新版教科版六年级上册科学教学参考书(107500字)

发表于:2021.1.19来自:www.fanwen118.com字数:107500 手机看范文

义务教育课程标准实验教材

科学教师教学用书

六年级上册

目 录

使用说明??????????????????????????????????? 教科书整体结构表??????????????????????????????? 本册教科书的教学目标与内容概要???????????????????????? 主要材料清单????????????????????????????????? 各单元说明与教学建议?????????????????????????????

工具和机械

一、单元概述?????????????????????????????????

二、单元教学目标???????????????????????????????

三、分课时教学建议(背景和目标、教学准备、教科书说明、教学建议)??????? 第1课使用工具???????????????????????????????? 第2课杠杆的科学 ????????????????????????????? 第3课杠杆类工具的研究 ?????????????????????????? 第4课轮轴的秘密?????????????????????????????? 第5课定滑轮和动滑轮???????????????????????????? 第6课滑轮组???????????????????????????????? 第7课斜面的作用?????????????????????????????? 第8课自行车上的简单机械??????????????????????????

四、评价建议????????????????????????????????

五、参考资料????????????????????????????????

形状与结构

一、单元概述????????????????????????????????

二、单元教学目标??????????????????????????????

三、分课时教学建议(背景和目标、教学准备、教科书说明、教学建议)??????? 第1课抵抗弯曲??????????????????????????????? 第2课形状与抗弯曲能力??????????????????????????? 第3课拱形的力量?????????????????????????????? 第4课找拱形???????????????????????????????? 第5课做框架???????????????????????????????? 第6课建高塔???????????????????????????????? 第7课桥的形状和结构????????????????????????????

第8课用纸造一座“桥”????????????????????????????

四、评价建议????????????????????????????????

五、参考资料?????????????????????????????????

能量

一、单元概述???????????????????????????????

二、单元教学目标??????????????????????????????

三、分课时教学建议(背景和目标、教学准备、教科书说明、教学建议)?????? 第1课电和磁???????????????????????????????? 第2课电磁铁???????????????????????????????? 第3课电磁铁的磁力(一)?????????????????????????? 第4课电磁铁的磁力(二)?????????????????????????? 第5课神奇的小电动机???????????????????????????? 第6课电能和能量?????????????????????????????? 第7课电能从哪里来????????????????????????????? 第8课能量与太阳?????????????????????????????

四、评价建议???????????????????????????????

五、参考资料???????????????????????????????

生物的多样性

一、单元概述????????????????????????????????

二、单元教学目标??????????????????????????????

三、分课时教学建议(背景和目标、教学准备、教科书说明、教学建议)?????? 第1课校园生物大搜索???????????????????????????? 第2课校园生物分布图???????????????????????????? 第3课多种多样的植物???????????????????????????? 第4课种类繁多的动物???????????????????????????? 第5课相貌各异的我们???????????????????????????? 第6课原来是相互关联的??????????????????????????? 第7课谁选择了它们????????????????????????????? 第8课生物多样性的意义???????????????????????????

四、评价建议????????????????????????????????

五、教学案例????????????????????????????????

六、参考资料????????????????????????????????

科学教师教学用书

使用说明

与教科版科学教科书配套的《科学教师教学用书》是为切合教师教学的实际需要而编写的,三至六年级共8册。为了能清晰而简明地表达课程设计的意图,同时方便教师备课,我们设计了一些栏目和提供了相应的资源。

下面是与使用有关的几点说明。

一、教师用书的体例和作用

1、本册教科书的教学目标与内容概要

列写本学期的主要教学内容和在学生科学素养培养方面希望达成的目标。为教师了解全学期的教学任务提供完整的框架和概貌。

2、主要材料清单

列出本学期探究活动涉及的主要实验和需要的器材与材料,供教师作计划和提前准备时使用。

3、各单元说明与教学建议

用文字形式介绍本单元的主要教学活动和活动间的结构,说明本单元的教学在整个教科书框架体系中的地位和意义。

4、单元教学目标

根据课程标准从科学概念、过程与方法、情感态度价值观三个方面。列出本单元要实现的教学目标,为教师把握单元教学提供方向。

5、背景和目标

这是分课时教学,说明教学内容选择的知识背景和学生的认识背景,方便教师理解教学活动的设计意图。所列的教学目标是直接针对该节课的。

6、教科书说明

用图文对照的形式详细说明正文、照片、图片、图表、对话框所包含的意义,对教科书正文中提出的问题给出必要的答案或说明。

7、教学建议

有针对性地为教学提供参考性策略,对教学中容易出现的问题给予提示。

8、评价建议

立足单元教学指出评价的主要方向、可使用的依据,以及可采用的评价方法。

二、课时安排建议

修订后的教科书每册均安排了4个教学单元。三四年级每个单元包含7个教学活动,五六年级为8个教学活动。原则上每个教学活动的时间为1课时,这是根据目前全国绝大部分地区小学科学课中、高年级均为每周2课时的现状安排的。在设计时,我们也考虑到个别省份科学课的开设已经实现了课程标准的要求,因此在活动内容的安排上保持了弹性。针对这样的地区,我们建议在课时安排上可以采取下面的办法来解决:

(一)对典型的过程与方法活动展开充分的探究,不以1课时为限制。例如“比较水的多少”“总结我们的天气观察”等;

(二)加强单元后的总结性教学,帮助学生梳理概念、澄清观点,开展单元性的评价活动;

(三)实现教科书中已设计的拓展性活动,或资料库中的拓展性活动。这些活动对学生的发展是十分有意义的。如“小杆秤的制造”“设计制作一个强磁力电磁铁”等。为此每个单元安排3节左右的机动课时是适宜的,也是可操作的。

三、教学目标的表述

在这套教师用书中,我们根据课程标准的要求和新的科学教育研究成果,将教学目标分别从科学概念、过程与方法和情感态度价值观三个方面来表述。科学概念的陈述是用一句完整的话来完成的,它比一个简单的词有了更丰富的内涵,表达的是一个科学的观点或思想。科学概念也可以划分为不同的层次,例如核心概念和具体概念。每一个核心概念是由不同的具体概念组成的,而具体概念是从科学事实中归纳出来的。以科学概念作为教学目标,将促进学生对事实的理解,有助于他们形成重要的科学观念和思想,体现了科学教育改革的新方向。

四、概念图和图表的使用

修订后的教科书引入了多种形式的概念图和图表,因为它们是学生学习科学的有用工具。运用这些工具,学生可以记录和加工整理信息,同时用来描述概念。教师也可以

借此了解学生的初始想法,为教学确定起点。

维恩图是一种选择、分类和比较信息的非常有用的工具。可以帮助学生记录下他们的观察结果。两个圆可以呈现不同的信息,比如只属于陆生植物的特征和只属于水生植物的特征应分别记在一个圆里,而它们的共同特征则应记入两个圆的交叉部分。

网状图是概念图中的一种,它的作用是用图解的形式记录与中心词有关的观点和内容,呈现中心词和与之相关内容之间的关系。

使用网状图可以帮助学生围绕中心词作尽可能多的联想,由此教师可以了解到哪些知识是学生已经知道的。

气泡图是一种简单的网状图,它可以帮助学生对中心词(主题)作出联想,记录下他们已经观察和了解到的内容。

柱状图(条形图)是在坐标图上用填充的方式,完成的数据表达,表现为条形图,一般由两组数据组成,例如时间和影长、时间和温度等。柱状图可以直观地表现数据之间的差异。

记录不仅仅可以用文字,科学图画也是适合小学生记录观察和与人分享信息的一种十分有效的方法。它比普通的图画倾注更多的精力在细节上。为了真实地记录,学生必须仔细地观察,记下每个小的特点和线条。使用这种记录方法可以提高每个学生的观察能力,教师也可以从中评价他们的观察、表达和理解的能力。 教科书整体结构表

教科书整体结构表

修订后的教科书共32个单元,更好地体现了课程标准的要求。覆盖了生命科学、物质科学和地球与宇宙科学三大领域标准所规定的相关内容。教科书以科学概念和过程与方法两大主线并行发展的方式建立了自己的整体结构。

书中每个单元后设置了资料库,是为了便于学生深入理解该单元的科学概念、丰富他们的已有经验和发展他们探究科学的兴趣,是科学课学习的重要组成

新版教科版六年级上册科学教学参考书

本册教科书的教学目标与内容概要

本册内容由“工具和机械”“形状与结构”“能量”和“生物的多样性”四个单元组成。 在“工具和机械”单元里,学生要学习选择使用工具并体会它们的作用,研究杠杆、轮轴、滑轮、斜面等简单机械和自行车上的简单机械。通过研究认识工具和机械的功能和特点。 在“形状与结构”单元里,学生要认识身边常见的梁、拱形、框架等形状结构,研究物体不容易倒的形状特点,探究怎样用纸做一座能承重的桥。通过研究认识不同的形状和结构承受力的特点不同,能满足不同的需要。

在“能量”单元里,学生要制作和研究电磁铁,探究玩具小电动机怎么会转动起来,研讨各种能量形式及其相互转化。通过研究初步建立起能量的概念,知道电可以生磁,能量可以相互转化,了解太阳能的转化与储存。

在“生物的多样性”单元里,学生要调查校园里生物的种类和分布,给动植物分类,研究人的相貌差异,探究不同环境对生物种类和性状的影响。通过研究知道生物种类和差别是多种多样的,认识生物的多样性与环境有密切的关系,知道生物多样性的意义。

在本册的学习中,学生要做很多的实验和制作,要继续学习对比实验的技能,识别和控制变量。要进行细致的观察,要用比较和分类的方法认识和描述多种多样的生物。

在本册学习中,学生会体验到科学技术对我们的生活产生了怎样巨大的影响,是怎样推动着社会向前发展的,形成积极对待科学技术的态度。在更高水平上增强环保意识和热爱生命的意识。获得美的体验,感受到建筑的形状结构之美,地球家园生物多样性之美。

小学阶段的儿童思维能力处在从形象思维向抽象思维过渡的阶段,六年级学生的抽象思维虽然仍要借助于直观形象的支撑,但已经有了长足的发展,分析、推理能力有了明显的提高。他们经过三年科学课的学习,已经积累了一些基本的探究学习的方法,有了初步的过程与方法意识和能力。根据学生的这些特点,他们在本册的探究学习中应该更主动一些,应该有更深入的思维参与。

本册教学要注意以下几点:

1.指导学生大胆利用已有的经验对一些事物和现象进行有根据的推测,作出假设性解释。比如推测小电动机转动原因,煤的成因,根据动植物的形态特征推测它们生活的环境等。

2.指导学生认真收集数据,意识到要尊重数据,用严谨的态度得出结论,如研究杠杆尺的实验,研究电磁铁磁力大小的实验。

3.本册中的很多内容适于动手操作,材料简单易得,要给学生创造实践的机会,保证学生能真正地动起手来进行探究学习,这更能促进学生思维的深度参与。

4.建立能量概念,认识生物的多样性是在学生三年学习的积累上进行的,要注意充分利用他们原有的知识,并帮助他们梳理、提升,形成概括性更高的科学概念。

主要材料清单

“工具和机械”单元

常用的工具:螺丝刀、羊角锤、钳子、镊子、开瓶器等。

实验装置和实验器材:杠杆尺、轮轴、滑轮、滑轮组、搭斜面的木板、测力计、钩码、铁架台。

做小杆秤的材料:筷子、粗线、螺丝帽。

做滑轮游戏的材料:长绳子和两根光滑的木棒。

观察用的实物或图片:铁皮剪、理发剪、核桃夹、杆秤、木螺钉和铁螺钉等。 “形状与结构”单元

做实验的材料:长、宽相同厚度不同的纸条,长、厚相同宽度不同的纸条,折纸梁和做拱形的纸,铁垫圈、完整的和剖开的乒乓球,塑料瓶。

做框架的材料:筷子或塑料管、橡皮筋。

搭吊桥的材料:瓦楞纸板和绳子。

做纸桥的材料:旧报纸、胶带。

观察用的材料:包装箱瓦楞纸板、塑料饮料瓶。

“能量”单元

做电产生磁实验的器材:电池、电池盒、小灯泡、灯座、开关、导线、指南针。

做电磁铁实验的材料:多股绝缘导线、大铁钉、大头针、直径不同的塑料管、长短粗细不同的螺栓。

研究电动机观察、实验器材:玩具小电动机、纸杯、橡筋圈、V形粗导线、铁丝支架、磁铁。

手摇发电机、各种电池或电池图片。

“生物的多样性”单元

考察校园生物器材:放大镜、小铲子等考察工具。

做模拟实验的材料:不同形状的纸鱼,球形烧瓶、长颈玻璃瓶、温度计。

鱼、鸟、兔的骨骼标本或图片。

适合教学需要的各种动物、植物的图片或影像资料。

人的部分相貌特征的不同性状图。

各单元说明与教学建议

工具和机械

一、单元概述

机械指的是利用力学原理组成的各种装置。杠杆、滑轮、斜面等都是机械。简单机械又被人们习惯地称为工具。

到六年级时,学生们已经能够比较独立地进行一些探究活动。他们开始对一些问题进行具有挑战性的思考,能够选取自己认为可以进行的方式对一些问题进行探究,开始有选择地利用观察、实验所获取的证据对所探究的问题进行解释。

在本单元的整个学习过程中,学生们将有机会对各种简单机械进行实验,包括设计和制作一些简单装置,并对其进行观察和加以解释,认识机械的各个部件,了解它们各自的功用,尝试着解决生活中的实际问题。

在我们的生活中随处可见各种工具和机械。人们经常使用各种各样的工具和机械。很多时候,工具和机械为我们赢得了时间和精力,帮助我们完成了一些力所不能及的工作。随着社会的进步,人们发明了更多的工具和机械,推动着社会不断向前发展。

人们在生活中是如何使用工具和机械的?它们到底发挥了什么作用?是怎样发挥作用的?我们应该怎样科学地使用它们才能发挥更大的作用?这些既是本单元所要研究的问题,也是我们的教学引领学生们所要经历的科学认识历程。

本单元内容可以分为三个部分。

第一部分(第1课):通过使用工具,发现关于工具和机械的问题,激发学生研究工具和机械的兴趣。

第二部分(第2~7课):通过设计、观察、研究杠杆等不同类型的简单机械,认识这些机械的构成及其功能。

第三部分(第8课):通过研究自行车这一常见的交通工具(也是一种由简单机械组合成的机器),总结和提升有关工具和机械的认识。

通过本单元的8个主题活动,我们期望学生能真正动起手来,在实践中去体验、发现工具和机械的作用及其运用,教师在教学过程中要重视器材的准备,给学生创造实践的机会,并做好探究活动的组织者和支持者。

二、单元教学目标

科学概念

● 机械指的是利用力学原理组成的各种装置。杠杆、滑轮、斜面等都是机械。简单机械又被人们习惯地称为工具。

● 有的机械可以省力,有的机械不能省力但能发挥其他作用。

● 不同的机械具有不同的结构和不同的功能。

● 解决生活中的实际问题需要选择合适的工具和机械。

过程与方法

● 进行研究各种机械作用的实验,收集能够解释机械作用的数据。

● 通过实验和收集数据,发现问题并作出自己的分析解释。

● 用文字、数据、图表等对所观察到的内容进行记录、整理与分析。

● 通过文字、图画和讨论来表达自己的想法,并与同学进行交流。

情感、态度、价值观

● 认识到工具和机械对于推动社会发展和技术应用的重要性。

● 能够将工具和机械的作用、安全与可靠性等与现实社会联系进来。

● 获得对各种机械功能的认识,以应付各种实际问题,并意识到工具和机械是随生活的需要而不断发展的。

● 形成积极对待科学技术的态度。

● 认识到科学与技术是相互影响和相互促进的。

三、分课时教学建议

第1课 使用工具

(一)背景和目标

在这一课中,学生将通过对生活中使用工具经验的回顾和用熟悉的工具解决具体问题,感受工具能帮助我们省力或提供方便,形成初步的工具和机械的概念。教师可以通过本课的教学对学生进行单元前评价,了解学生对工具的已有认识和鼓励学生提出一些涉及简单机械原理的问题。

人类很早就开始使用简单机械了。使用各种机械,就如同延长了人类的臂膀,增强了人类的工作能力。随着各种机械的广泛使用和进步发展,人类的本领越来越大,完成了许多宏伟的工程。机械是神奇的,它是人类的伟大创造,是人类智慧的结晶。

再复杂的机械也是由简单的机械组成的。常用的一些工具就是一些简单机械。学生都使用过工具,所以,他们对简单机械并不陌生。但是,他们可能不知道这些工具的工作原理,甚至不能科学合理地使用这些工具,或者没有意识地去研究这些工具,因此选择这些学生熟悉、常用的工具作为学习研究机械的开端,可以引起学生的共鸣,降低学习的门槛,将机械单元的研究融入学生的生活中去。

科学概念

● 机械指的是利用力学原理组成的各种装置。杠杆、滑轮、斜面等都是机械。简单机械又被人们习惯地称为工具。

过程与方法

● 尝试在实践中解决指定的科学问题(拔图钉、铁钉和木螺钉),发现做同样的事情,用不同的工具效果是不同的,并从中了解更多的常用工具。

情感、态度、价值观

● 意识到工具和机械可以帮助我们做一些事情,恰当地选用工具和机械可以提高我们的工作效率。

(二)教学准备

为每位学生准备:记录用的表格和笔。

为每组学生准备:各种常用的工具一套(剪刀、螺丝刀、开瓶器、羊角锤、小刀、镊子、剥线钳、钳工锤等),钉有三个图钉、两颗铁钉和两颗木螺丝钉的木板一块。

(三)教科书说明

教科书共两页,分为两个部分。

第一部分:我们用过什么工具

在生活中,我们常常使用工具来帮助我们做一些事,回忆我们曾经使用过的工具,以填调查表的形式展示出来。学生对生活中各种工具有观察和使用的经历,让学生统计工具,可以引发学生对工具的一些思考。观察后思考是产生科学问题的前提。

在教学中要注意激发引导学生统计的积极性,鼓励学生把他们了解的工具全部填写出来。要重视学生描述各种工具的作用,期望学生在描述中能就工具产生一些问题,为后面的学习进行准备。

第二部分:选用什么工具好

面对身边种类繁多的工具,我们应该怎样引导学生来研究呢?教科书选取了一组典型的有结构的材料:钉有三个图钉、两颗铁钉和两颗木螺丝钉的木板一块;剪刀、螺丝刀、开瓶器、羊角锤、小刀、镊子、剥线钳、钳工锤等工具。让学生试一试,要想将木板上的图钉、铁钉和螺丝钉拔出来,选择什么工具会更方便、省力,用不同的工具效果会有什么不同。在研究过程中可以先让学生观察木板上的几种钉子有什么不同,然后根据“生活经验”选择认为可以完成任务的工具。取图钉比较方便的办法是用小刀或剪刀来撬;取木螺钉比较省力的工具是用螺丝刀;取钉子比较省力的工具是用羊角锤来撬。在交流探讨中要使学生初步认识到:不同的工具有不同的用途,完成同样的事情,使用恰当的工具能给我们带来方便和省力。

教科书后面呈现的几项工作涉及到了滑轮、斜面、杠杆等机械。油桶通过斜面推上车,比较省力;大石头用撬棍当杠杆去撬动比较省力;利用绳子和轮子组成定滑轮可以很方便地将国旗挂到旗杆顶上。

通过以上的实践研究活动,学生对工具和机械进行了再一次的观察和使用,这为科学问题的提出奠定了基础,所以教科书在最后安排了让学生提出关于简单机械的问题这一活动。这也是教师了解学生关于机械的已有认识的好时机,可以作为教师对学生的单元前评价内容。

(四)教学建议

引入

出示剪刀:会用剪刀吗?用它能做些什么事情?

出示螺丝刀:会用螺丝刀吗?用它能做些什么事情?

(通过学生熟悉的工具的使用问答,开始指向本单元我们将探讨的工具问题。)

我们用过什么工具

在我们的学习、生活中经常要用到各种各样的工具,我们的生活离不开这些工具。今天我们就来研究我们常用的工具。

说一说我们曾经使用过的工具:我们是怎样使用这些工具的,这些工具可以帮助我们完成哪些事情?学生分组讨论,相互介绍相互启发。要求学生将讨论结果记录在课本上的表格内。

选用什么工具好

1.拔钉子活动。

(1)教师出示钉有三种钉子的木板,提出问题:要将这些不同的钉子从木头里取出来,选择什么工具比较好?请各小组同学代表到材料中心领取材料,要求学生先开展观察然后试一试,哪种工具更方便?

