重了，拱的承重能力就增强了！那现在老师有个问题了，要是我们继续在旁边加书本，拱是不是会一直都这样，承受的物体越来越多呢？（引出极限、“限载”的含义） 

师：大家都非常认真，终于将拱形的受力情况分析的清清楚楚。 

设计意图：本活动除了承载“抵住拱形的外推力，拱形就能承受更大的压力”概念外，还蕴涵着技术与极限的内容。在汇报交流时，教师首先呼应“挑战任务”，肯定学生探究成果，激发兴趣。采用先总后分策略保障在交流研讨时，学生思维在围绕科学概念的基础上有所拓展。 

三、搭拱桥

①实验四： 

师：利用拱形的特点，人们用小块的砖、石材也可以建造很大的拱。现在我们来进行次比赛，利用老师给大家提供的积木来搭一个座拱桥，看谁搭得好。 

②学生分组活动。两组学生分别在讲台两边桌上搭积木拱。其他同学观看，助威。(提示：注意积木的形状，要用物体把拱足处抵住。) 

③全体观看积木拱桥，教师往拱上添加生物，同时小结。 

小结：拱形承载重量时，能把压力向下向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压，结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外推的力，抵住这个力，拱就能承载很大重量。 

设计意图：本活动用自制积木替代瓜皮，这样有利于保持学生桌面的干净整洁。同时，由于是木质材料所以每座桥的块数可以多些，学生必须相互协作才能更好完成实验。木质材料方便保存可在以后的教学中反复使用。 

四、拓展延伸

师：同学们，今天我们都做了一回拱桥设计师，玩得很有兴致，探究得很有力度，我们通过实验探究，弄清拱形能承受更大的力的秘密。对了解生产、生活中的拱形，起到一定的作用。想了解我们生活中的拱形的用途吗？（想）

师：请看大屏幕（课件内容：饮马大桥、涪江三桥、九州体育馆、市博物馆、国家大剧院… …）！ 

师：这些拱形建筑有的将承重部分下移更符合实际需求。其实我们生活中，还有很多的拱形形状的物体。比如在我们的身体内就存在着拱形的物体。大家可以在下课之后去发现我们身边存在的拱形。看能不能用学到的科学知识解释它们。

设计意图：让学生源于生活，还原生活。让学生吸收信息，提高创新意识。

《拱形的力量》教学设计及反思