(2)请学生在实践后分别选出拔三种钉子最合适的工具,并说说选择的理由。

2.完成三项任务的工具选择。

让学生观看教科书中的三幅图片,选择适合的工具完成相应的工作,说说选择工具的理由。

(1)油桶通过斜面推上车,比较省力;

(2)大石头用撬棍当杠杆去撬动比较省力;

(3)利用绳子和轮子组成定滑轮可以很方便地将国旗挂到旗杆顶上。

在学生实践活动后,向学生揭示“机械”及“简单机械”的概念。

引导学生思考:对于简单机械,我们还有什么问题。

第2课 杠杆的科学

(一)背景和目标

在前一课,学生在使用工具解决问题的实践中已经初步认识了什么是简单机械。从本课开始,学生将通过一系列的探究活动,认识杠杆、轮轴、滑轮及斜面等几类简单机械。本课将专门引导学生认识杠杆,并通过实验研究发现杠杆省力与不省力的规律。

在生活中,使用工具来完成一些事情的经历是很多的,如用剪刀剪纸、用老虎钳夹断铁丝、用螺丝刀拧螺钉、用镊子夹东西,等等。会使用这些工具很大程度上来源于经验的积累,学生们可能并不清楚或者没有思考过这些工具的工作原理。本课的教学将结合学生的生活经历,分析使用撬棍的过程,观察撬棍工作的特点,从而认识杠杆类工具。

杠杆这类简单机械可按省力情况分成三类:省力、费力、不省力也不费力。省力杠杆的特点是:用力点到支点的距离大于阻力点到支点的距离;费力杠杆的特点是:用力点到支点的距离小于阻力点到支点的距离;不省力也不费力杠杆的特点是:用力点到支点的距离等于阻力点到支点的距离。

通过杠杆尺开展实验研究活动,我们要让学生初步认识到杠杆是省力还是不省力与它的三个点之间的距离有关,并在探究中认识到收集数据的重要性,发展利用数据来说明问题的能力。

科学概念

● 杠杆有三个点:用力点、支点和阻力点。

● 有的杠杆能省力,有的杠杆不省力,有的杠杆不省力也不费力。

过程与方法

● 用杠杆尺做实验、收集并整理数据,分析认识杠杆省力、费力和不省力也不费力的规律。

情感、态度、价值观

● 体会到收集数据的重要意义,并且意识到相互合作的重要性。

(二)教学准备

给每组学生准备:杠杆尺、钩码1盒、记录单。

给全班学生准备:撬棍撬石头的图片、杠杆类和非杠杆类工具3~5种。

(三)教科书说明

教科书共3页,分为两部分。

第一部分:认识杠杆

教科书选用撬棍撬木箱这个情景开始这节课的研究,是因为这是杠杆类工具在生活中运用最广泛、最直观的表现形式,学生有类似的生活经历,利于学生观察并引发思考。通过对教科书中这张示意图的研究,学生对杠杆的用力点、支点和阻力点能有较直观、清晰的认识。 像撬棍那样的简单机械叫做“杠杆”,这是“杠杆”的描述性概念,是适于小学生的认识水平的。工作的杠杆都有三个重要位置:支撑杠杆,使杠杆能绕着转动的位置叫支点。杠杆上用力的位置叫用力点。杠杆克服阻力的位置叫阻力点。

下面是将杠杆这一概念进行推广应用。压水井的压杆、跷跷板是学生们熟悉的事物,引导学生分析它们工作时发挥作用的位置,并标出它们作为杠杆的三个点的位置。

不同的杠杆类工具,三个点的位置也常常不同。找一找身边的常用工具,观察分析羊角锤、钳子、剪刀、天平、锥子、擀面棍等是不是杠杆工具(只有锥子和擀面棍不是杠杆工具,其他4个均是杠杆类工具),说一说理由(不一定非要学生标出这些杠杆工具的三个点),是为了使学生对杠杆类工具有初步的识别能力。

第二部分:研究杠杆的秘密

学生对杠杆类工具的作用进行思考,会产生一系列问题:用撬棍撬起重物一定能省力吗?怎样做才能省力,怎样做就不能省力?

教科书向学生介绍研究杠杆的好工具——杠杆尺,可以把左边挂上的钩码当作被撬动的重物,把右边挂上的钩码当作撬动时我们用的力。

学生可先在两端相同的位置挂两个钩码试用一下杠杆,然后分组讨论什么样的情况能说明用杠杆做事情能省力,什么样的情况不能省力。要学生充分讨论并思考在此过程中应收集哪些数据来说明问题。

在学生研究杠杆尺的活动中,要由学生自主决定两端挂钩码的位置和数量(只在左右各选一个位置挂钩码)。当杠杆尺静止不动时,要把杠杆尺挂钩码的位置和数量记录在书上或活动手册上。

取得一系列的数据后可以对记录进行分析。

(四)教学建议

引入

教师出示撬棍撬木箱的活动图,演示并介绍新工具——木棍完成工作的情况。告诉学生像撬棍这样的简单机械叫做杠杆。今天大家将要来研究杠杆的科学。

认识杠杆

1.让学生结合生活中的经历,仔细观察撬棍撬木箱的情况,找出撬木箱过程中发挥重要作用的三个位置。要求学生认识杠杆的用力点、支点和阻力点,并简单描述完成工作时各个位置承担的作用。

2.让学生尝试对生活中其他杠杆类工具:压水井的压杆和跷跷板进行分析,找出它们作为杠杆类工具的三个点。

3.结合教科书图片,识别图中的羊角锤、钳子、剪刀、天平、螺丝刀、擀面棍等常用工具是不是杠杆,说一说理由(不一定非要学生标出这些杠杆工具的三个点,重在识别),培养学生对杠杆工具有初步的识别能力。

研究杠杆的秘密

1.杠杆工具有什么作用呢?它省力吗?向学生提出杠杆与力的科学问题。

2.向学生介绍可以研究杠杆的好工具——杠杆尺。杠杆尺上有均匀的刻度,很方便在需要的位置挂上重物,是科学研究的好材料。使用时,教师首先应提醒学生将杠杆尺调到平衡状态,通过对比,可以把挂在杠杆尺左边的钩码当成阻力,把挂在杠杆尺右边的钩码当成使用的力,支架中部的轴就是支点。这里要求在杠杆尺左右只选一个位置挂钩码,便于学生掌握也利于交流讨论。

学生可先在两端相同的位置挂两个钩码试用一下杠杆,然后分组讨论怎样用杠杆尺做实验,并计划一个合理的方法步骤收集数据。建议学生多做几次实验收集更多的实验数据,并将各小组收集的数据汇总在一起来进行研究分析。

3.在实践活动中,应由学生自主决定两端挂钩码的位置和数量(要求只在左右各选一个位置挂钩码),当杠杆尺静止不动时,把杠杆尺挂钩码的位置和数量记录在书或活动手册上(可用斜线或横线记录杠杆尺的状态)。

4.这里采用的是随机组合收集实验数据的方法,取得一系列的数据后学生就可以对记录数据进行分析讨论了。

(1)在什么情况下杠杆省力?

即用力点距支点远,阻力点距支点近,这种杠杆是省力杠杆。

(2)在什么情况下杠杆费力?

即用力点距支点近,阻力点距支点远,这种杠杆是费力杠杆。

(3)在什么情况下杠杆不省力也不费力?

即用力点距支点的距离等于阻力点距支点的距离,这种杠杆是不省力也不费力的杠杆。

5.学生围绕书上提出的问题对数据进行统计、分析整理和反思:用什么样的方法步骤收集数据是更为合理的。

第3课 杠杆类工具的研究

(一)背景和目标

在前一课,学生初步认识了杠杆类工具,并通过对实验数据的分析研究,发现杠杆省力、费力和不省力也不费力的规律。本课学生将通过对生活中杠杆类工具的省力情况进行分析、识别和分类,认识各类杠杆的作用。这一探究,能让学生对杠杆类工具的认识向生活迁移,帮助学生理解生活中熟悉的各种杠杆类工具的科学原理。

生活中的杠杆并不像杠杆尺那样简单直观,不同杠杆的用力点、支点和阻力点的位置是不相同的,即使是同一个工具,由于使用方法的不同,它的三个重要位置也会发生变化。

学生对杠杆类工具的认识是需要一个过程的。本课的探究将把学生对杠杆类工具的认识引向生活实际。学生将经历省力、费力和不省力也不费力杠杆的分析,既能找到各类杠杆工具的三个重要位置,也能根据省力情况进行分类。

科学概念

● 杠杆可以分为省力杠杆、费力杠杆、不省力也不费力的杠杆。

过程与方法

● 通过实验认识到杠杆是否省力是由它的三个点的位置决定的。

情感、态度、价值观

● 意识到不同种类的杠杆有不同的用途,在不同条件下需要使用不同类型的杠杆。

(二)教学准备

为每位学生准备:1支长竹筷(秤杆)、螺丝帽或钩码(秤砣)、粗棉线或钓鱼线、小塑料圆盘(秤盘)、记录单。

为每组学生准备:撬盖的铁片、开瓶器和夹子。

为全班学生准备:铁片撬盖子、开瓶器开瓶子和夹子夹东西放大的情景图,传统杆秤。

(三)教科书说明

教科书分为两部分。

第一部分:杠杆类工具的比较

为帮助学生认识生活中的杠杆也和杠杆尺一样有省力、费力和不省力也不费力三种情况。教科书选择了代表省力杠杆的打开油漆桶的铁片、打开饮料瓶的开瓶器和代表费力杠杆的夹东西的夹子。这些杠杆都是学生较熟悉的工具,生活中应该有使用类似工具的经历。教学中从杠杆工具的三个重要位置着手进行比较,这是学生比较容易做到的。

教科书呈现了10种工具,依次是偏口钳、园林剪、镊子、切刀、剥线钳、剪刀、核桃夹、尖嘴钳、订书器、筷子。分析这些常用的杠杆类工具,按是不是省力的标准给它们分类:用比较分析的办法去判断哪些杠杆工具像开瓶器一样是省力的,哪些杠杆和夹子一样是费力的。

夹子等杠杆工具用起来不省力,为什么还要设计这样的杠杆工具呢?学生在这里可能很自然地提出这样的科学问题,所以有必要讨论,省力只是工具的一个作用,工具还有给人们带来方便的作用,如:延长手臂(指)、方便拿取等。

第二部分:小杆秤的研究

“秤砣虽小,能压千斤”,这是杠杆类工具运用的一个典型现象。学生在生活中也许没有很多机会见到杆秤,所以这里先通过实际的生活场景让学生了解杆秤:在中药房、农贸市

场等地方都有可能见到杆秤的身影。如仍不容易见到杆秤,建议教师准备一把杆秤,让学生进行观察。

在学生仔细观察杆秤实物后,要让学生亲自动手制作一个杆秤,这样能很容易地分析杆秤这个杠杆工具的三个重要位置及其关系,让学生感受到杠杆是怎样省力的以及杆秤设计的巧妙。

附:小杆秤制作步骤

● 把一根小手指粗的竹筷或直木棍(长约30~50厘米)打磨光滑;50克钩

码1~10个,其中一个用钓鱼线系好做秤砣。

● 自制一个秤盘,系好三条一样长的细绳并固定在秤杆上。

● 在秤砣与秤盘间选择适当的位置系上一个绳套,作为初次实验的平衡点。

● 利用平衡原理制作托盘小杆秤刻度,在称盘内每次加一个砝码(50克),移动秤砣使秤平衡,并在秤杆的挂秤砣的位置做好标记,直到秤杆用完为止。

(四)教学建议

导入

回顾上节课对杠杆尺的研究,杠杆可以根据省力情况被分成哪几类?告诉学生:生活中我们使用的很多工具都是应用了杠杆原理,今天我们一起来研究生活中多种多样的杠杆类工具。

杠杆类工具的比较

呈现用铁片打开油漆桶盖、用开瓶器打开饮料瓶和用夹子夹菜的情景图,让学生判别一下它们是不是使用了杠杆类工具,然后比较这三种工具有什么相同和不同的地方。学生可以在小组内作简单的讨论,然后提出比较的建议。如:分别找出各种工具的三个重要位置进行对比观察;比较分析三种杠杆的省力情况,看看分别属于哪一类杠杆。

1.每个学生根据图片并结合生活体验,找出三种工具的支点、用力点和阻力点,在图片中标注出来。然后请小组同学进行三个位置的比较,找出三种工具的相同点和不同点,再全班交流探讨:这三个杠杆,哪个省力,哪个费力?为什么?

2.给学生几分钟时间观察图片中更多的杠杆类工具,把图中的工具与前面的三种杠杆类工具进行比较。可以像分析前三种工具一样,用笔标注出每一个工具的支点、用力点和阻力点。然后比较出每一个工具与前三个杠杆类工具中的哪个更相似。

3.鼓励学生对另一组常用杠杆类工具进行独立分析,按省力不省力的标准判断它们分别是哪一类杠杆。

4.给学生几分钟时间思考,寻找并整理生活中的杠杆类工具,根据是否省力情况分别写出一些省力、费力和不省力也不费力杠杆的工具名称来。提出问题:机械是能帮助人们省力、方便做事情的工具,为什么有些杠杆类工具设计成费力的?学生进行探讨交流。

小杆秤的研究

1.向学生介绍中国传统的杆秤,杆秤也是一种杠杆。呈现杆秤结构图和生活中使用杆秤的图,让学生观察杆秤的构造,了解杆秤的使用。让学生尝试对“秤砣虽小,能压千斤”这句话作简单的解释。

2.让学生明确将通过制作一个小杆秤,研究它是怎样称量出物体重量的,杆秤运用的是哪一类杠杆原理。学生观察做一个小杆秤所需要的材料,然后领取一份制作小杆秤的材料,通过制作活动研究小杆秤作为杠杆类工具的特点,了解小杆秤省力的情况。解释“秤砣虽小,能压千斤”的道理。

3.拓展思考:提绳的位置对秤有什么影响?秤砣的轻重对秤有什么影响?学生可以带走自制的小杆秤。

第4课 轮轴的秘密

(一)背景和目标

在这一课中,学生将探索另一种简单机械——轮轴。当学生面对一个新机械——轮轴时,可能会主动推测它的作用,是不是可以省力呢。用实验的方法是研究解决问题的一个好途径。当在轮和轴上分别挂上不同数量的钩码并使之保持平衡时,学生会意识到轮比轴省力。当他们讨论并对直径差别更大的轮轴进行测量后,学生会更肯定地认识到轮的大小对轮轴作用是有影响的,并对自己的生活经历进行整理,去找寻那些属于轮轴的简单机械。 科学概念

● 在轮轴的轮上用力能够省力,轮越大越省力。

过程与方法

● 通过在大小差别更大的轮轴上挂重物的实验分析,认识轮越大越省力。

情感、态度、价值观

● 积极了解轮轴在生活中的应用,发展研究简单机械的兴趣。

(二)教学准备

为每位学生准备:记录单两份。

为每组学生准备:1盒钩码、2段粗线绳、1个铁架台、1个大轮、1个小轮、1个轴。 为全班学生准备:大号十字螺丝刀。

(三)教科书说明

教科书共两页,分为两个部分。

从回忆使用水龙头的经历开始,将学生的注意力吸引到观察水龙头的构造上来,认识像水龙头这样由轮子和轴固定在一起,可以转动的机械被称为轮轴。

第一部分:轮轴有什么作用

回忆、交流打开水龙头的经历,观察水龙头的构造,试想如果取下水龙头上的轮子,直接去拧轴,还容易打开水龙头吗?进而可能产生“轮轴为什么能省力”的科学问题,促成开展研究轮轴作用的活动。

通过组装一个轮轴实验装置,来研究轮轴的作用。把一定数据的钩码挂在轴上,看成要克服的阻力。在轮上也挂上钩码,看成是我们用力的大小。要学生记录下每次实验的数据,在小组内通过反复比较轮上钩码和轴上钩码的数量,并对实验数据进行分析,可以发现在轮上用力比较省力,轴上用力比较费力。

通过玩一玩“小个子战胜大力士”的游戏,让学生进一步感受在轮上用力比在轴上用力要省力。在游戏中应尽量选择大一点的螺丝刀,甚至可以制作一个像手榴弹一样的木棒来进行游戏,还可以找一些类似的轮轴来进行游戏。先让全班力量悬殊的学生进行游戏,再让同桌的学生试一试,让大家都来当一回“大力士”。

第二部分:轮的大小对轮轴作用的影响

组织学生在游戏活动后进行简单的对话讨论,期望学生们能提出螺丝刀能省力是因为轮比轴大,再进一步提出猜测,如果轮换成更大的,否会更省力呢?

学生分组改变轮轴装置,将轮换成更大的,研究轮的大小对轮轴作用的影响。保持轴上的钩码数量不变,轮上的钩码进行数量调整,记录下实验使用钩码数量的情况,分析使用更大轮的轮轴与前一次轮轴实验中钩码数量的不同。这里期望学生发现:轮越大,需要的钩码数越少,即:轮越大,轮轴越省力(比如小扳手扳一颗螺丝扳不动,换一个大扳手就可能扳动,这就是在更大的“轮”上用力,所以轮越大越省力)。

发动学生们找一找在我们身边应用了轮轴原理的地方。如汽车的方向盘、水龙头开关、门锁把手、扳手,等等,在找的过程中巩固对轮轴的认识。

(四)教学建议

引入

呈现打开水龙头的图片,学生观察水龙头的构造。告诉学生:像水龙头这样,轮子和轴固定在一起,可以转动的机械叫轮轴。

轮轴有什么作用

1.与学生谈话:如果取下水龙头上的轮子,直接去拧轴,还容易打开水龙头吗?推想轮轴机械的作用。学生根据生活经历作出自己的推测。

2.用一个轮轴实验装置来研究轮轴的作用。

出示轮轴装置,让学生简单设计轮轴机械是否省力的实验。学生明确实验的操作:可以用一个轮轴实验装置来研究轮轴的作用,把一定数量的钩码挂在轴上,看成要克服的阻力,在轮上挂钩码,看成是我们用力的大小,观察什么样的力量可以使轮轴两端达到平衡。(这时的平衡不一定是两边的位置一样高,可以是一边高一边低,但是两边的钩码在不用外力的情况下在空中应该是静止不动的。所以老师在选用材料的时候也要注意不能让轮轴本身的摩擦力太大)。要学生把每次实验的数据记录下来。

学生领取实验材料,分组开展实验活动,注意记录实验的数据,最后进行数据分析和整理出自己小组的发现。

各小组交流汇报实验的结果和发现,共同认识轮轴可以省力的现象。

3“小个子战胜大力士”的游戏。

玩一玩“小个子战胜大力士”的游戏,选几名力气小的同学握螺丝刀的刀柄旋转,力气大的同学握住螺丝刀的刀杆向相反的方向用力旋转,看谁能取得胜利。

先让全班力量悬殊的学生进行游戏,再让同桌的学生试一试,让大家都来当一回“大力士”。通过科学实验和游戏活动认识到,对螺丝刀而言,在刀柄(轮)上用力比在刀杆(轴)上用力省力。

轮的大小对轮轴作用的影响

与学生谈话:我们发现在轮轴的轮上用力比较省力,如果轴不变,把轮换大些会怎样呢?学生根据已有的直接经验进行推测。

教师在演示用的轮轴上更换更大的轮,明确实验的操作方法:同前一个实验一样,只是更换更大的轮,记录下更大的轮用多少钩码可以使轮轴达到平衡。

小组开展实验活动,注意记录实验数据,实验结束后分析整理,形成自己的新发现。 巩固应用

1.教师组织实验后的交流汇报活动,各组学生介绍实验发现:轮的大小对轮轴作用的影响。

2.与学生探讨生活中的轮轴工具。请学生找一找,在我们的周围哪些地方应用了简单机械——轮轴,它们的哪一部分相当于轮,哪一部分相当于轴。轮轴给我们的工作带来了什么方便。

3.学生课后观察生活中更多的轮轴工具并分析它们的工作原理。

第5课 定滑轮和动滑轮

(一)背景和目标

前面一课研究了轮轴机械,研究了轮轴省力的工作原理。在这一课中,学生将认识定滑轮和动滑轮这两种简单机械,并将分别通过观察钩码的数量和用测力计测量这两种方法研究滑轮的省力情况。旗杆的顶部有一个可以转动的轮子,在塔吊或吊车的吊钩上有一个一边转动一边随重物移动的轮子??在生活中这些现象不太常见,但只要留心也可能观察到。从生

活中的实际事例出发,可以让学生感受到机械对生产生活的影响。在课堂上通过科学实验活动希望帮助学生认识定滑轮和动滑轮的机械原理,也将把学生引向滑轮组的探索中。

科学概念

● 定滑轮固定在一个地方,不能随着重物的移动而移动。

● 动滑轮不固定,可以随着重物的移动而移动。

● 定滑轮和动滑轮的作用不相同。

过程与方法

● 通过自行设计实验方案来研究定滑轮是否省力、定滑轮和动滑轮的不同作用。 情感、态度、价值观

● 意识到定滑轮和动滑轮的不同作用,发展探究简单机械的兴趣。

(二)教学准备

为每组学生准备:1个铁架台、35厘米长的线、1个滑轮、1盒钩码、1个测力计。 为全班学生准备:1个铁架台、50厘米长的线、2个钩码、1个测力计、1个滑轮。

(三)教科书分析

教科书共两页,分为两个部分。

第一部分:旗杆顶部的滑轮

做一个模拟升旗的装置。

可以用铁架台做支架,用一个可以转动的轮子固定在支架顶部,用一根细线当升旗绳,用纸做一面旗帜固定在细线上,当向下拉动绳子时,旗帜就会随着绳子上升。这里强调通过演示让学生观察、体验这种向下拉绳子而旗帜能够向上升的现象,初步认识定滑轮的作用。

定滑轮能不能省力呢?鼓励学生设计实验方案,自主研究定滑轮是否省力。用铁架台做支架,安好定滑轮,在定滑轮上挂一根绳子,在绳子的两端任意挂上一些钩码,当绳子平衡时,两端的钩码数相同,由此可以说明定滑轮不能省力(请注意滑轮受到的摩擦力不能太大,否则会产生不同数量的钩码也平衡的现象)。学生还可能发现用轮子比不用轮子要省力,这是另一个单元要解决的问题。

第二部分:会移动的轮子

学生们已经清楚了定滑轮不能省力,但是可以改变力的方向。人们在搬运货物时,常使用一种随重物一起移动的滑轮来搬运。这种随重物移动的滑轮叫动滑轮。

动滑轮有什么作用?它和定滑轮有什么不同?这里可以参照研究定滑轮的实验进行,如用铁架台做支架,把绳子的一端固定在支架上,绕过动滑轮向上提(这里可用橡筋或测力计),动滑轮下挂重物。

(四)教学建议

引入

老师出示升旗的图片,和学生谈论升国旗的情况。

指出旗杆顶部有个帮助升旗用的机械装置——滑轮。

研究旗杆顶部的轮子——定滑轮

1.模拟升旗的装置,研究旗杆顶部的滑轮。

首先来做一个模拟升旗的装置,请一名学生当升旗手,大家一起观察、体验升旗的过程。 旗杆顶部的轮子是怎么运动的?

像旗杆顶部的滑轮那样,固定在一个位置转动而不移动的滑轮叫做定滑轮。

让旗手再次拉动线绳,让学生观察升旗的过程。向学生提出思考问题:当我们向下拉动绳子时,挂有旗帜的那部分绳子是怎样运动的。

2.做定滑轮有什么作用的实验

作进一步的推测,定滑轮还会有什么作用,定滑轮能不能省力呢。学生小组作简单交流,

设计一个有关“定滑轮是否省力”的研究方案,形成一个共同的实验计划。如:用铁架台做支架,安装一个定滑轮,把一根绳子放到定滑轮上,在绳子的两端任意挂上一些钩码,直到平衡。(老师要注意选择转动自如、摩擦力小的滑轮。)

学生开展实验,注意在记录单上记录数据并在小组内分析整理自己的发现。

交流“关于定滑轮是否省力”实验的结果及发现。小结形成共识:定滑轮可以改变力的方向,但是并不省力。

研究会移动的滑轮——动滑轮

出示图片或视频资料(可以是描述吊车吊运重物的情境),告诉学生在生活中常常可以看到这种随重物移动的滑轮,这种滑轮叫动滑轮。

1.动滑轮有什么作用?参照定滑轮的实验,老师演示组装一个动滑轮实验装置,用它提起重物,测量用了多大的力。在这里复习测力计及使用方法以及力的单位:牛顿(N)。

2.学生到材料中心领取测力计,开展研究动滑轮是否省力的实验。注意让学生记录下实验中的数据。在实验结束时分析整理实验数据,获得新发现。

3.学生整理归还所有实验用的材料到材料中心。各小组汇报实验的结果及获得的发现,比较定滑轮与动滑轮的作用有什么不同。

拓展

想想我们在什么情况下使用定滑轮,在什么情况下使用动滑轮。

第6课 滑轮组

(一)背景和目标

前一课学生认识并研究了定滑轮和动滑轮的作用。这一课学生将通过生产生活中的现象认识滑轮组,并亲手组装滑轮组,进行滑轮组作用的研究实验。将滑轮组合起来使用是生活中常用的省力机械。学生在前一课学习的基础上也可能已经作出滑轮组更省力的推测,组装一个滑轮组并进行实验验证,感受机械给人们带来的方便是有基础的。

科学概念

● 定滑轮和动滑轮组合在一起构成滑轮组,滑轮组能够改变力的方向,而且可以成倍地省力。

过程与方法

● 结合对滑轮组的研究,解释起重机的工作原理。

情感、态度、价值观

● 能积极参与科学实验和游戏活动并与同学友好地合作研究。

(二)教学准备

为每组学生准备:1个铁架台、2个滑轮、约50厘米长的线、1盒钩码、测力计。 为全班学生准备:光滑的木棒(能有穿在木棒上的轮子更好)、约20米长的绳子、与起重机相关的图片或视频资料。

(三)教科书说明

教科书共两页,分为两部分。

第一部分:观察起重机上的滑轮

这部分是本课研究的前奏和“导火线”。有条件的(如附近有建筑工地、吊车、起重车等)可以组织学生在保障安全的前提下,进行现场观察,也可以收集一些图片或视频资料,展示出来让学生观察,还可以课前布置学生自行进行观察,但要特别强调安全。

观察之后要让学生进行充分的交流,观察的目的是让学生发现起重机上有许多定滑轮和

动滑轮在组合起来使用。把动滑轮和定滑轮组合在一起,就构成了滑轮组。要思考这些滑轮组有什么作用。

第二部分:滑轮组的作用

需要在课堂上组装一些滑轮组,来模拟研究滑轮组的作用。

组装滑轮是一个比较困难的事,要激励学生与同伴合作,耐心细致地组装。滑轮的组装有两种方法,这里不强调方法的不同,也不需要让学生比较两种方法哪种更省力。为避免出现用力方向与重物上升方向一致而不便学生解释的现象,老师可以示范在定滑轮上固定线的方法组装滑轮组。

当学生组装好滑轮组后,首先测试用一个钩码作为重物,直接提起需要多大的力,然后再测试用滑轮组提起需要多大的力,并记录下来。随后多次改变钩码的数量,使用测力计进行测量,记录下每次的测量数据。

通过分析实验获得的几组数据,发现用力大小与滑轮组的结构的关系。

如果增加滑轮组的滑轮数量,用力大小会怎么变化呢?这一问题将学生对滑轮组作用的研究引向深入,也是本课内容的扩展和高潮。采用游戏的方式是为了增强学生的学习兴趣,并从游戏中进行体验。

这个游戏实际上是有关滑轮组的实验,两个大个子学生分别相当于重物和固定定滑轮的支架,小个子相当于使用滑轮组后施加的拉力。随着绳子绕的圈数越多,小个子处需要的拉力就越小。

这个游戏是本课的高潮,学生非常喜欢这样的活动,建议老师进行充分的准备,特别是器材的选择上要精心,实验效果要明显,还可以根据木棒大小找两个轮子以减少绳子与木棒之间的摩擦,效果会更好。

分析游戏和滑轮组实验,学生可以认识到滑轮组的组数(1个定滑轮和1个动滑轮组合在一起为1组)越多,就越省力。这也是起重机能够吊起很重的物体的原因。

(四)教学建议

引入——观察起重机上的滑轮

在建筑工地上,总少不了高大的起重机。观察起重机的工作,我们有什么发现?教师出示有关起重机的图片或视频资料,学生仔细观察,并结合自己的了解交流对起重机的认识。

研究滑轮组的作用

向学生介绍,把动滑轮和定滑轮组合在一起使用,就构成了滑轮组。

滑轮组有什么作用?通过参与组装滑轮组和提升重物的对比测量来研究这个问题。

1.组装最简单的滑轮组。

出示组装滑轮组的材料并向学生介绍,演示组装一个滑轮组的方法:将一个滑轮固定在铁架台的上端,作为定滑轮;在定滑轮的固定钩上系上一根线,绕过另一个滑轮后再绕过已固定的定滑轮,组成一个简单的滑轮组。

学生分组组装简单滑轮组,这里可能需要花一定的时间。然后对滑轮组的作用开展实验研究,并记录好相关数据。

实验后,小组学生对实验数据进行分析整理,写出对滑轮组作用研究的发现。这里可能会出现第一次实验的省力效果并不明显,要引导学生通过观察发现,此时动滑轮本身也是重物的一部分,但是随着钩码重量的增加(滑轮本身的重量没增加),省力的效果就明显了。

2.组装由多个定滑轮和多个动滑轮组成的滑轮组。

提出如果增加滑轮组的滑轮数量,用力大小会怎么变化?用与前面实验相同的方法进行实验,记录实验情况,并分析实验数据,得出结论。

3.有趣的游戏——小个子战胜大力士。

教师介绍游戏的方式,学生学习教科书上的游戏方法与规则。出示游戏器材,找两个大

个子学生和一个小个子学生参加游戏(受器材影响,当摩擦力较大时,大个子与小个子的力量悬殊不要大太)。要求没有直接参加游戏的学生对游戏的数据进行记录,寻找其中的规律。

最后组织学生根据本课的实验研究解释为什么塔式起重机能够吊起那么重的物体。

第7课 斜面的作用

(一)背景和目标

这一课中,学生将通过观察生活现象认识一种新的简单机械——斜面。他们还将在实验中对比测量直接提升重物与用斜面提升重物所用力量的大小,也将在实验中更深入地对比研究同一重物在不同坡度斜面提升时的用力情况。在前面一系列简单机械原理及作用研究的帮助下,通过认识斜面,提出“斜面是否能够省力”的科学问题,设计出简单的对比实验并进行实验研究,学生可以获得对简单机械斜面的作用及省力原理的认识。

在漫长盘旋的公路上,汽车都能正常行驶,而在特别陡峭的山路上,马力小的车就感到吃力了;我们在走坡路时,走坡度大的斜坡明显比走平缓的斜坡吃力。但是怎样用科学的实验来说明斜面的作用及坡度的大小与用力大小的关系呢,这就是本课要探究和解决的问题。

科学概念

● 像搭在汽车车厢上的木板那样的简单机械叫斜面,斜面可以省力。

过程与方法

● 制订一个简单的研究计划并用实验的数据来说明斜面的省力规律。

情感、态度、价值观

● 积极参与科学实验,愿意与同学进行合作交流。

(二)教学准备

为每组学生准备:1块搭斜面的平面板状材料、4个不同高度的小物品、1盒钩码、1个测力计。

为全班学生准备:有关斜面机械使用情境的图片或视频资料。

(三)教科书说明

教科书共两页,分为两部分。包括研究斜面有什么作用和不同坡度的斜面有什么不同两个主要活动。

第一部分:斜面有什么作用

本课的学习从生活现象引入,让学生形象地认识“斜面”这一新的简单机械。斜面概念的呈现也是描述性的。“斜面能省力吗”。教科书中四个学生的对话提示至少要做好四个方面的准备或研究:搭个斜面进行模拟实验;自己拟订科学实验计划;对比研究直接和用斜面提升重物的用力情况;用不同重量的物体在同一个斜面上对比研究。

在这个研究中学生们会发现同一物体从斜面拉上去用的力都小于直接把物体垂直提上去用的力。所以斜面可以省力。

第二部分:不同坡度的斜面有什么不同

斜面能省力是对斜面作用研究的发现。科学研究往往是在有了研究发现后又提出新问题,使研究更深入。那么斜面省力大小与斜面坡度大小有什么关系吗?按照教科书中的设计组织学生开展实验并记下相关数据。

对比表格中的实验数据,学生们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当于坡度为90°,用力最大。由此可以得出结论:斜面都能省力,坡度越小越省力,坡度越大越不省力。

生活中应用斜面的地方是很多的,这里让学生在生活经历中去发现。教科书中呈现的立交桥的引桥和螺丝钉,可以帮助学生从大的设施到很小的工具各

方面去寻找斜面。比如文具盒里的剪刀、卷笔刀等刀具的刀口;生活中的斧头、菜刀、楼梯、盘旋的山路、高速公路立交桥的引道、螺丝钉等。

一条直的上山的公路的坡度很大,而“S”形的盘山公路由于路程的延长而坡度变小。螺丝钉的螺纹相当于盘山路,延长了路程,坡度变得很小,因此用螺丝刀转一转就能轻松地将螺丝钉推进木头里。在前面取出钉子和螺丝钉的实验中,由于钉子没有螺纹,相当于坡度很大,用羊角锤使劲才能取出钉子;而螺丝钉有螺纹,坡度变得很小,用螺丝刀就能轻松地将螺丝钉取出。

(四)教学建议

引入

呈现有坡度山路的图片或视频。

我们走过盘山公路吗?

让学生描述他们的经历和感受(可以出示相关的图片或视频帮助学生回忆)。并说说还有哪些接触斜坡的经历。

斜面有什么作用

出示在人行天桥上推自行车或沿木板推货物上车的情景图,提示:人行天桥的斜坡、搭在汽车车厢上的木板也是一种简单机械,叫斜面。

学生进行关于斜面机械的简单探讨,提出问题:斜面能省力吗?

1.制订一个研究计划。

首先需要建造一个斜面。组织学生交流自己的研究方法和步骤。

不同物体在用斜面和不同斜面的情况下提升,它们的用力情况会怎样?我们可以作个比较。

2.学生分组实验,并记录每一次实验数据。

分析实验数据,整理小组的发现并集中交流,认识斜面的作用。

研究不同坡度的斜面

帮助学生深入思考:不同坡度的斜面省力情况有什么不同。

学生交流、完善计划,并开展实验活动。

分析实验数据: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当于坡度为90°,用力最大。所以得出结论:斜面都能省力,坡度越小越省力,坡度越大越费力。

斜面在生活中的应用

找一找我们的教室里哪些地方应用了斜面的原理。

找一找教室以外的环境中应用斜面的地方。

解释用螺丝刀比用钉锤能轻松地将螺丝钉钉入或取出的原因。

解释盘山公路为什么要修成“S”形。

第8课 自行车上的简单机械

(一)背景和目标

最后一课,是让学生通过观察,研究他们所熟悉的自行车这个综合运用简单机械的交通工具,将自己前几课所学的原理运用到实际生活中去。通过本课的活动,可以评价学生运用所学到的有关简单机械原理的能力。每一个学生将分析自行车上的链条和齿轮两个机械结构,然后寻找自行车上更多的简单机械,最后集中探讨本单元所认识过的简单机械的种类和它们的作用,形成对简单机械的总体认识。

科学概念

● 自行车运用了轮轴、斜面、杠杆等简单机械的原理,是应用广泛的交通工具。

过程与方法

● 发现并分析自行车上更多的机械种类和作用。

情感、态度、价值观

● 通过整理已认识的各类机械和机械的作用,意识到机械与我们的生活密切相关。

(二)教学准备

为每组学生准备:1辆自行车或完整的自行车结构图。

为全班学生准备:至少1辆变速自行车。

(三)教科书说明

教科书共3页,分为三部分。

教科书首先介绍了自行车是一种简单、方便、环保的交通工具,很多人都喜欢使用它。老师可以让学生观察自行车,告诉学生自行车是简单机械的巧妙结合,从而激发学生了解自行车机械原理的兴趣。

第一部分:自行车上的链条和齿轮

让学生自行组合,组成几个自行车研究小组(根据情况,若不能备齐每组一辆自行车,可为全班学生找到一辆变速自行车,各小组研究自行车结构图)。老师引导学生关注“人的力量是怎样传到车轮上去的”,让学生分组对自行车进行细致的观察,找出要分析的各个部位,探讨自行车上链条和齿轮的作用。

通过观察思考两个齿轮的大小对改变轮子转动快慢的作用,促进学生展开比较测量的实验研究活动。在具体的实验研究中发现,轮轴机械原理在自行车上的应用(以三挡变速自行车为例):自行车脚踏板的大齿轮带动最小的驱动轮齿轮,转速最快,但是用力最多;自行车脚踏板的大齿轮带动中驱动轮齿轮,转速变慢,但是比较省力;自行车脚踏板的大齿轮带动最大的驱动轮齿轮,转速最慢,但是省力最多。

在学生对齿轮有所认识的基础上,老师和学生共同观察研究变速自行车多个齿轮的作用,即大小齿轮间轮换的作用及机械原理,感受到简单机械的巧妙作用。

第二部分:寻找自行车上的简单机械

在对自行车链条和齿轮研究的基础上,鼓励学生寻找观察自行车上其他部位更多的机械。

第一步,分小组在自行车上寻找运用简单机械的部位,选择一个本组感兴趣的机械问题,教科书上3个学生的发言是一些提示。

第二步,根据选择的机械种类,小组开展实验研究。教科书上呈现的三幅图中车把是轮轴、刹车是杠杆、脚蹬子是轮轴。学生可以观察分析更多的机械部位,并整理记录下来。

第三步,对观察研究进行交流。学生可能会发生一些争论。通过交流,可以对各小组的观察分析进行评价。

第三部分:讨论

这里再进行一次对简单机械的讨论,可以帮助学生对获得的相关信息进行整理,教师也可以通过这一活动,评价学生在经历了一单元的学习后对机械的认识是否得到了发展。

(四)教学建议

引入:出示一辆自行车

自行车是简单、方便、环保的交通工具,很多人都喜欢使用它。我国就是一个自行车大国。今天我们就来对自行车进行观察研究。

研究自行车上的链条和齿轮

我们知道自行车是简单机械巧妙的组合,可以依靠人的力量前进。人的力量是怎样传到车轮上去的?

1.将全班学生分成小组,以组为单位进行研究。学生观察自行车上的链条和齿轮,分析

它们的作用和原理。教师可以用以下问题帮助学生研究:(注:两齿轮是指脚踏板大齿轮和驱动轮小齿轮)

两齿轮的大小对改变转动的快慢有什么作用?

自行车大齿轮转动一圈,小齿轮转动多少圈?

小齿轮转动一圈,大齿轮转动多少圈?

2.学生进行细致的观察实验。讨论齿轮转动的快慢与齿轮的大小是怎样的关系?

3.出示自行车实物,研究变速自行车上多个齿轮的作用,尝试总结自行车变速过程中轮轴机械原理的运用。

寻找自行车上的简单机械

鼓励学生在自行车上寻找更多的简单机械进行研究。

1.学生分组开展观察研究活动,注意记录下简单机械的位置、机械的类型和机械发挥的作用。这里可能需要给学生更多自主的时间和空间,老师要参与到学生的探讨中去,了解学生对简单机械的认识情况和可能出现的问题。

2.全班进行交流,讨论各种类型简单机械在自行车上的运用,补充记录本组没有发现的简单机械的应用。

拓展研究

引导学生讨论在本单元研究过的简单机械及它们的作用,学生对自己的认识进行记录整理。鼓励学生对简单机械提出新的问题,促进学生继续对简单机械进行课外研究。

四、评价建议

在单元教学结束的时候,建议对学生们的学习作一次单元评价。评价可以是多元的,学生们可以自己评价,同学间也可以相互评价,但这些评价都要在老师的引导下进行。评价内容建议从以下这些方面去考虑:

1.“机械”及“简单机械”的概念,包括杠杆、轮轴、定滑轮、动滑轮、滑轮组、斜面这几类简单机械的描述性概念。

2.杠杆的原理、分类及运用。

3.轮轴的原理及运用。

4.定滑轮、动滑轮的原理及运用。

5.滑轮组的原理及运用。

6.斜面的原理及运用。

7.观察分析自行车上一些简单机械的运用及原理。

8.设计并开展测量实验、对比实验的情况,整理分析实验数据并形成解释的能力。

五、参考资料(少图片)

关 于 机 械

使用机械的目的:省力或加快速度(省时)或操作方便(改变力的方向),使用机械绝对不能省功,也不会产生功,而只能传递或转换功和能。

简单机械:常用的机械大都是由杠杆、轮轴、滑轮以及斜面等几种基本组件组合而成的。上述的几种组件,可称之为简单机械。

杠杆的种类及作用

杠杆是一种简单机械;一根结实的棍子(最好不会弯又非常轻),就能当作一根杠杆了 上图中,方形代表重物、圆形代表支点、箭头代表用力点,这样,你看出来了吧?在(图

1)中,在杠杆右边向下用力,就可以把左方的重物抬起来了;在(图2)中,在杠杆右边向上用力,也能把重物抬起来;在(图3)中,支点在左边、重物在右边,力点在中间,向上用力,也能把重物抬起来。

请注意,在(图1)中,支点在杠杆中间,在物理学里,把这类杠杆叫做第一类杠杆;(图

2)是阻力点在中间,叫做第二类杠杆;(图3)是用力点在中间,叫做第三类杠杆。

第一类杠杆,例如:撬棍、剪刀、钉锤、拔钉器??这类杠杆可能省力可能费力,也可能既不省力也不费力。这要看用力点和支点的距离,用力点离支点愈远则愈省力,愈近就愈费力;如果阻力点、用力点距离支点一样远,就不省力也不费力,只是改变了用力的方向。

第二类杠杆,例如:开瓶器、榨汁器、核桃夹、独轮手推车??这类杠杆的用力点一定比阻力点距离支点远,所以永远是省力的。

第三类杠杆,例如:镊子、烤肉夹子、筷子??这类杠杆的用力点一定比阻力点距离支点近,所以永远是费力的。

轮 轴

轮轴:由两个半径不等的圆轮,固定在同一轴心上,这种机械称为轮轴。

轮轴事实上是杠杆的变体,若把轴心当作支点,则轮半径R是轮上作用力的力臂,而轴半径r是轴上作用力的力臂,此时的轮轴恰为支点在中间的杠杆。

轮轴的应用:

1.若动力在轮上时,由于动力臂较大,因此动力会小于阻力,此时的轮轴必省力,而代价则是动力移动距离加长。

2.若动力在轴上时,由于动力臂较小,因此动力会大于阻力,此时的轮轴必费力,但动力的移动距离较短。

3.门的球形锁是轮与轴的例子。圆形把手的半径较穿过门的心轴为大,使我们能以较小作用力来旋转心轴。若是取掉圆形把手只靠心轴本身来旋转,将发现没有轮轴机械的帮助,旋转心轴非常困难。其他如:方向盘、螺丝刀、绞盘等也是轮轴的应用。

滑 轮

滑轮:边缘有凹槽,能绕中心轴自由旋转的轮,称为滑轮,可分为定滑轮与动滑轮两种。 定滑轮:滑轮的轴固定不动的,称为定滑轮。

1.定滑轮可视为支点在中间,且两臂等长的杠杆应用。以定滑轮吊起重物时,绳上作用力与负荷相等,即不会省力。

2.使用定滑轮吊起物体时,只是为了改变力的作用方向,达到操作方便的目的。

3.使用定滑轮时,绳子拉力的方向和拉力的大小无关,此时因拉力的方向总是和臂垂直,故物体被拉升的方向与拉绳子的方向无关。

动滑轮:滑轮的轴可随物体上下移动,称为动滑轮。

1.动滑轮可视为阻力点在中间,且动力臂为阻力臂两倍长的杠杆的应用。

2.以动滑轮吊升物体时,绳上作用力的大小约为负荷的一半,可以达到省力的效果。

3.使用动滑轮时,拉力的大小和拉绳的方向有关。拉力的大小视拉绳方向和垂直方向之夹角的增加而增大。

滑轮组:定滑轮和动滑轮可用许多不同组合方式得到滑轮组,不同的滑轮组有不同的机

械利益比。换个说法,滑轮系统中机械利益比是由滑轮的数目与组成位置而决定的。

斜 面

斜面:与水平面成倾斜的光滑平面,称为斜面。

1.以斜面装置拉动滑车至高处的作用力,比直接吊起滑车至高处的作用力要小,也就是说,斜面可以用较小的力将物体抬至高处。

2.斜面越长或斜面高越短即斜角越小,则越省力。

3.斜面的应用。

(1)日常生活中有很多事物应用斜面的原理而达到省力的目的,如楼梯、蜿蜒而上的山路等。

(2)若将两个斜面结合在一起,则形成一种称为楔(或称为劈)的简单机器。楔在切割并分裂东西时非常有用。刀、斧及人类门牙均为楔的例子。

(3)若将斜面围绕在圆柱上,则形成称为螺旋的简单机器。常用来固定物体的螺丝、附螺纹的瓶盖、螺旋式汽车千斤顶等都是应用螺旋的装置。

斜面虽然已被人类使用数世纪之久,但直到1586年,斯蒂文才提出理论上的说明,当一物体沿一光滑斜面向上推时,将其提高到斜面顶端所需的力是F=wh/d,其中F是平行于斜面方向施加于物体的外力,W是物重,h是斜面的高度,d是斜面长度。斜面减少了提高物体所需之外力,是因斜面具有机械利益,即d/h比值。斜面越平缓,机械利益越大。

拉链也是斜面应用的一种,斜面使拉拉链的微小力量转换成足以分合链齿的强大力量。

形状与结构

一、单元概述

物体,不管是天然存在的还是人工制造的,大多具有可见的形状和结构,它们以其形而显其身,千姿百态。它们为什么具有这样的形状和结构呢?这其中蕴涵着大自然的客观规律,也反映了人类的聪明才智和科技发展的水平。

本单元所说的形状结构,是指能够承受一定外力作用,不会发生形状和大小改变的构造。学生在学习中要了解身边几种常见的结构,知道结构具有不同特点能满足不同的需要;发现改变物体的形状结构可以改变其承受力的大小;体验科学、技术对社会进步的巨大影响;提高探究兴趣,发展探究能力。

学生在五年级时探究了力和运动的关系,知道了力可以改变物体的运动状态。其实,静止的物体也无不受到力的作用。本单元引领学生探究物体的形状结构,可以发展他们对力的认识,知道力还有使物体形变甚至破坏的作用。

本单元选取了几种最常见的形状结构,联系学生身边熟悉的事物,由浅入深地进行探究,最后进行综合和应用。内容可以分为两大部分。

第一部分(第1~7课)是探究形状结构的科学道理。其中,第1~6课是分别研究条形、拱形、框架等结构,第7课是认识桥梁的结构。

第二部分(第8课)是设计科学合理的形状结构。

各课具体内容是:

第1课“抵抗弯曲”、第2课“形状与抗弯曲能力”研究条形材料抗弯曲能力与形状的关系。

第3课“拱形的力量”、第4课“找拱形”研究拱形承受力的特点,并从认识拱形拓展到认识圆顶形、球形、各种弧形;从对人造物体的研究扩展到生物体的研究。

第5课“做框架”、第6课“建高塔”认识框架结构的特点,研究加固框架结构的方法和物体稳定性问题。

第7课“桥的形状和结构”是认识桥多姿多彩的形状和结构,这课汇集和拓宽了前面几种结构的认识,并为下一课学生造“桥”作了铺垫。

第8课“用纸造一座‘桥’”安排了一个具有挑战性的设计制作活动,是对学生综合运用知识能力和动手能力的培养和评价。

本单元学习的内容与生活的联系十分密切,教学材料简单易得,动手操作特点突出。我们要充分利用这些优势,把制作和探究相结合,把科学教育和技术教育相结合,以取得最佳的教学效果。

二、单元教学目标

科学概念

● 柱、梁、拱形、框架等形状结构各有不同特点,能满足人们的不同需要。

● 增加梁的厚度可以增加抗弯曲能力。改变材料的形状,可以改变材料的某些性能。 ● 知道拱形承受力的特点是可以向下和向外传递承受的压力。了解圆顶形、球形等有与拱形相似的特点。

● 三角形框架具有稳定性,利用三角形可以加固框架结构。

● 上小下大、上轻下重的物体稳定性好。

● 形状和结构与它的功能是相适应的。

过程与方法

● 制作、预测和测试结构的承受力。

● 用简单材料独立探究物体不容易倒的秘密。

● 识别和控制变量,记录数据、分析数据,得出合理结论。

● 用不同方式进行解释。

● 把探究的结果与最初的假设相比较。

情感、态度、价值观

● 发展乐于动手、善于合作、不怕困难的品质,体验获得成功的喜悦。

● 在探究中既能大胆假设,又能小心求证。

● 尊重自己和他人的制作成果。

● 发展尊重他人、认真倾听、敢于发表意见的品质。

● 感受科学技术对社会的作用,对生活的影响。

● 懂得欣赏桥梁建筑形状和结构的美。

三、分课时教学建议

第1课 抵抗弯曲

(一)背景和目标

从形状和结构的角度看建筑物,几乎所有的建筑物都有柱子和横梁或类似柱子和横梁的结构。从承受压力的特征上看横梁,它的抗弯曲能力与其宽度成正比,与高度(厚度)的平方成正比,增加材料的厚度可以非常明显地增大抗弯曲能力。把材料做成“T”“工”“○”等异型形状也利用了抗弯曲能力与材料“厚度”的特殊关系。作为本单元第一课首先引导学生研究纸的厚度与抗弯曲能力的关系,为后面的研究奠定认识的基础。本课有两个活动。

第一,研究梁的抗弯曲能力与什么有关。在有关的因素中实验研究抗弯曲能力分别与梁的宽度、厚度的关系,发现厚度增加,梁的抗弯曲能力大大增加。

第二,研究横截面是长方形的横梁平着放好,还是立着放好。让学生用前面研究的结果进行解释,并用做简单实验的方法来证明。活动由教师指导下的研究变为学生独立的操作和研究。

科学概念

● 房屋、桥梁结构中有“柱”和“梁”,梁比柱容易弯曲。

● 增加梁的宽度可以增加抗弯曲能力,增加梁的厚度可以大大增加抗弯曲能力。 过程与方法

● 识别和控制变量,记录数据,分析数据并得出合理结论。

● 用简单实验说明横截面为长方形的横梁为什么都是立着安放的。

情感、态度、价值观

● 能够大胆假设又能在实验中小心求证。

(二)教学准备

为小组准备:长度、宽度相同、厚度不同的纸条(相同的卡纸粘贴而成),长度、厚度相同、宽度不同的纸条;铁垫圈、竹片或尺子。

教师自己准备:有关的建筑图片。

(三)教科书说明

本课通过两段文字和四幅图引导学生认识房子、桥梁都有柱子和横梁,是靠柱子和横梁

支撑的,横梁比柱子容易弯曲。由此引入本课研究的内容。

第一部分:横梁的抗弯曲能力与什么有关

本部分先让学生推测梁的抗弯曲能力与什么有关。梁的抗弯曲能力与材料有关,与长短有关是比较好理解的。本课只引导学生用实验的方法研究梁的抗弯曲能力与其宽度、厚度之间的关系。

两个实验都是对比实验,教科书都提示了学生思考“应该控制哪些条件不变?怎样控制这些条件不变?”两个实验都要控制垫起纸板的高度不变,“弯曲了”的标准不变,纸板悬空部分的距离不变,放垫圈的位置不变。所不同的是第一个实验是改变纸板宽度而厚度不变,第二个实验是改变纸板厚度而宽度不变。

在两个实验中,改变宽度和改变厚度都要成倍数地改变,这样容易看出实验数据的规律。 通过实验的数据,学生可以发现:纸的宽度增加,抗弯曲能力也会增加。纸的厚度增加,抗弯曲能力会大大增加。他们自然会进行比较思考,要增加抗弯曲能力,增加厚度比增加宽度更有效。

本课的重点是指导学生做好这两个实验,让学生经历预测、实验、记录、分析数据得出结论的过程。

第二部分:横梁平着放好,还是立着放好

学生观察会发现,几乎所有的梁横截面都是长方形的,而且都是立着安放的,也就是梁的厚度比宽度大。教科书要求学生说说这样安放的理由,启发学生用刚学的知识进行解释,还要求他们用做简单的实验来证明自己的看法。学生可以用冰棍木片、塑料尺子进行演示证明。这是对第一部分研究结论的应用。

(四)教学建议

1.认识柱子和横梁。

本课导入部分让学生认识柱子和横梁,这不但是本课的需要,也是整个单元的需要。要从两方面建立新认识。

(1)房子和桥梁都是依靠柱和梁支撑的。这要通过观察、比较最简单的房子和最简单的桥的结构特点来认识。用板凳来比喻柱和梁,用板凳来比喻房子和桥梁,学生就容易理解房子和桥梁结构的共同点了,因为它们在结构上都和板凳是类似的。

(2)通过对比让学生认识到,柱子承受的压力是要把柱子压短、压碎,这当然是很不容易的。横梁承受的压力要把横梁压弯、压断,这就比较容易了。所以,研究横梁抗弯曲能力就很重要了。

2.纸的宽度与抗弯曲能力的实验。

(1)准备纸横梁。选用的纸不能太薄,太薄的纸连自身重量都不能承受或只能承受自身重量,加一点点外力就弯曲了,无法进行对比实验。但纸也不能太厚,太厚没有弹性,或者压不弯,或者压弯时已经压坏了。课前必须对选的纸先行试验,看看合不合用。一般来说,选用0.5毫米左右厚的卡纸,即通常称为薄纸板的纸比较合适。将纸裁成长大约25厘米,宽分别是3厘米、6厘米、12厘米(或2厘米、4厘米、8厘米)的纸条备用。

(2)为了纸条不被过度弯曲而能够多次使用,在实验中,纸条垫起的高度要控制在2厘米左右。这也是为了保证每次实验纸条弯曲的程度相同。每次实验以纸条中部接触到桌面为最大弯曲度,这时承载的垫圈数为它的抗弯曲能力。

(3)在讨论这个对比实验应该怎样做时,要让学生清楚应控制哪些条件不变。除纸横梁厚度、长度相同,弯曲程度相同外,纸横梁架空的长度也要相同(纸条架空长度可控制在20厘米左右),垫圈都要放在中间位置,都要轻轻地放。实验改变的只是纸的宽度。为了便于比较,我们要成倍地变化。

(4)在第一次测试后,可以设问:猜想一下,宽度增加一倍抗弯曲能力是多少?宽度

增加两倍呢?先预测后实测,不但能提高学生对实验数据的关注程度,更重要的是促使他们思考宽度与抗弯曲能力的关系。

3.纸的厚度与抗弯曲能力的实验。

(1)准备纸横梁。把0.5毫米左右厚的卡纸切成长约25厘米、宽约3厘米(或2厘米)的条形,再分两张、四张分别粘在一起压平,做成厚为1张纸、2张纸、4张纸而长宽相等的三个纸横梁。粘纸条的时候,最好把纸头错开一点,能明显看出是几张纸粘成的。糨糊要尽量少放。

(2)同样要让学生清楚这个对比实验应控制哪些条件不变,改变的是哪个条件。

(3)这个实验纸横梁抗弯曲能力差别十分明显。得出的结论可以是描述性的:厚度增加,抗弯曲能力大大增加。或者厚度增加一倍,抗弯曲能力的增加大大超过一倍??

(4)在做完这个实验后,应该引导学生比较一下,要增加纸横梁的抗弯曲能力,增加纸横梁宽度与增加纸横梁厚度,哪种方法更好。让学生通过实验数据的对比认识到增加纸横梁的厚度是增加其抗弯曲能力的好办法。

4.解释横梁平着放好还是立着放好。

(1)如果有条件,可以先让学生观察教室顶上的钢筋混凝土横梁,横截面是什么形状的,它是平放的,还是立着放的。指出这里平着放和立着放都是针对横截面而言的。然后再用图像提供一些观察对象。

(2)提问:横梁为什么都是立着安放的呢?你们怎样用尺子(或冰糕木片)来证明你们的观点呢?(用手弯折尺子,平着很容易折弯,立着折不弯。说理由的关键点是,厚度比宽度更能提高梁的抗弯曲能力)。

第2课 形状与抗弯曲能力

(一)背景和目标

增强材料抗弯能力的另一种方法是改变材料的形状,这种方法的道理根源于改变材料的宽度和厚度。现在来研究材料的形状与抗弯曲能力,可以让学生认识到为什么改变形状就可以改变抗弯曲能力了。本课有两个活动。

第一,研究形状与抗弯曲能力的关系。用同样的纸做成像条形钢材那样的各种形状,测量它们的抗弯曲能力,并与平展的纸比较,认识改变材料形状可以改变其抗弯曲能力。更进一步的道理,教科书用资料形式给出,学生可以通过阅读来理解。

第二,研究瓦楞纸板的形状结构。瓦楞纸板有三层或五层,中间一层或两层是波浪形的,这几层薄纸板黏合在一起形成一个整体。这种结构使瓦楞纸板的强度大大增加,比把三、五层薄纸板平粘在一起强度大多了。研究瓦楞纸板不但可以加强对第一个活动的认识,而且可以让学生有新的发现或产生疑问,从而引导学生的认识向较复杂的形状结构前进。

科学概念

● 改变材料的形状,可以改变材料的抗弯曲能力。

过程与方法

● 做纸的形状与抗弯曲能力关系的实验。

● 观察瓦楞纸板的结构,作出解释和提出问题。

情感、态度、价值观

● 意识到小组合作做实验进行探究的必要性。

● 乐于根据观察作出解释和提出问题。

(二)教学准备

为小组准备:实验用的大小相同的纸若干张、铁垫圈、胶水、包装箱瓦楞纸板。

教师自己准备:一些不同形状的钢、铝型材样品或相关图片。

(三)教科书说明

本课让学生观察不同形状的钢材、铝材,并提出问题引入研究。教科书插图中是角钢、工字钢、槽钢、圆钢管、口形钢等条形材料。

第一部分:形状与抗弯曲能力

本部分指导学生用平展的纸梁和折成钢材形状的纸梁做实验来研究形状与抗弯曲能力的关系。插图中折的和记录表中画的几种形状都是比较好放铁垫圈的。研究的目的不是要区分这几种形状抗弯曲能力的大小,而是与平展的纸比较,发现改变薄形材料的“-”字形形状,都可以增大其抗弯曲能力。

要使测试公平,就应当用长、宽、厚薄都与平展的纸一样的纸来折各种形状,纸梁架空的距离一样,放垫圈的位置一样。

实验后,教科书提出了两个研讨问题。第一个问题“各种形状的纸横梁比平板纸横梁抗弯曲能力大多少?”是引导学生认识改变薄形材料的形状都可以增大它的抗弯曲能力。

第二个问题“为什么改变形状也能提高材料的抗弯曲能力?”是引导学生对这种现象进行思考,发现现象后面隐藏的实质。这个实质要让学生独立发现是有困难的,教科书中有一段配图的文字供学生阅读,教师可以根据学生实际灵活处理,可研讨、可阅读、可讲解。

第二部分:瓦楞纸板的研究

经过手掰瓦楞纸板感觉其软硬,撕开观察其构造,学生会发现瓦楞纸板有特殊的构造,正是这种构造使其抗弯曲能力变得很大。观察后研讨这样的结构为什么使柔软的纸变坚硬了,要学生作出自己的解释,这是对本节课形成的科学概念的变式应用。希望学生能发现瓦楞纸板不只是把纸单纯的弯折,也不是把纸单纯的平粘增加厚度,而是又折又黏合。

要求学生提出一些问题,是希望他们能发现得更多,思考得更多。如瓦楞纸板方向不同,抗弯曲能力是不同的,为什么?弯曲的中间层好似一个个连续的拱形,拱形有什么特点??让探究的触角伸展开来。

(四)教学建议

1.研究形状与抗弯曲能力的关系。

(1)在学习形状结构与抗弯曲能力的关系内容时,如果能找一些做塑钢窗、铝合金窗的边角余料给学生实际观察,效果就更好了。在导课时,出示这些材料,介绍它们的名称,看一看材料壁的厚薄,感觉一下它们的结实程度。让学生解释一下这些材料为什么要做成这种样子。然后引入研究课题,并具体化为折纸横梁来测量它们的抗弯曲能力。

(2)提供给学生做实验的纸不能太薄,纸太薄保持不住折成的形状,也就无法研究下去了。用牛皮纸、挂历纸那样厚的纸比较合适,容易折叠又比较容易保持住形状。折不同形状的纸大小应该是相同的。

(3)同样做这个实验,可以让学生自己去折不同的形状来做研究。教科书插图中和测试记录表中几种形状是列举性的,不是规定必须测量的。研究的最终目的也不是要找到哪一种形状抗弯曲能力最强,而是要发现用不同形式改变薄形材料的“-”字形形状,都可以增大它的抗弯曲能力。当然,学生测量了几种形状,是可以比较出哪一种形状承重能力更强些,但这不是主要的。

(4)让学生认识到这个实验控制不变的条件是做纸横梁所用纸的大小,因此折出来的长度、架空的距离、放垫圈的位置都应该是一样的。唯一改变的是纸横梁的形状。

形状改变,宽度自然改变,实质上厚度也改变了,所以,学生说宽度改变了是对的,说厚度改变了也是对的。但是教师要指出,这些改变也就是形状改变含义的一个方面。

(5)折成不同形状的纸比平展的纸更能抗弯曲,是学生原来就有的认识,不是通过现在的实验才发现的,这个实验是在验证和强化学生原有的认识。所以我们需要继续把科学概

念向前推进,问:为什么折成这些形状抗弯曲能力就增大了呢?学生自己想不明白说不清楚没关系,可以阅读教科书上的资料,通过阅读资料来学习。然后,要学生用自己的话说说这些形状为什么相当于增加了材料的厚度。

(6)要注意的是,清楚地认识和表述为什么改变形状可以增加抗弯曲能力不是对每个学生的要求,我们的教学目标是“认识改变材料的形状,可以改变材料的抗弯曲能力”。引导学生思考一下这是为什么,是为了加强这个目标。

同时,也不能认为这个目标还是学生原来的认识水平。不是的,现在的这个认识已经是用实验数据证明,有科学道理支撑的认识。

2.瓦楞纸板的研究。

(1)瓦楞纸板的各层是粘在一起的,在教学时要完整地解剖一部分,有一定的难度也费时间。所以建议课前先把一些瓦楞纸板剥开,作为只供观察的材料。另外再提供一些瓦楞纸板让学生去弯折感觉软硬,撕开后再感觉软硬。

(2)观察过程中教师可以提一些问题引导学生思考:瓦楞纸板一共有几层?每层的厚薄、软硬、形状如何?瓦楞纸板的结构有什么特点?

(3)学生观察后可以提出问题:你们认为瓦楞纸板抗弯曲能力强的原因是什么?启发他们作出自己的解释。还有什么问题吗?希望他们能提出一些自己的疑问。

如果学生能大胆地试着作解释,提出他们想知道的问题,我们的目标就达到了。

第3课 拱形的力量

(一)背景和目标

拱形结构是一类很重要的结构,应用广泛。拱形结构又叫推力结构,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。本课有两个活动。

第一,测试纸拱的承重能力。用纸拱做实验研究拱形的承重特点,材料好找、简单易行。实验中不断想办法控制拱变形的问题,使纸拱不断承载更大的重压。通过实验引导学生认识拱形承重的特点。

第二,搭一个瓜皮拱。纸拱毕竟是一个不会轰然垮掉的拱,做一个瓜皮拱不但饶有趣味,而且更能感受到拱形的承重特点。当学生小心翼翼地把很滑的、小块的瓜皮搭成一个拱,看到这个拱并未垮掉甚至还能承重时,他们对拱形承重的特点会感受很深,会惊叹拱形的“力量”大。两个活动相比,前者是更理性的探究,后者是更感性的制作,相辅相成。

科学概念

● 拱形可以向下和向外传递承受的压力,所以能够承受很大的压力。

过程与方法

● 根据观察到的拱形产生的形变来推想它受力的状况。

情感、态度、价值观

● 认识到边实验边思考,对不断深入研究的重要性。

(二)教学准备

为小组准备:做拱形的纸,铁垫圈若干。

教师自己准备:相关的图片资料。

学生自己准备:搭瓜皮拱的瓜皮、小刀。

(三)教科书说明

本课从古代城门都是拱形,柔软的纸做成拱形就变“坚硬”的事实引入对拱形结构的研究。

第一部分:测试纸拱的承重能力

用适当厚的纸做拱很容易,教科书选用纸拱来研究拱形承重的特点。研究纸拱承重能力分为三个步骤。

第一步,做一个纸拱放在桌上测试它能承受多少个垫圈的压力,这样的拱受一点点压力就伸展开了。让学生经历这样一个过程,他们会发现拱在受压力时,拱脚会向两边推,会产生向外推的力。

第二步,怎样使纸拱的形状保持不变呢?用书抵住拱脚。学生继续测试研究,会知道这样的拱能承受比较大的压力,而且观察到随着压力的增大,拱开始慢慢变形。这一步的重点是引导学生根据拱形的变化分析力的作用,认识到拱形承受压力的特点。

第三步,怎样才能使纸拱承载更大的重量?教科书作了提示:看它是怎样变形的,想怎样使它不变形。引导学生想到把两边的书摞高些,更好抵住拱的外推力。

研究纸拱的承重能力是一个连续的过程,前后承重差别很容易观察,所以没有要求做实验记录。本课配图的资料“拱形承重的秘密”能帮助学生把研究获得的感性认识提升一步。

第二部分:搭一个瓜皮拱

搭瓜皮拱是模拟人们用砖、石块建拱的活动。插图中是用西瓜皮搭拱,呈现了搭瓜皮拱的过程和效果。教学中也可以用其他的瓜皮搭拱。教科书最后要求对瓜皮拱不垮作出解释,解释的过程是学生把新知识内化的一个过程。

(四)教学建议

1.测试纸拱的承重能力。

(1)搭纸拱的纸要有适当的厚度,如牛皮纸、旧挂历纸或卡纸。这样的纸当平展着时不能承载多大的重量,但做成拱形后能承载相当的重量,对比比较鲜明。

(2)纸拱有其特点,变形很严重了都不垮塌,到底怎么算它“能承受多大的重量”?所以,我们在教学时要先让学生认识到这个特点,并约定一个标准,纸拱变形到什么程度就算是超过它的承载能力了,就相当于“垮掉了”,这样才便于研究比较。

尽管约定的这个标准也不是很标准,但是是很必要的。

(3)做实验的步骤和指导。

①要求学生把纸先卷一卷再松开,做成一个拱形,用铁垫圈测试一下它能承受多大的压力。这个拱不能借助其他物体帮助。

研究为什么这个拱不能承受稍微大一点的压力,要使拱能多承受几个垫圈,怎么办。 (这个拱受压就伸展平了,所以承受不了多大的压力。把拱足抵住,就可能多承受垫圈的重量)。

②用两本书分别抵住两边拱脚,使纸拱不塌下来。测量这样的拱能承受几个垫圈的重量。 提问:随着压力不断增加,纸拱有什么变化?怎样才能让纸拱承受更多的垫圈? (纸拱变形了,多用几本书抵挡住拱形,使它不变形)。

③用较多的书抵住纸拱,再测量能承受多少个垫圈(可以承受更多的垫圈)。

(4)实验中不断想办法解决纸拱变形的问题,实质是解决抵消拱的外推力的问题。因为力是看不见的,拱产生的形变是可以看见的,所以前面是以“怎么使纸拱不变形”来指导研究。在此基础上,这时就需要引导学生认识外推力了。

研讨为什么我们抵住拱足,拱就可以承受那么大的压力。希望学生从实验观察中悟出:拱形受压要向下和向两边挤,抵住拱足就抵消了它向两边挤的力。在经过一段讨论后,阅读教科书上的资料,进一步了解拱形承受力的特点。

2.搭一个瓜皮拱。

(1)选半圆形瓜皮,切下一个弧形条,宽度在3厘米至4厘米。

(2)把这根弧形的瓜皮条切成5块。切口线的方向要指向想象中的圆心。切5块是为

了在搭建拱时两手好拿。切成块后注意按原来的顺序放好。

(3)搭拱时可以在接缝处夹一张纸巾吸收渗出的水,纸巾大小与切口面相同或略小。要用物体把拱脚处抵住。

(4)可以全班共同搭建一个瓜皮拱,也可以要求学生课外做。

本课最后,可以给学生讲述我国的赵州桥石拱的构造和特点。

第4课 找拱形

(一)背景和目标

在研究了典型的拱形的特点后,本课进一步发展学生对拱形的认识:认识圆顶形和球形等具有拱形相似特点的弧形结构;认识生活物品中的拱形;认识生物体中的拱形。这不但使学生对拱形的概念加深,也使学生过程与方法的能力有所提高。本课有三个活动。

第一,了解圆顶形和球形的承重特点。狭义的拱形概念是指像上一课纸拱、瓜皮拱那样的拱。其他由不同曲面构成的形状分别叫圆顶形、球形、弧形、抛物线形,等等。广义的拱形结构概念则包括所有的弧形,因为它们有共同的特征,又称作弧形结构。基于学生的水平,我们采用狭义的称呼。“找拱形”就是要在圆顶形、球形、不规则弧形结构中找出拱形的特征,采用的方法是引导学生把圆顶形、球形看成是拱形的组合。使学生对弧形结构有一个概貌性的了解。

第二,观察分析塑料饮料瓶形状结构的设计。让学生通过观察、分析悟出其中的道理,可以提高学生观察、分析能力,体会到科学技术与生活的密切联系。这项活动有综合性、开放性特点,可以涉及美观、方便或其他方面的一些问题。

第三,了解生物体中的拱形结构。与生命世界的学习联系,加深对生物体结构与功能关系的认识。

科学概念

● 圆顶形、球形等有和拱形相似的特点,可以承受很大的压力。

过程与方法

● 用已有知识对常见弧形结构承受力的特点作解释。

● 发展观察、联想和逻辑推理能力。

情感、态度、价值观

● 感受科学技术对我们生活的影响。

(二)教学准备

为小组准备:完整的和对半剖开的乒乓球,完整的和剪开的塑料饮料瓶。

教师自己准备:类似拱形、圆顶形和球形的物品或相关图片,若干根相同的硬纸条(演示拱形拼成圆顶形和球形)。

(三)教科书说明

本课开篇引导学生回顾拱形结构承重的特点,说说知道的拱形建筑。插图从左至右是黄土高原上的窑洞、古代拱门、现代拱形屋顶。这是连接上一课和这一课的纽带。接着引申到圆弧形物体,提出它们“有相似的特点吗”的问题展开研究。

第一部分:了解圆顶形和球形承受力的特点

本部分先让学生知道什么是圆顶形和球形,然后观察对半剖开的乒乓球壳,通过“看”“捏”发现乒乓球壳本身不厚、较软。

接下来做实验,三个剖开的乒乓球壳承载了一大摞书。最后用手捏、压乒乓球,乒乓球“纹丝不动”。

这些都会让学生直接感受到圆顶形和球形承受力的特点。

找圆顶形与拱形相似的地方,是要学生从“形”上找相似,插图表现了一个拱形以拱顶和拱脚中点连线为轴旋转,就成了圆顶形的情景,所以圆顶形可以看成是若干拱形的组合。试着解释圆顶形承受压力的特点,是要学生在“力”上作分析,教科书对圆顶形特点作了简要说明。

对球形认识的思路与此相同。拱旋转成球形的插图强调了球形是以拱脚连线为轴旋转形成的。

最后让学生再举一些类似拱形的形状以扩展拱形的概念。悉尼歌剧院、中国国家大剧院两幅插图为学生举例提供了借鉴,它们的一个共同特点是内部空间很大但是没有柱子,这正是它们形状和结构的优点所在。

第二部分:观察分析塑料瓶形状设计的科学道理

教科书前三句话提示了用比较观察、分部分观察、用手捏观察等方法来观察研究。 塑料瓶的上部是圆顶形(有的是明显的圆锥形,瓶口是圆柱形)。中部瓶身是圆柱形,表面有环状的拱形,竖着的拱形或其他凸凹形状。底部一般向内凹进去,类似圆顶形。最厚的地方是瓶口,最薄的地方是瓶身。分析起来,这些都与瓶子承受力的需要有关。

在实际教学时,可能对形状结构知识有多方面的涉及,还可能涉及美观、实用、方便等内容。

第三部分:了解生物体中的拱形结构

教科书列举了人的头骨、肋骨及足拱构造,还有龟壳、贝壳等。这部分可以

使学生从结构与功能的角度对生物体构造有更深的认识。这样的例子很多,教学中可以再多举一些。

(四)教学建议

本课教学开始时,先回忆拱形承重的特点,观察一些典型的拱形建筑。这是向本课内容过渡的需要。然后让学生观察一些弧形的东西,大到建筑(图片),小到物品。指出我们周围有许多圆弧形的东西,老师可通过提出问题,把教学引导到研究课题上来。

1.认识圆顶形、球形承受力的特点。

(1)观察一些圆顶形建筑和物品的图片。告诉学生这些形状叫圆顶形或半球形。 提出问题:圆顶形承受压力的能力如何?

(2)通过对乒乓球的观察、实验和分析,认识圆顶形承受力的特点。

①观察剖成两半的乒乓球,看一看球壳的厚薄,捏一捏皮的软硬。

(可以看到乒乓球球壳并不厚,很薄;捏乒乓球皮,感觉比较软)

把半个乒乓球扣在桌上,向下压它,感觉又如何?(感觉很硬)

②我们在三个这样的半个乒乓球上放书,看能放多少本?(可以放很重的书)

试着解释一下,为什么能承受这么重的书?

③用纸条弯成拱形,演示说明几个相同的拱形可以拼成一个半圆形。这样把教科书上无形的说明变成了有形的实体,学生更易理解。有条件时,让学生亲手做一做,把几根纸条粘成一个半球形。

提问:拱形承重时拱脚是要用力抵住的,圆顶形还需要抵住吗?可以作个比喻,如果几个人手牵手围成一个圆圈,每个人都向外退,能退开吗(这里的每个人都相当于一个拱的拱足)?

(3)借助对圆顶形特点的理解,认识球形承受力的特点。首先让学生用手掌压乒乓球,说感觉(感觉很难压瘪)。然后师生共同分析,两个半球形可以组合成一个球形,球形也可以看成是若干个拱形的组合(用纸条拱形照教科书中方法演示)。球形在各个方向上都是拱形。球形的任何一个地方受力,力都可以向四周均匀地分散开来,所以球形比任何形状都更坚固。

2.塑料瓶形状的观察和分析。

(1)要指导学生用比较、分部分、手捏的方法来进行观察。教科书上的“塑料饮料瓶的观察记录”清楚地标明了观察的内容和部分。可以用这个表指导学生观察和记录。观察后的分析也按照这个表的项目进行,对每个项目问一个为什么。

(2)这部分的研究开放性较强,因为瓶子形状的设计还要考虑美观、容易生产、使用方便等方面,所以学生的见解不一定相同。教学时放开解释,只要见解有道理即可,不求统一答案。我们更追求的是让学生乐于观察、喜爱分析、独立思考。

(3)在我们周围,利用弧形增加材料强度的例子很多,如在小勺的把上压一个弧形的槽,在薄塑料碗、纸碟子上压凹凸痕等。教师还可以再提供一些材料,扩展学生的见识。

3.认识生物体结构中的拱形结构。

(1)人们利用拱形、圆顶形、球形的特点创造了很多人造物体,在自然界,有没有天然的拱形呢?我们自己身体上有拱形结构吗?引入对头骨、肋骨、足骨的研究。这部分可以观察骨骼模型,可以观察图片,也可以摸自己的身体感知。对足拱的观察还可以间接观察足印。

(2)扩展到对其他生物体上拱形的观察。观察龟壳、贝壳、蛋壳,请学生说说这些形状对动物自身有什么意义。这部分教学可以再举出一些例子。

第5课 做框架

(一)背景和目标

起重机架、输电线铁塔是一种框架式结构。框架结构的优点是能用较少的材料建构巨大的物体,支撑出很大的空间。用木材、钢材建造的物体几乎都是框架结构的。研究框架结构又给学生打开了一扇认识形状结构的窗口。本课有两个活动。

第一,做简单框架。三角形框架和四边形框架是最简单最基本的框架。让学生自己捆扎这样的框架,并发现三角形框架稳定,四边形框架不稳定。进一步研究怎样把四边形框架加固,认识斜杆的作用。为下一个活动作认知和技能上的准备。

第二,做一个坚固的正方体框架。这部分内容是引导学生自己制作并加固一个正方体框架,在活动过程中进一步认识框架结构的特点,掌握加固框架的技能。它是第一个活动的必然发展。

科学概念

● 三角形框架具有稳定性,利用三角形框架可以加固框架结构。

过程与方法

● 用三角形框架来加固框架结构。

● 设计、制作一个可以支承重物的框架结构。

情感、态度、价值观

● 体验动脑、动手合作做框架的必要,获得成功的喜悦。

(二)教学准备

为小组准备:筷子或塑料吸管、橡皮筋、剪子。

教师自己准备:框架结构建筑的图片或影像。

(三)教科书说明

本课开始部分的插图都是框架结构的物体。通过观察,可以直观建立起“框架”的概念,用“骨架式”来说明框架结构是很容易理解的。

第一部分:做简单框架

教科书中的第一幅插图是材料图,建议教学中使用筷子和橡皮筋来捆扎框架。第二、三

幅图引导学生比较三角形框架和四边形框架哪一个容易变形。第四幅图是加固后的四边形框架,结实不易变形。

三角形框架稳定,四边形框架不稳定,在四边形框架中加一根斜杆可以加固四边形框架。这些对学生来讲都是比较容易的,怎样激活学生的思维呢?教科书引导学生去分析在四边形框架中增加的斜杆起什么作用。教科书中漫画小人的推和拉的动作可以启发学生的想象,想象出斜杆在不同情况下产生的作用。左图中小人(相当于斜杆)的推力阻止了四边形框架变形,右图中小人的拉力阻止了四边形框架变形。

第二部分:做一个坚固的正方体框架

做正方形框架用的杆件只需一种长度,加的斜杆也是一种长度,比作长方体框架用材简单,所以教科书选用了做正方体框架。

这部分教学的目的在于通过动手做,让学生灵活应用知识,体验框架的作用。为了较好地达到这个目的,教科书提出了一些启发性问题,使学生认识到如果承受向下的压力,考虑到节约材料,上下面可以不加斜杆,只在周围的四个面各加一根斜杆就可以了。当然四周各交叉加两根肯定是更牢固一些,这要看实际的需要。左下插图中的框架是四周各加一根的。

制作完成后,让学生测试一下做的框架能承重多少,学生会具体感受到框架巨大的“力量”。教科书还要求试分析一根斜杆的作用,而不是只抽象地说说斜杆的作用。

(四)教学建议

本课首先让学生观察教科书中的插图或图片,认识框架结构。然后可以提问:这些框架结构建筑有什么特点?引导学生认识框架结构能支撑起物体,起到柱子和横梁的作用,而且花费的材料又少。

当学生思维有困难时,可以启发他们想象,如果把这些框架结构改成实体的结构会怎样。这样,学生在认识框架结构时也会加深对框架结构的理解。

1.做简单框架。

(1)可以用橡皮筋捆筷子、竹棍、竹签或塑料吸管。因为要加斜杆,所以要准备一些长的筷子、竹棍、竹签或吸管。

(2)不管选用哪种材料都要先教方法并进行练习。用橡皮筋捆扎杆件的接头要用缠绕的方法,不用打结的方法,可以作示范给学生看。

(3)做好三角形框架和四边形框架后,观察二者受到力的作用时有什么不同,哪一个容易变形。要求学生用适当大小的力,从不同的方向用力。

学生做的四边形框架是平面框架,最好把框架平放在桌面上,用手在桌面上推、拉。 学生充分感受了三角形框架稳定,四边形框架不稳定后,会提出想办法加固四边形框架的要求。

(4)研究增加的斜杆起了什么作用(起“拉”“推”的作用,使框架不变形)时,可让学生用框架演示说明什么情况下起拉的作用,什么情况下起推的作用。

(5)可以考虑是否出示下面的示意图,告诉学生这是墙上安装的两个不同的三脚架,下面都挂着重物,说说斜杆受的是推的力,还是拉的力。

(6)最后,观察大型框架结构中的小格子差不多都是三角形,要学生作出自己的解释。

2.做一个坚固的正方体框架。

有了前面的基础,学生做正方体框架和加固框架就不成问题了。怎么引导学生在制作中继续探究,是教师要解决的问题,可以注意从下面(1)~(4)点上引导学生思考。

(1)让学生说说加固这个框架可以在什么位置加斜杆。这个问题可以说没有错误答案,在什么位置上都可以加斜杆,一般说来,可以在上、下、左、右、前、后六个面上加,也可以在正方体内部斜着加。让学生意识到具体加固框架的方法是多样的,可选择的。

(2)给出具体需要(框架是承受向下的压力),让学生说说哪些地方可以不加斜杆。这

是引导学生考虑实际需要和节约材料的问题。

(3)要让学生注意到制作要求是“用较少的斜杆”加固这个正方体框架。在后面的评价中,要用这个标准来检查评价。不考虑需要,任意多加斜杆是不符合要求的。这已经涉及到了技术设计的一个基本思想:满足需要,节约成本。

(4)用一根斜杆为例,分析它起的作用。教学中可选择一根斜杆,要学生具体说说是形成了什么样的力使它能阻止框架倾斜、垮塌,这要用实际的演示操作配合。各根斜杆的作用是相同的,说明一两根的作用就可以了。

(5)各小组检验制作的框架能承重多少。这是对框架结构的肯定,也是学生对自己制作作品的肯定。

第6课 建高塔

(一)背景和目标

本课将引导学生认识框架铁塔稳定不倒的形状结构特点。物体都有稳定性问题,研究这个问题,不但可以加深对框架铁塔的认识,也能够认识所有物体的稳定性问题。本课以铁塔为什么稳定不倒为起点和归宿,中间用塑料瓶做实验和制作“高塔”来探究物体稳定性问题。探究学习的过程为“推测——探索和制作——将探索结果与假设相比较”。本课有三个活动。

第一,研究物体不容易倒的秘密。让学生用塑料瓶和沙去自主研究教科书提出的三个问题,初步认识上小下大、上轻下重的物体不容易倒。

第二,建造不容易倒的“高塔”。学生建造不容易倒的“高塔”是对前一个活动研究结论的应用和再检验,是一个继续研究的过程。这里不是制作框架式高塔,主要考虑是不与上课重复和教学时间的限制。

第三,铁塔不容易倒的再思考。将探索的结果与最初的假设相比较进行反思,是培养探究能力的一个策略。这个活动希望学生经历这样的过程,体会比较、反思的意义。同时,通过再思考使学生加深对框架铁塔不容易倒的道理的认识。

科学概念

● 上小下大、上轻下重的物体稳定性好。

过程与方法

● 用简单材料独立地探究物体不容易倒的秘密。

● 应用知识和经验制作不容易倒的“高塔”。

● 把探究的结果与最初的假设相比较。

情感、态度、价值观

● 体验合作与交流,尊重自己和他人的制作成果。

(二)教学准备

为小组准备:几个大小不同的塑料瓶、沙、吸管、胶带、水。

(三)教科书说明

教科书中的三幅图分别是法国的埃菲尔铁塔、钻井铁架、高压输电铁塔,它们都展现了高大的框架铁塔的特点。它们要承受本身的重量和其他重压,还要承受侧面来的风的力量。从形状结构上来看,哪些特点使它们不容易倒?要求学生猜想并把猜想写下来,为研究和研究后的反思打下基础。

第一部分:研究物体不容易倒的秘密

教科书插图是空塑料瓶和一些沙子,教科书提出了三个要研究的问题:怎样放最容易倒?怎样放不容易倒?怎样做最不容易倒?学生通过实验,会自己研究出瓶口向下最容易倒,瓶口向上不容易倒,瓶口向上瓶子里再装一些沙子最不容易倒。

在此基础上,教科书提出问题“要想使物体不容易倒,可以用些什么方法?”这里的“物体”是指一般物体,不专指塑料瓶。“方法”是经过归纳的一般方法,不再只是针对塑料瓶的方法。通过对这个问题的思考、讨论,希望学生能想到把物体下面做大些、重些,上面做小些、轻些,物体就不容易倒了。这是为下面建“高塔”打下基础。

第二部分:建造不容易倒的“高塔”

本部分使用教科书插图中的材料,利用刚研究的原理建“高塔”。希望学生能够用到大瓶在下、小瓶在上,用吸管、胶带给塑料瓶做一个大些的底座,在大瓶中装一些水或沙的方法。要学生用扇风的方法检验建造的“高塔”的抗风能力,是启发学生认识框架结构的物体抗风能力比实体的物体强。

第三部分:铁塔不容易倒的再思考

教科书再次回到框架铁塔的研究上来。通过前两个动手活动的研究,学生回答教科书上的问题是不难的。重要的是让学生“看看我们先前的猜想,哪些得到了验证,哪些需要修正、补充”。希望学生经历这样的过程,体会到把自己探究的结果与最初的假设相比较的意义。同时,通过再思考能使学生加深对框架铁塔稳定性特点的认识。

(四)教学建议

引入本课,除了观察一些高大的铁塔建筑外,还可以简单而生动地介绍一下埃菲尔铁塔(见教学参考资料)。这会引起学生对铁塔建筑的极大兴趣。

1.提出问题,记录猜想。

(1)提出问题,引导思考。首先指出,这些框架铁塔都建造得很高,不但框架结实不变形,还能保持在各种情况下都稳定不倒。然后因势提出问题,这些高大的铁塔会受到哪些力的作用?观察这些铁塔的形状结构,是哪些特点使它们不容易倒?

(2)在讨论的基础上,让学生写下自己的猜想。写下的猜想要清楚简明,分成若干条。

(3)本课最后部分,要把研究的结果与猜想相对照。体会把探究的结果与最初的假设相比较的意义。

2.研究物体不容易倒的秘密。

(1)这是个简单的实验,教师不需要作指导,学生会很快找到三个问题的答案。为了方便学生对比,提供两个同样的空塑料瓶,只用一个来做,进行前后实验现象对比也是可以的。因为三种情况稳定性差别是非常明显的。

(2)当学生回答了教科书上的三个问题后,教师要问一下这是为什么,促使学生动脑思考这样做的道理,但是不要求学生能清楚完整地表述。

(3)让学生说说要想使物体不容易倒,可以用些什么方法,促进学生知识迁移,为下面的制作活动作铺垫。

3.建造不容易倒的“高塔”。

(1)根据学校实际,提供的材料可以更换。但材料搭配要有结构,能改变上下的大小,改变上下的轻重,能增大支撑的底面。

(2)学生制作塔的方法一定是各不相同的,这里面渗透着他们的思考和创造。在制作后,要让学生说说为什么要采用这些方法来制作高塔。

(3)本课没有涉及塔基问题,实际的铁塔都是有基础的,在地面挖坑灌注水泥墩,并把铁塔与基础相连,这样做的实质也是增加下部的重量。学生如果提出问题,要给予简要解释,学生能自己解释,只要基本合理就应当给予充分肯定。

(4)用扇风的方法测试学生建的“高塔”的抗风能力,是希望学生认识到框架铁塔的另一个特点——风的阻力小。如果学生做的“高塔”下面很重,底面很大,扇风可能既不能吹动它更不能吹倒它,在提供的材料方面要考虑尽量避免这种可能。

(5)在“铁塔不容易倒的再思考”部分,要把学生在本课探究的结果与先前的猜想进

行比较,所以,必须要明确总结出学生探究的结论,基本意思是:框架铁塔上小下大、上轻下重,空气阻力小使它不容易倒。

第7课 桥的形状和结构

(一)背景和目标

桥的形状结构明显外露,容易观察研究。桥的形状结构变化反映了人类科学技术的进步和发展。本课带领学生了解多种多样的桥梁结构,可以加深和拓宽前面的知识,可以深入地感受科学技术对社会进步的贡献,还可以为下一课用纸造桥培养兴趣和开阔视野。本课有两个活动。

第一,观察比较各式各样的拱桥。通过这个活动,可以开阔学生视野,得到美的享受,也了解一些不同拱桥的特点。

第二,了解大跨度的钢索桥。通过这个活动,除了开阔视野,享受美之外,对科学技术给我们带来的方便也会印象深刻,同时可以认识一种新的结构“拉索结构”。但是不一定要告诉学生这个名称。

最后,“观察研究我们家乡的桥”,为有条件的学校提供了一个学生自主研究的好课题。 科学概念

● 桥梁有多种不同结构,有的桥梁把多种结构合为一体。

● 桥的形状和结构与它的功能是相适应的。

过程与方法

● 提高观察、比较、描述和评价的能力。

情感、态度、价值观

● 体会科学技术对社会进步的作用。

● 感受和欣赏桥梁的形状结构之美。

(二)教学准备

为小组准备:吸管或竹片、粗线。

为全班准备:木板或瓦楞纸板、绳子。

教师自己准备:各种桥梁的图片或影像资料。

(三)教科书说明

教科书从观察三种结构的桥开始,左上图是苏州的宝带桥,是一座连续的石拱桥。左下图是常见的高架公路桥,是水泥直梁桥。右图是南京长江大桥,是钢框架梁桥。这是前几课研究过的拱形、条形和框架三种结构。然后用“随着科学技术的发展,桥梁的结构越来越多样了”一句引入认识多样的拱桥和钢索桥。

第一部分:各式各样的拱桥

本部分插图是四种不同的拱桥。上图是西藏拉萨铁路大桥,是桥面在拱下方的拱桥,使用了钢筋水泥又用了钢框架结构。下左图是法国古代的石拱桥——加尔德桥,桥上流着从山上引下来的水,桥又跨过下面的河。下中图是长江三峡崇山峻岭中的一座钢筋水泥拱桥。下右图是扬州瘦西湖里造型优美的“二十四桥”(石拱桥)。教科书要学生找出它们的相同之处和不同之处,找出各自的优点所在。他们在观察比较中会加深对拱形结构的认识,同时还感受了拱桥特有的美。学生们有自己观察的视角,可能从桥的大小、用途,拱的形状以及建造用的材料来寻找不同。教科书从桥拱与桥面相对位置的角度来引导学生研究。模拟“做一个没有外推力的拱”,可以使学生直接感受到桥面在拱下方的桥的优点。

第二部分:大跨度的钢索桥

这部分内容要求在观察的基础上,让学生找一找、说一说钢索桥的结构和显著特点。钢

索桥主要由钢缆、桥塔、桥面组成。钢缆是桥承重的主要构件,桥塔是支承钢缆的主要构件。显著特点从结构上看是吊桥,即桥面被钢缆吊起来;从功能上看是跨度很大。教科书对江阴大桥作了介绍并配了图,能给学生留下深刻的印象。左起第二幅小图是修建江阴大桥安钢缆时的情景,可以清楚地看到钢缆的粗大。

模拟钢索桥的活动可以让学生实际感受到钢索桥的特点。让绳子下垂多些和拉直一些,能感受到用力大小不同,从而理解桥塔修得很高是为了降低钢缆的拉力。

教科书还引导学生注意到很多现代大桥不是一种单纯的结构,而是把多种结构合为一体。这对开启学生思维有潜移默化的影响。

作为拓展内容,教科书最后安排了观察研究家乡的桥的活动。有条件的学校尽可开展这项活动。

(四)教学建议

● 为了把这一课上得内容充实、形式活泼,教师在课前要布置学生收集桥的图片和资料,告诉他们上课时要请他们介绍这些图片和资料。教师自己也要收集一些桥的资料,其实这是很有意思的工作。

● 上课时,先请学生展示图片,介绍自己了解的桥。教师再补充一些桥的图片,尽量涉及不同结构、不同材料的各种桥,哪怕是简单到一条河沟上架起的一块木板。

● 可以请学生说说什么是桥,看似简单的问题,可一下子也难于回答,这倒可以激起学生的兴趣。教师可以帮助学生认识桥是一种跨越障碍的特殊建筑,但不要把它当成定义。

1.各式各样的拱桥。

(1)拱桥是各式各样的,用千姿百态来形容一点不为过。教科书在让学生知道拱桥是多种多样的同时,重点是认识桥面在拱下方的拱桥。为此,教科书上有一段文字说明,还要引导学生做一个简单的模拟实验。在教学时,要突出这个重点。

(2)为了便于教学,可以利用教科书中的四幅拱桥的图来进行观察比较。教学中可以启发学生从不同的方面来观察不同点,比如使用的材料、大小、用途、桥拱与桥面的位置等。

(3)在学生多方面比较的基础上,可以集中到比较桥面与拱的相对位置上来。图中有桥面在拱下方的,有桥面在拱上方的。可以参考下面的内容适时、适量对学生点拨指导:

桥面在拱上方:桥下空间高,便于船的通行(教科书上三幅小图是这种拱桥)。

桥面在拱下方:桥面低,与道路连接容易;桥面拉住拱足,能抵消拱的外推力(青藏铁路拉萨大桥就是这种拱桥。它全长928.85米,主跨108米,采用双层叠拱结构。该桥的主桥桥墩设计为牦牛腿式双圆柱墩,结构新颖,融民族特色与现代风格于一体,成为拉萨市一个重要的景观)。

(4)制作并试验。桥面在拱的下方,可以拉住拱脚抵消拱的外推力,做一个模型试试。试验一下,向下压拱圈或拉拱圈,它容易变形吗?能承受压力或拉力吗?

2.大跨度的钢索桥。

(1)教师可以简单介绍索桥的“家史”:很早很早以前,人们从缠绕在大树间的藤蔓得到启示,用藤蔓做成了吊桥,后来用铁链代替藤蔓建造出了铁索桥。再后来得益于科技的发展,用钢丝编成的缆绳建造出了跨度达千米以上的钢索桥。

(2)让学生观察教科书上的钢索桥结构。提示观察钢缆的粗大。

适时提问,钢索桥主要由哪些部分组成?钢索起什么作用?桥塔起什么作用?你们认为钢索桥有什么显著特点?(桥被钢缆吊起,桥的跨度很大)适时阅读教科书中关于江阴长江大桥的数据资料。

(3)进行模拟钢索桥的体验活动。用木板或瓦楞纸板做“桥面”,用绳子做“钢缆”,用椅子背做“桥塔”搭成一个“钢索桥”。在纸板上放书包,不同程度地拉紧绳子,感觉用力的大小,体会把桥塔修得很高的道理。

为了帮助学生理解桥塔修得很高的道理,可以再打个比方:两手提水,把手臂水平伸直费力,还是不伸直费力。

(4)观察分析教科书第42页那座红色的钢索桥(美国旧金山金门大桥,跨度为1 280米),它使用的什么结构,让学生注意到这座桥把框架结构、拱形结构、钢索结构都用上了。

(5)最后,可以根据情况决定是否提出这样的问题:想一想,桥为什么呈现出这么多不同的形状和结构?什么对桥的形状和结构影响最大?

(决定桥的形状和结构的主要因素是用途、材料和技术。桥梁反映着科学技术的进步状况)

3.观察、研究家乡的桥。

(1)如果有条件,指导学生观察研究家乡的桥是很有价值的活动,可以把科学技术与社会联系起来,培养学生热爱家乡,关心社会的思想感情。

(2)开展这样的活动,要先讨论如何观察、描述一座桥(可归纳成用什么材料,采用什么结构,为什么采用这种结构,估计跨度大约是多少,它的作用是什么,有什么特点等)。

(3)联合语文老师、美术老师指导学生写、画“家乡的桥”“著名的桥”??

(4)必要时要强调安全。

第8课 用纸造一座“桥”

(一)背景和目标

纸易于剪裁,又比较结实,它可以为“小小建筑师”们提供很大的想象和创造的空间。本课要求学生在规定时间里(比如20分钟),用纸造一座有一定大小和载重能力的桥。学生们在经历设计、制作和交流评价的过程中,能够发展诸方面的素养,也可以为本单元的学习评价提供一定的依据。本课有两个活动。

第一,用纸造桥要考虑哪些问题。本部分是对学生如何设计作指导。用纸造桥,需要综合考虑许多因素,如材料的特性和数量,形状和结构,部件的组合和连接,等等。教科书用卡通讨论的形式作了一些提示,希望通过这四个发言打开学生的思路,学生可能就会由此想到彼。最后整理思路,填写设计方案表。

第二,介绍评价我们的桥。这是制作好纸桥后的活动,是一个必要的过程,可以达到前面教学不能达到的目标,如培养表达、倾听、评价等方面的能力。

科学概念

● 设计和建造桥需要综合考虑许多因素,如造桥的要求,材料的特性和数量、形状和结构等。

过程与方法

● 经历设计、制作、介绍交流的过程,体会设计的重要性。

● 应用形状结构的知识及经验设计和制作。

情感、态度、价值观

● 发展乐于动手、善于合作、不怕困难的品质。

● 发展尊重他人、认真倾听、敢于发表意见的品质。

(二)教学准备

为小组准备:旧报纸一张、胶带、剪子、尺子。

(三)教科书说明

本课开篇直接提出用纸造桥的要求,要求限制了时间,规定了使用的材料、桥的跨度、宽度、载重等。接下来就是造桥了。

第一部分:用纸造“桥”要考虑哪些问题

教科书中四个学生的讨论发言可以归纳成两个方面。第一,要考虑纸的特性。纸承受力的特点是抗拉而不抗压,即抗弯曲能力很差。纸是“薄板型”材料,要考虑怎样增强它的抗弯曲能力。第二,我们的桥选择什么样的形状和结构。这两方面是相互联系和影响的,要结合在一起进行思考、选择。另外,纸是限量的,我们的桥由哪几部分组成,各用多少材料,怎么牢固地连接在一起??这些让学生自己去考虑设计了。

经过讨论后,就可动手制订设计方案了。教科书中的设计方案表也是对设计的一种指导。 设计好了就可以开始建造纸桥了,教科书没有呈现这部分的内容。

第二部分:介绍评价我们的“桥”

怎样介绍我们的“桥”,教科书给了五方面内容的参考,包括对桥本身的说明,对知识的应用,制作过程的介绍和反思。对介绍评价活动的过程,教科书无须再作说明和指导。

用纸造桥是一个创造性活动,特点是制作不难,设计难。教科书中没有学生制作好的纸桥的图,意图是激发学生的想象力和创造力,不让他们依样画瓢。

(四)教学建议

1.关于材料准备和纸桥的标准。

(1)旧报纸是很容易找的材料,可以由教师为每个小组准备,也可以要求学生自己准备。准备旧报纸要注意三点,一是大小要一样,大多数报纸展开的尺寸是长77厘米、宽55厘米,报纸大小不一样,建桥要求应当不一样。二是报纸应该是没有揉搓过或过多折叠过的。三是要准备备用的报纸,当学生需要重做时,可以再发一张。

(2)教科书上的建桥标准是举例式的,这个标准不是轻而易举就能做成的,但经过仔细设计和制作,是可以做成的。根据学生的实际,可以对“建桥标准”降低一点要求。当学生制作成功一次后,再提高要求,也许更能激发他们的积极性。

“建桥标准”还可以增强一些情景性,比如出示几辆玩具车,提出的要求是可以承载几辆这样的玩具车,桥的宽度为两车道,可以让玩具车对开通过等。

建议教师自己先“秘密”造几座桥,再估计一下学生的水平,标准自在心中了。

(3)可以考虑允许用胶水粘贴纸管,因为比用胶带缠绕固定来得容易和迅速。使用的工具不限。

2.用纸造桥要考虑哪些问题。

(1)要让学生明白,设计是要受条件限制的,现在的限制就是造桥的标准。设计是可以有多种选择的,根据要求能够设计出不同的纸桥,选择要从需要和可能两方面加以权衡。设计的一切考虑都是指向任务完成的,我们需要解决的最主要问题是,桥在压力的作用下不发生弯曲和破坏。

这些思想是技术设计中的一般思想,如果在指导学生设计时渗透了这些思想,将对学生产生长远影响。

(2)一开始,学生的考虑可能是杂乱和跳跃的,其实我们在面临新问题时也是这样。此时要引导学生把考虑的问题慢慢条理化起来。可以引导他们把考虑的问题归纳成以下几点:根据纸的特性,怎样增强它的抗弯曲能力;选择什么样的形状结构造桥;各部分怎样分配材料;怎样牢固地连接各部分。

(3)教师在学生需要时作必要的指导。让他们回忆过去是怎样折纸横梁的,知道可以把报纸卷成粗细不同的圆管,也可以把报纸搓成结实的纸杆等。

(4)要让学生在“桥”的设计方案表中“结构说明”一栏填写使用了哪一种或哪几种结构。

(5)要告诉学生,造好的桥先不能过分承重和过久承重,如果压塌一次,恢复后载重量会大大减小。

3.介绍评价我们的桥。

(1)介绍评价活动可以分为三个步骤:小组准备作介绍,请他们看教科书上的参考内容;向全班同学介绍自己小组的桥;对制作的桥作评价。

(2)介绍交流制作的桥,采取讲解说明并且演示的方式进行。要指导学生不要像回答问题似的介绍,要根据情况抓住重点有所选择,给自己的桥取个好听的名字。

(3)对桥的评价主要进行鼓励性评价,要指出设计得好、设计得巧妙的地方。不要分等级。

(4)如果学生有兴趣,课后可以提高造桥的要求,可以增加材料,如两张纸,再设计制造一座更大更好的桥。

4.纸桥参考图。(缺图片)

(1)连体双管桥。把报纸对卷成两个圆筒,用胶带连接。筒口横向加胶带可以加强支撑力。

连体双管桥桥面 连体双管桥底面

(2)直管框架桥。搓纸管,用胶带连接成“目”字形框架,再粘在“桥面”上。

直管框架桥桥面 直管框架桥底面

(3)三角形吊桥。用胶带做“钢缆”,桥面做成槽形。

三角形吊桥桥面 三角形吊桥底面

(4)加固槽形桥。与直管框架类似,桥面做成槽形增加抗弯曲能力。

加固槽形桥桥面 加固槽形桥底面

四、评价建议

1.评价学生是否认识学过的几种结构,知道厚度、形状怎样影响材料抗弯曲能力,知道拱形承重特点,知道加固框架的方法,知道什么样的物体稳定不容易倒。

2.评价学生在制作纸横梁、拱形、框架结构过程中的能力和表现。

3.评价学生在研究塑料瓶时表达的独立见解。

4.组织学生评价设计制作的纸桥和设计制作的过程。

5.评价学生积极参与研究活动,动手动脑动口,乐于探究、不怕困难、与同学合作的表现。

6.利用学生记录表,评价学生观察、实验、收集数据的表现。

五、参考资料

横 梁 和 拱

横梁必须能够抵抗弯曲,否则就会被压塌而发生事故。要提高材料的抗弯曲力,选择合适的材料是一个办法,但是,同一种材料,形状不同,它的抗弯曲力也会不同。许多房屋、桥梁使用的梁,横切面都是长方形的或近似于长方形的,而且总是竖着放置,这是为什么?

要弄清这个问题,我们可以先做一个实验。用一块矩形的橡皮,在它的表面画上几条等距离的纵线和横线,两端分别搁在两块木头上,然后上面加压。我们会发现,橡皮的上面部分缩短了(说明受到了压力),底下部分拉长了(说明受到了拉力),中间有一层既没有伸长,也没有缩短。(缺图片)

在外力作用下,横梁中间长度没有改变的那一层叫做中性层。由实验可以看出,横梁真正起着承受重量、抵抗弯曲的那部分材料,是上下两边的材料,离开中性层愈远,所起的作用愈大,而中性层几乎一点作用也没有发挥。中间这部分材料除了起连接上下两边材料的作用外,实际是白白浪费的。并且,还会增加自身重量,加大两边材料的负担。

建筑力学指出,横梁的抗弯曲力与梁的宽度成正比,与梁的高度(厚度)平方成正比,与梁的长度成反比。这就是说,长方形截面的梁以截面竖着放为最佳。这是因为横梁截面竖放时,中性层附近所占材料最少,承担抗弯曲的材料最多。但是,过厚而太窄的梁容易扭曲,失去稳定而产生破坏。所以,横梁的宽与高(厚)之比,一般不超过1∶2。

拱是在竖向压力作用下拱足处产生水平推力的曲杆结构,又叫推力结构。拱结构是一种重要的结构形式,在桥梁、渡槽和房屋建筑中都经常用到。拱是主要承受压力的结构,可采用受压性能好、价格低廉的砖、石、混凝土建造。

拱形受力与横梁不同,一是拱形内部受的力主要是压力,而且力的分布也比较均匀,直横梁受的是弯曲力,受力集中在受力点上。二是拱形受竖向压力时,同时要产生向两边的水平推力,直梁没有这种推力。

我国的石拱桥和赵州桥

我国石拱桥有着悠久的历史,早在东汉中期就已经开始修建石拱桥。石拱桥的主要优点是:能充分做到就地取材,耐久性好,外形美观,桥下行船容易。石拱桥用雕凿成楔形的一块块小石块(拱石)拼砌而成,桥洞呈半圆形或弧形,拱石间的所有缝隙都对准拱的中心(圆弧的中心)。为了在拱的正中间得到的不是缝隙而是一块拱石,所以拱石总是单数。中间这块拱石叫龙门石,龙门石比其他拱石厚。在拱石受压时,必然会将力传递给相邻的拱石,各部分拱石彼此挤推,彼此支撑,全部的拱推力,最后都集中在了拱脚上。每一块拱石受到的只是压力,而这正是石料最能胜任的,所以没有断裂之忧虑。

赵州桥,又名安济桥,坐落在河北省石家庄东南约40多千米的赵县城皎河之上,当地俗称大石桥,建于隋代大业元年至十一年(605—616),由匠师李春监造。它以高超的科学艺术价值驰名中外,是中国现存最著名的古代石拱桥。

赵州桥全长64.4米,拱顶宽9米,结构坚固,雄伟壮观。它的设计完全合乎科学原理,施工技术堪称巧妙绝伦。古人说它“制造奇特,人不知其所为”。从整体来看,是一座单拱桥,拱长达37.4米,在当时可算是世界上最长的石拱。赵州桥桥洞不是普通半圆形,而采用了极其平缓的圆弧形式,桥面坡度约为1∶12,像一张弓。这种形式被称为“坦拱”。桥面平坦宽阔,兼顾了水陆交通,方便了车船运行,又和一马平川的环境高度统一。宋代诗人杜德源在“安济桥诗”中写道:“坦平简直千人过,驿使驰驱万国通。”是很有见地、很恰当的。

石拱由28道拱圈纵向并列砌成,每道拱圈可独立站稳,自成一体,既便于施工,又便于单独修补。这样大跨度的坦拱,对桥台水平推力很大,建造难度高。而桥台却是既浅又小的普通矩形,厚度仅1.529米,由五层排石垒成。其地基是承载力较小的亚黏土。在这样的地基上,用这样的小桥台,建这样大跨度的石拱桥,在世界上是罕见的。

赵州桥最大的科学贡献,则在于它的“敞肩拱”的创造。在大拱的两肩,砌了四个并列的小孔,既增大流水通道,节省石料,减轻桥身重量,又利于小拱对大拱的被动压力,增强了桥身的稳定性。据测算,这四个小桥洞就可以减轻桥重500吨,节省石料约180立方米。这就有力地保证了安济桥在1 400多年的历史中,经受住无数次洪水冲击,8次大地震摇撼,以及车辆重压,至今仍巍然挺立在皎河之上。

赵州桥“敞肩拱”的运用,实为世界桥梁史上的首创。1883年,法国在亚哥河上修建的安顿尼特铁路桥,揭开了欧洲建造大跨度敞肩拱桥的序幕,但它比安济桥晚了1200多年。西方学者承认,安济桥敞肩拱建筑,是现代许多钢筋混凝土桥梁的祖先,开了一代“桥风”。

赵州桥又是一件建筑艺术的珍品。它横跨皎河,宛如一道长虹,气势雄伟。弧形平坦的主拱线上,对称地轻伏着四个小拱,仿佛四个巨型玉环,装饰在桥身两肩。巨身空灵,线条明快,在恢弘之中,透出矫健、轻盈的美感。大桥顶部,塑造出想象中的吸水兽,寄托了人们祝福大桥不受水害、长存无疆的良好愿望;栏板上和望柱上雕刻着各式蛟龙、兽面、花饰、竹节等,其中尤以蛟龙最为精美。蛟龙或盘踞游戏,或登陆入水,变幻多端,神态极为动人。雕作刀法遒劲有力,艺术风格新颖豪放。19xx年,美国土木工程师学会选定中国赵州桥作为第十二个国际历史土木工程的里程碑,为中国石拱桥增添了新的光彩。

薄 壳 结 构

人们发现,蛋壳、蚌壳本身是很薄的,但是这样的外形形状却使它们变得坚固起来。建筑师们从中得到启发,设计出了省工省料、优美轻便的薄壳结构。

从外观看,这些薄壳结构有的像半球形,有的像圆球形,有的像不规则但非常美观的弧形。尽管它们形态各异,却都有着共同的力学特征。薄壳结构在受到外力的作用时,能够把力沿着整个壳体表面向四周均匀传递,使壳体上单位面积受的力并不大。更为重要的是,在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。建筑物垮塌不是建筑物每一处都承受不住力了,而往往是有一处不能承受重压而导致整个建筑物垮掉,所以,薄壳结构这个特点很重要。

因为薄壳结构能够承受很大的压力,所以建筑师们用它们做成很大、很薄的屋顶。这不但减轻屋顶重量,节约大量材料,而且内部可以空间很大而又没有柱子,所以大型建筑如大厅、体育场馆很多首选薄壳结构。

三角形和四边形框架简析

只要三角形三条边的长度不变了,三角形三个角的角度也不能改变了,三角形是不会变形的形状,我们说三角形具有稳定性。

三角形框架,即使三个顶点的连接是完全活动的链接,它也是不会变形的。不管从哪个方向对三角形框架用力,它总是通过三根杆的推和拉的作用达到平衡。比如当三角框架顶端被向下压时,两边斜杆受压,下面水平杆受拉,这时两边斜杆产生推力,下面水平杆产生拉力,与外加压力达到平衡。

四边形、五边形等框架受到外力作用时就不能像三角形框架那样产生内力与外力平衡了,其结果是变形了,形状结构被破坏了。但是,聪明的人们又从另一个角度利用了四边形的活动性特点,比如,伸缩式晒衣架和伸缩式遮阳棚就是利用了四边形容易变形的特点。

埃菲尔铁塔

法国巴黎的埃菲尔铁塔(图见教科书第38页),1887年动工,1889年建成开放,距今已有100多年的历史了。

埃菲尔铁塔,耸立在巴黎市区塞纳河畔的战神广场上。四个基脚成正方形,每边长100

米。埃菲尔铁塔全身都用钢铁构成,采用框架结构。塔高320.75米,是当时世界最高建筑,这个世界纪录一直保持了四十多年。塔分三层,共1 711级台阶,分别在离地面57米、115米和276米处建有平台,供游客在此休息,领略独具风采的巴黎市区全景。每逢晴空万里,这里可以看到远达70公里的景色。

该塔共用钢铁7 000吨,12 000个金属部件,由250万只铆钉连接起来。埃菲尔精打细算,一丝不苟,尽量避免一丝一毫的偏差。他在工地上搭起的巨大“积木”,精确度几乎高达1/10毫米。1888年春天,4根塔柱开始合拢,第一块板安上去时,每个孔洞都相当精确,以致铆接时都不用锉一下。

1889年5月15日,埃菲尔为国际博览会开幕式剪彩,他亲手将法国国旗第一次升到了300多米的高空。为了铭记这位钢铁建筑之父,人们将铁塔命名为“埃菲尔铁塔”,并在塔下为他塑了一座半身铜像。

从那以后,参观铁塔的各国游客络绎不绝,估计总数已达1.9亿多人,其中有近8 000万人次登上了铁塔。这座表现现代建筑技术和艺术的铁塔成了巴黎最重要的标志。

各种结构的桥梁

桥梁是指为跨越河流、湖泊、海峡、山谷或其他障碍物而修建的建筑物。作用于其上的可以是铁路、公路、人群、管道、渠道等或它们的组合。按照桥的不同结构,桥梁可以分为很多的类型,最基本的有四大类型:梁桥、拱桥、拉索桥、浮桥。

梁桥 由梁和桥墩构成,梁和桥墩是主要承重结构,梁以其抗弯曲能力来承受荷载,桥墩主要承受垂直于地面的压力。梁桥的梁有的用钢筋水泥梁,横断面形式有矩形、T形、梯形、箱形等,有的用框架式钢梁。

要通过宽阔的河流,可在河中修多个桥墩,其梁不间断地跨越几个桥孔。

拱桥 主要受力构件是拱圈,拱圈主要承受压力,同时在拱脚处存在巨大的水平推力,这是拱桥的典型力学特点。桥墩除承受垂直于地面的压力外,还需要承受拱传递来的水平推力。所以,拱桥桥墩最好建在坚固的岩石地基上。还有一种解决外推力的办法是在两个拱足处安拉杆,用拉杆的拉力去抵消拱的外推力,这种拱又叫拉杆拱。

拱桥是外观形式最为多姿、活泼的桥型。桥面可在拱形以下、以上或穿过其中。因其拱形可以使所受的力均匀分布在整个结构上,而不是让某一点来承受很大的重量,所以其他结构的桥也往往同时使用拱形结构。

拉索桥 以缆索作为承重构件的桥,根据拉索的安装方法又分悬索桥和斜拉桥。第7课讲的钢索桥就是钢缆拉索桥。

悬索桥由两个桥塔将弧形主缆架起,成为主要承力构件,主钢缆与桥两岸地下的锚碇相连,并将主钢缆中的拉力传递给巨大的地基基础——锚碇。

悬索桥 是一种有悠久历史的桥型。劳动人民早就创造出了由藤条、竹片悬结成的悬索桥。我国大渡河上著名的泸定桥是由13根铁链悬结而成,每根铁链长101米。

由于计算技术的发展,施工手段和材料科学的进步,现代悬索桥已是大跨度飞越江河湖海的首选桥种。美国早在19xx年建成的旧金山金门大桥主跨径为1 280米,此桥曾保持世界最大跨径的纪录达27年之久。19xx年日本建成的明石海峡大桥,主跨径1 990米。

悬索桥的主要特征有三个:一是用了高耸的桥塔。二是它那条弧形主缆呈优美曲线,与挺拔的塔和刚劲的桥形成了直与曲、刚与柔的对比。三是在桥的两岸各有一个体积巨大的锚碇块用来固定拉到岸边的主缆。这个锚碇块的重量要足以抵抗主缆形成的斜着向上的拔力,保证桥的安全。

斜拉桥是现代才发明的一种桥梁,它由索塔往两边斜伸出的拉索将桥梁吊起。斜拉桥不用锚碇,从经济效益上胜过了悬索桥。我国上海杨浦大桥就是一座斜拉桥,跨度达602米。

斜拉桥的塔架形式很多,使斜拉桥呈现出千姿百态的风采。

浮桥 是利用水的浮力来承载桥面的一种临时性桥梁,主要用在军事上或建筑工地上。 另外,组合体系桥梁的应用也越来越多,它由几个不同结构的受力体系所组成,互相联系,共同受力,更好地发挥不同结构的优势。

江阴长江大桥

大桥位于江苏省靖江市、江阴市之间。该桥采用一跨过江、大跨径钢悬索桥型。主跨1 385米,大桥南引桥168米,北引桥1 518米,全长3 071米。

桥面按六车道高速公路设计,宽33.8米;设计行车速度为100千米/小时。桥下通航净高50米,可满足五万吨级的巴拿马型散装货船通航。主桥上部梁体采用扁平钢箱梁,箱高3米,箱总宽36.9米,需钢材18 000吨。

两根主缆,各由直径5.35毫米的镀锌高强钢丝两万多根组成,共17 000吨,累计长10万千米。主缆拉力可达6万多吨。主缆通过高190米的南北桥塔系在两岸的锚碇上。

北岸锚碇混凝土重37.5万吨,南岸锚碇重22.5万吨。北锚碇相当于九个半篮球场那么大的20层高的楼房埋进地底下,锚碇要承担大桥主缆6.4万吨的拉力。

学生了解设计性质的参考要求

在三至五年级,学生将明白,设计是一个有用的计划过程,通过设计,他们可以对每天碰到的实际问题提出可行的解决方案。在打好幼儿园至二年级的基础之后,这个阶段的学生应该对一个产品或系统的设计、开发、制造、使用和评估有一个更深入的理解。当学生进行他们自己的设计时,应该鼓励他们去考虑所有的阶段;应该鼓励他们去提问题,并为他们提供机会去针对一个给定问题寻找多个解决方案。

学生应该认识到,在设计中正面和负面效果是很普遍的,就像在生活中一样,有时解决了一个问题的同时又可能产生另外的问题。他们应该对自己有设计建模、测试和评估的自由,发现问题后再重新设计。这种不断提高的过程是现代技术进步中的一个重要概念。设计过程要有一个目标或目的,并被一组制约条件所约束。典型的制约条件包括成本、外观、用途、安全和市场吸引力等。在实验室或教室,一般事先明确规定的要求有:具体的问题、材料的成本以及可以使用的工具。这些参数后来就是学生必须遵守的明确的制约条件。

为了了解设计的属性,三至五年级的学生应该知道:

设计过程是一个目标明确的、按部就班地寻找解决问题的实际方案的方法。设计的过程有助于把想法变成产品和系统。这个过程是直觉的,它包括几个步骤:产生创意、用语言和草图来表达创意、做出设计模型、测试设计方案以及评估解决方案。

对一个设计的制约条件包括诸多因素,如我们希望一个产品或系统所具有的要素和特征或是设计所受的限制。一般来说,技术设计要成功就必须满足制约条件。这些制约条件通常与这个产品或系统的目的或功能有关。其他的制约条件,比如尺寸和成本,则是对设计的限制。

摘自《美国国家技术教育标准》

(注:美国三至五年级相当于中国中高年级)

能 量

一、单元概述

我们身边发生的每一件事情,都和能量有着密切的关系。树枝摇曳、溪水潺潺是能量在“工作”,我们用火做饭、开灯照明是在进行能量转化。我们必须从食物中获取能量才能维持生命和进行活动,植物必须从阳光中获取能量才能进行光合作用,动物要靠吃植物或其他动物来取得能量维持生命,一切生物都依赖能量才能生存。

儿童从生活中,从科学课学习中,对能量已经有了一定的感性认识,已经在使用“能量”这个词。他们知道太阳的光和热是太阳能,知道食物能供给我们身体需要的能量,甚至知道电能、水能、风能。但是在儿童的头脑里还没有一个关于能量更一般意义的概念。 能量概念是抽象的,我们能观察到的只是具体能量所产生的某种效应。本单元不是从抽象的定义出发来演绎各种能量形式及其相互转化,而是选择了学生最熟悉的电和磁为切入口逐步展开对能量的认识。先认识电可以转化成磁,制作电磁铁,观察玩具小电动机怎样转动起来,把电能变成机械能。然后以电能与其他能量的相互转化为中心,认识各种不同形式的能量及其相互转化。最后认识太阳能,了解我们现在使用的绝大部分能量都是来自太阳能的转化与储存。

本单元可分为三部分。

第一部分(第1~5课),认识电流能够产生磁性,制作电磁铁并研究电磁铁的磁极和磁力大小,研究玩具小电动机是怎样转动起来的,感受电能转化成动能的奇妙。

第二部分(第6~7课),通过寻找电的用途,研究电的来源,认识电能和其他能量形式及其相互间的转化。

第三部分(第8课)探究煤、石油、天然气能源矿产与太阳能之间的关系,认识我们使用的能量几乎都源于太阳能的转化与储存。

这是一个从具体到抽象、从个别到一般逐步上升发展的结构。在这个过程中,学生会把过去学习过的声、光、电、热多种能量形式都联系在一起,在大量、具体的现象基础上逐步形成比较抽象的能量概念。

本单元安排两节课进行的探究电磁铁磁力大小并制作“强力电磁铁”的活动,为学生提供了一个过程充分展开、全班合作探究的活动。通过这个探究活动能够培养学生更加自主、合作探究的能力。

二、单元教学目标

科学概念

● 电流可以产生磁性。

● 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的性质。

● 改变电池正负极接法,改变线圈绕线的方向会改变电磁铁的南北极。 ● 电磁铁磁力大小与线圈圈数、电池数量等有关。

● 能量有多种形式,能相互转化,储存在一些物质中。

过程与方法

● 制作简单电磁铁,合作设计制作强力电磁铁。

● 做通电导线能生磁的实验,改变电磁铁南北极的实验,研究小电动机转动原理的实验。 ● 经历一个完整的较深入的探究过程,研究电磁铁磁力大小与哪些因素有关系。 ● 用分部分观察和整体观察的方法研究小电动机的构造。

● 用已有知识和经验作出假设性解释。

● 体会到探究中证据、逻辑推理及运用想象的重要性,将自己的分析结果与已有的科学结论作比较。

情感、态度、价值观

● 发展想象和解释的能力,意识到要尊重数据,用严谨的态度得出结论,体会到合作的必要性和重要性。

● 体验科学史上发现电产生磁的过程,意识到留意观察、善于思考的重要。

● 体验科学技术对社会进步的贡献。认同珍惜能源、节约能源的观点。

三、分课时教学建议

第1课 电和磁

(一)背景和目标

本课将“重演”科学史上著名的发现电磁现象的过程,让学生“发现”通电导线能使小磁针偏转,从而认识电可以产生磁。增强学生学习活动的探究性、趣味性。本课有两个活动。

第一,指导学生做科学家奥斯特做过的实验——通电导线使指南针偏转,经历对新现象进行分析、解释的思维过程。

第二,做通电线圈使指南针偏转的实验。用线圈代替直导线做电生磁实验,为理解电磁铁原理打下基础也为研究玩具小电动机埋下伏笔。

科学概念

● 电流可以产生磁性。

过程与方法

● 做通电直导线和通电线圈使指南针偏转的实验,能够通过分析建立解释。

情感、态度、价值观

● 体验科学史上发现电产生磁的过程,意识到留意观察、善于思考品质的重要。

(二)教学准备

为小组准备:电池、电池盒、小灯泡、灯座、导线(其中一根较长)、指南针、长约两米的多股绝缘导线。

(三)教科书说明

本课先用一段话告诉学生,科学家奥斯特在1820年做了一个很有意义的实验。他发现了什么呢?书中没有说出来,这是为引起学生兴趣,自己来做实验发现。

第一部分:通电导线和指南针

学生学过的磁铁的知识、简单电路的知识是本课和本单元学习的基础,所以这部分开始让学生组装电路,回忆电流在电路中流过的路线、指南针指南北的性质。

通电导线使指南针磁针偏转的实验,教科书分为两个步骤进行。先用小灯泡电路中的长导线做实验,再用去掉了小灯泡的电路(短路状态)中的长导线做实验。第一步是正常的电路,实验现象不会很显著,但可以让学生自主地多探索一会儿。第二步用的是短路大电流,现象非常明显,但只能在老师带领下做一两次。这样安排注重的不是只让学生看到现象而是经历探究的过程。学生在第一步探究中有机会发现更多相关的现象,把前后两种不同的实验方法作比较,能初步意识到电流大小对磁力大小的影响。把非正常短路电路作为特例处理也是恰当的。

把导线拉直放在指南针上方与磁针指向一致,接通电流,磁针偏转,电流越大,偏转的角度越大,最大是90度。断开电流,磁针复位。

教科书要求分析观察到的现象。要引导学生从多角度来思考,最后归纳出只能是电流产

生了磁性。

第二部分:通电线圈和指南针

教科书插图呈现了做线圈的方法。在三根手指上绕线圈,线圈大小能套在一般大小的指南针盒上,大约要绕10圈,用一节电池效果已经不错。让学生在实验中试一试,会发现把线圈立着放,指南针尽量靠近线圈的中心,指南针偏转的角度最大。

学生可能没有想过“用完了”的废电池还会有一点电。教科书最后引导学生知道线圈套在指南针上能检测出导线

中的微弱电流。这已经是对电生磁的应用了,这种方法在第7课中还要应用到。

本课电生磁的实验,先用小灯泡电路做,再用短路电路做,最后绕线圈做,三个实验形成了一个活动结构——增大电流、增加圈数可以增加磁力的结构。

(四)教学建议

在100多年前,电与人类的生活是完全无关的,电只用于实验中。直到1820年,丹麦科学家奥斯特做了一个有名的实验才为人类使用电打开了大门。奥斯特做了什么实验?他有什么发现?我们也来做一做这个实验好吗?

教师可以用上面的谈话引入本课的学习。

1.通电直导线使指南针磁针偏转的实验。

(1)让学生先组装一个点亮小灯泡的电路,说说电流在电路中是怎样流动的(从电池的正极开始,依次流过电路再流回电池的负极)。

拿出指南针。问,指南针指向什么方向?回忆指南针有指示南北方向的性质。

(2)简述奥斯特做的实验。要求学生用小灯泡电路中的导线来做这个实验,并示范实验方法。要求学生观察:接通电流,有什么现象;断开电流,有什么现象。

(把拉直的导线靠近小磁针上方,接通电流,看到小磁针转动了,指的方向偏离了南北方向,我们说小磁针偏转了。断开电流,小磁针回复到南北方向位置。)

(3)让学生多做一会儿实验,学生可能有更多的发现。如通电导线离磁针远近不同,磁针的偏转程度会不同;导线在磁针下方磁针也会偏转,但方向相反;把导线顺着磁针移动,各处都一样??如果希望学生能有些新的发现,教师可以做一些启发提示。

(4)提出问题,用什么办法使磁针偏转得多些呢?

拿掉小灯泡,保留开关,安装短路的电路。提示把一切准备好以后再通电,看到现象后马上断开电路。这一点,教学中特别要提醒学生注意。

(5)分析观察到的现象时要注重培养学生作出解释的能力。不要简单地就得出“电生磁”的结论,而要学生把新现象和已有知识联系起来说出理由。教师要反复追问,怎么就认定是电流产生了磁性,而不是其他什么原因呢?此时可以引导学生,根据过去的经验,怎样做才能使小磁针发生偏转。

通过研讨,要启发学生明确认识到,只有铁或磁铁才能使小磁针发生偏转,而导线是铜的,磁针偏转不可能是导线的原因。接通电流,磁针偏转;断开电流,磁针复位,应该是电流产生了磁性。

2.通电线圈使指南针磁针偏转的实验。

(1)用导线在手指上绕线圈,简单方便。也可以用导线在1号电池上绕10圈左右做线圈,那样会大小统一而且更整齐。

(2)通电线圈产生的磁力比直导线强多了,用线圈靠近指南针,多数情况下指针都会明显偏转。教学中无须指导学生怎么放线圈,而让学生自己去试,线圈怎么放指针偏转角度最大。实验中,学生说不定会在头脑中把通电线圈与磁铁建立某种联系。

通过实验,学生自己会发现:线圈立着放,用线圈的平面靠近指南针,或者把线圈套在指南针上,指针偏转角度最大。

(3)在检测一节废电池有没有电之前,必须用小灯泡测试废电池确实不能点亮小灯泡了。

(4)本课最后,可以提问学生,对于“电与磁”你们还知道些什么?还想知道什么?

第2课 电磁铁

(一)背景和目标

电磁铁是利用电流的磁效应使铁芯磁化而产生磁力的装置。电磁铁是电生磁的最直接应用,之后电磁铁又广泛应用在各种用电器中。电磁铁结构简单、制作容易、呈现的现象有趣,可以开展适合学生水平的多种研究。本课有两个活动。

第一,制作铁钉电磁铁。学生自己在铁钉上绕线圈做铁钉电磁铁,自然就很容易理解什么叫电磁铁了。反复几次接通电流、断开电流,学生会发现电磁铁的基本性质。通过测试自己做的电磁铁能吸起多少根大头针,学生会产生新的问题:是什么在影响我的电磁铁的磁力?我的电磁铁磁力能够大一些吗?这将留待下一节课研究。

第二,研究铁钉电磁铁的南北极。铁钉有没有南北极?学生用原来学过的磁铁的性质能够解决这个问题。但是在解决这个问题的过程中会发现新的问题,那就是各小组钉尖、钉头的南北极不是都一样。这就引出了研究电磁铁南北极与哪些因素有关的问题。通过在教师指导下的探究,这个问题也会圆满解决。

科学概念

● 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质。

● 改变电池正负极接法或改变线圈绕线的方向会改变电磁铁的南北极。

过程与方法

● 制作铁钉电磁铁。

● 做研究电磁铁的南北极的实验。

情感、态度、价值观

● 养成认真细致、合作进行探究的品质。

(二)教学准备

为小组准备:多股绝缘胶线、大铁钉、小块砂纸、胶带、大头针、指南针。

(三)教科书说明

教科书第一句话是让学生回忆上一课的知识,加强通电线圈能够产生磁性的认识。根据磁铁能够

磁化小铁钉的经验,学生容易联想到把线圈绕在大铁钉上,铁钉可能被磁化。这就引入了在铁钉上绕线圈的操作。

第一部分:制作铁钉电磁铁

这部分分为两个步骤,第一步做电磁铁,第二步测试电磁铁。

教科书插图详细表现出了绕制的方法和步骤。中图表现了压住线头线尾的方法。做电磁铁的导线要用带绝缘胶皮的导线,多股、较细,便于缠绕拆开多次使用。线长够绕50~80圈为好。圈数太少磁力太小;圈数太多,磁力虽强但需要的导线很长。注意用砂纸把线头磨光。

测试铁钉电磁铁。教科书要求接通电流,断开电流做几次吸大头针的实验,是要学生感知电磁铁最重要的性质:接通电流产生磁性,断开电流磁性消失。要求测试一下电磁铁能吸起多少根大头针,是要学生关注电磁铁磁力的大小。

教科书再次强调了电磁铁不能长时间接在电池上,教学中要提醒学生注意。

第二部分:铁钉电磁铁的南北极

这部分也分为两个步骤,第一步研究电磁铁有没有南北极,第二步研究电磁铁的南北极与什么有关。

第一步,研究铁钉电磁铁有没有南北极,铁钉哪端是北极,哪端是南极。让学生用已有的知识自己想办法研究。简单的方法是用指南针检验:在通电情况下,铁钉的一端与小磁针的南极相吸,而与小磁针的北极相斥,或者现象相反,说明电磁铁也有南北极。运用的道理是异极相吸,同极相斥。这样做的同时,也就测试出了钉尖、钉头各是什么极了。测试后学生会发现各组电磁铁钉尖、钉头的南北极不都是相同的,自然产生出为什么会不相同的问题。

第二步,研究电磁铁的南北极与哪

些因素有关。教科书插图提示了线圈有两种不同的绕法,启发学生想到是否与绕线的方向有关。学生通过实验会发现当调换电池正负极连接时,或线圈缠绕的方向改变时,铁钉电磁铁南北极会改变(两种方法都是线圈中电流方向改变了)。

(四)教学建议

1.制作铁钉电磁铁。

(1)在本课和下两课的教学中,学生要多次绕制电磁铁的线圈,所以用来绕线圈的导线选用较细的多股胶线(市场出售的“引线”类)较好。本课用的导线长约1.2米为宜。

(2)制电磁铁的铁钉最好用长8厘米以上的大铁钉,又短又细的小铁钉效果不佳。 电磁铁的铁芯都是软铁,断电后磁性完全消失。我们使用的铁钉不是很软的铁,做电磁铁断电后有明显的剩余磁性。解决的办法是先作退火处理,即把铁钉放在火上烧红,再让它慢慢冷却。还可以用细长的螺丝杆来做铁芯,螺丝杆一般比钉子软些。

(3)讲制作方法时只说要沿着一个方向绕就可以了,不必要规定沿什么方向绕,钉子怎么拿。这样各组制作的电磁铁绕线的方向很可能就不同,有利于他们在后面的研究中发现电磁铁的南北极不同的问题。

(4)用小号的大头针来测试电磁铁有无磁性,磁力大小比用回形针好。如果学生做的电磁铁仍有一点剩磁,教师要给予解释,并告诉他们只要轻轻敲一下铁钉剩磁就没有了。

还需提醒学生不要把电磁铁长时间接在电路中。

2.研究铁钉电磁铁的南北极。

(1)可以提问,磁铁有南北极,电磁铁有南北极吗?怎么知道呢?

这个问题是要启发学生自己设计实验检验。学生如果想到的是把电磁铁悬挂起来或设法使它浮在水上,看它是否指南北。可告诉学生这种思路是对的,只是做起来比较难。再启发学生思考更简便的方法(用指南针测试)。

当学生用指南针检测铁钉电磁铁南北极时,可能要适时提出问题,钉尖吸引了指南针的北极就能说明钉尖是南极了吗?(不能,因为铁钉本身就可以与指南针北极相吸引)怎么办呢?(再靠近指南针南极试试,如果排斥就可以得到证实)

时间允许的话,还可以让小组同学换人再测几次,并记下结果。这样有可能引出“矛盾”,不同的同学检测出来的南北极不同。

(2)当各小组都检测完后,提问:你们的钉尖是南极还是北极?为什么各组会不同呢?自然转入研究电磁铁的南北极与什么有关的问题。

(3)提问,电磁铁的南北极可能和什么因素有关?你们打算怎么研究?引导学生先建立猜想,然后再检验自己的猜想。

电磁铁两端南北极不同,电池接法不同是容易想到的,线圈的绕向就不一定能想到了,必要时要给予提示。

指导学生以不同方向绕制线圈,要提示学生注意拿钉子的方向不变,拿钉子的左右手不变,只是绕的方向相反。

3.总结梳理。

启发学生比较磁铁和电磁铁性质有哪些不同的地方,以加深学生对电磁铁的认识(不同的地方:电磁铁通电才有磁性,南北极是可以改变的)。

第3课 电磁铁的磁力(一)

(一) 背景和目标

学生都希望做一个磁力很大的电磁铁。电磁铁的磁力大小与其结构有明显的联系,所以做实验寻找影响磁力大小的因素,适合学生心理需要和认知水平。本单元设计用两课时间让学生经历一个完整的过程,比较深入地探究哪些因素影响电磁铁磁力的大小,并制作一个强磁力电磁铁。本课有两个活动。

第一,作出我们的假设。在这一步骤中,要学生寻找所有影响电磁铁磁力大小的可能因素。在全班列出一张假设因素表,推测什么因素可能是影响最大的因素。

第二,设计实验,检验假设。本节课安排全班共同检验一个假设:磁力大小与线圈圈数有关。过程分为制订计划、交流计划、实施计划,重点思考如何在对比实验中控制条件的问题。扎扎实实地经历这个过程不但是检验这个假设的需要,也为下节课学生更独立地检验其他假设打下基础。

科学概念

● 电磁铁的磁力是可以改变的。

● 电磁铁的磁力大小与线圈圈数有关:圈数少磁力小,圈数多磁力大。

过程与方法

● 有一定根据地进行假设,找出认为可能影响电磁铁磁力的因素。

● 在教师指导下,会识别变量设计对比实验,会控制变量检验线圈圈数对磁力大小的影响。

● 能对本小组实验方案作介绍说明,体会到交流与讨论能引发新的想法。

情感、态度、价值观

● 能够大胆想象,又有根据地假设。

● 能够以严谨的科学态度做检验假设的实验。

(二)教学准备

为小组准备:电池、电池盒、长约3米的多股绝缘导线、大铁钉、大头针。

(三)教科书说明

教科书首先描述了电磁起重机是怎样工作的,然后引出了电磁铁磁力大小与哪些因素有关的问题。

第一部分:作出我们的假设

教科书让学生讨论并写出自己对这个问题的假设和作这样假设的理由。为了帮助学生更好地作出假设,教科书从电磁铁组成、磁力产生条件两方面作了思考方向的指导。电磁铁由线圈、铁芯组成,要产生磁性必须通电,所以电磁铁磁力大小应该与这三个方面有关。第一,与线圈有关。可能与线圈圈数有关,与线圈粗细、长短有关,与绕线圈的导线粗细有关等。第二,与铁芯有关。可能与铁芯粗细、长短、形状等有关。第三,与电流有关。简单说就是与电池的多少有关。教科书中的假设记录表给出了填表方法的示范。

学生找出的因素可能有:①电池数量;②绕线多少;③铁芯粗细;④铁芯长短;⑤电线粗细;⑥线圈的粗细(直径);⑦线圈的形状;⑧铁芯的形状(条形或马蹄形);⑨线的类型(漆包线或胶皮线),等等。这些都是有道理的。其中,①和②是影响最大的因素,但在这里教师不作肯定和否定。

全班交流假设,汇总所有的假设,推测哪些是影响最大的因素,这是一个整理假设的过程。它能够让学生相互启发,提高作出假设的能力,也便于下面有序地检验假设。

第二部分:设计实验,检验假设

线圈圈数是影响电磁铁磁力的主要因素之一,操作也相对比较复杂,所以教科书选它来让全班共同检验。检验过程分为三个步骤。

第一,制订小组研究计划。怎样设计这个对比实验?教科书提出的两个问题是做好这个实验的关键所在,要让学生讨论清楚。

我们要改变的条件是线圈圈数,三个电磁铁的线圈圈数差别要较大,这是为了使实验现象的差别较大,便于观察。教科书插图中的线圈圈数差别是较大的。教科书中的研究计划表也是做好对比实验的很好的指导材料,要让学生认真填写,“怎样改变这个条件”栏要填出计划各绕多少圈。

控制不变的因素应当是其他所有因素。

第二,交流小组研究计划。教科书提出两个问题引导学生能认真倾听、认真思考,给别人提建议,自己作修改。

第三,实施小组研究计划。教科书提供的实验记录表中格数较多,不是一定要用完。比较圈数多少和磁力大小排序,学生不难发现其中的规律。

(四)教学建议

出示电磁起重机正在吸废钢铁的图片,简单介绍电磁起重机的用途、优点。然后提出问题,这个电磁铁的磁力真够大的,你们想制造一个大磁力电磁铁吗?那就要知道电磁铁磁力大小与哪些因素有关。今天,我们就来共同研究这个问题。

1.作出我们的假设。

(1)老师要清楚影响电磁铁磁力的因素,才能自如地指导学生假设、实验和汇报。经研究,影响电磁铁磁力大小的因素主要有四个,一是缠绕在铁芯上线圈的圈数,二是线圈中电流的强度,三是缠绕的线圈与铁芯的距离,四是铁芯的大小形状。

线圈的圈数多,电流的强度强,线圈与铁芯的距离近,电磁铁的磁力就强,反之,线圈的圈数少,电流的强度弱,线圈与铁芯的距离远,电磁铁的磁力就弱。

铁芯的情况复杂一些,铁芯的长短粗细要与线圈多少、电流大小相匹配,在线圈多少、电流大小与铁芯基本相匹配的情况下,铁芯细一点粗一点没有多大影响。这时只靠加大铁芯提高电磁铁的磁力是不可能的。也就是说,不是铁芯越粗越好,也不是铁芯越细越好。另外,马蹄形铁芯比条形铁芯磁力强,因为它把南北极的磁力集中在一起了。

(2)电磁铁由线圈、铁芯组成,产生磁性必须通电,所以电磁铁的磁力大小应该与这三个方面有关。在学生作假设时,教师要适时地引导他们从电磁铁的组成和产生磁力的条件上去想,这是一个有根据、有顺序的思路,应启发学生按这种思路去作假设,或者把已作出的假设整理成这样的思路。

教科书说明中已经列出9种学生可能找出的因素,实际教学中学生不一定说得出这些,也可能还会有其他假设。我们的教学目标不是找得越多就越好,而是学生是否充分动脑了,假设是否有一定的理由。

(3)汇报交流假设和假设的理由,是一个整理假设的过程。要把学生的假设都简要板书出来,然后汇总成全班的假设,全班汇总的假设只简要写出因素名称就可以了。

(4)推测找出影响最大的因素,学生不同的看法都要认可。

(5)教科书上的假设表,一般是小组讨论时填写,也可以根据学生实际在全班汇总后填写。

2.设计实验,检验假设。

(1)在分组制订研究计划前,要先强调明确思考的两个问题,需要改变的条件是哪一

个?应当控制不变的条件是哪些?怎样改变或者不改变它们?

可以对教科书上的研究计划表进行一些说明。比如怎样确定计划绕的圈数,而绕多少圈不是随便写的,要考虑一些因素。比如我们希望圈数差别大一点,但限制的因素是导线有多长。然后分组讨论和填写研究计划表。

(2)交流小组研究计划时,教师要因势利导,提示绕制三个电磁铁,导线长度不要变,只是绕在铁钉上的线圈圈数改变就行了,这样保持了导线长度,便于下次使用。同时也能够保持电流大小始终不变,因为导线短,电流大些,导线长了电流会小些。线圈圈数变化可以全班商量,统一定个数,比如20圈、60圈、100圈。

(3)实施小组研究计划。为了节约材料,可以用一根长导线先后绕制三个不同圈数的电磁铁。为了节约时间,可以先绕制好这样的三个电磁铁,用的导线都一样长。

测量磁力大小可以用小号的大头针。这样,磁力大小容易从吸起大头针个数上区别开。

(4)研究电磁铁磁力大小的内容,教科书安排了两课时,课时和内容是可以调整的。可以第一课时作假设,第二课时做实验。也可以安排成三课时,把实验后的汇报小结,制作强力电磁铁安排在第三课时。

第4课 电磁铁的磁力(二)

(一)背景和目标

本课是上一课的继续,有三个活动。

第一,小组检验所选择的假设。这个活动由教师给学生准备几组不同的材料,让小组选择不同的材料设计实验进行检验。过程与上一课相同,也要求填写研究计划表和实验记录表。最后,学生准备发言汇报。完成了这个活动,小组检验了两个假设,全班检验了3~5个假设,就基本上包括了学生所提到的那些假设。

第二,汇报交流,共享研究成果。这部分通过小组汇报,总结出全班合作研究的成果。教师再补充讲解,给学生一个更完整的认识。为下一个活动“做强力电磁铁”打下基础。

第三,设计制作一个强磁力电磁铁。用自己的研究成果来做一个强磁力电磁铁,肯定是每一个学生的心愿。探究活动以学生成功制作出强力电磁铁、体验到成功的喜悦而结束。

科学概念

● 电磁铁的磁力大小与使用的电池数量有关:电池少则磁力小,电池多则磁力大。 ● 电磁铁的磁力大小与线圈粗细长短、铁芯粗细长短等因素有一定关系。

过程与方法

● 经历一个完整的较深入的科学研究过程:提出问题,作出假设,设计实验,进行检验,汇报交流,共享成果。

● 用数据展示说明本小组的研究成果,锻炼表达交流能力。

● 能通过倾听、提问共享其他小组的研究成果。体会到交流与讨论能引发新的想法。 ● 能用全班合作研究的成果设计制作强力电磁铁。

情感、态度、价值观

● 培养严谨的科学态度,体会到开展合作的必要性和重要性。

(二)教学准备

为小组准备:

组一:3节电池和电池盒、多股绝缘导线、大铁钉。

组二:直径不同的3个线圈管、电池、电池盒、多股绝缘导线、大铁钉。

组三:长短不同、粗细相同的3个铁螺栓,电池、电池盒、多股绝缘导线。

组四:长短相同、粗细不同的3个铁螺栓,电池、电池盒、多股绝缘导线。

为全班准备:较大铁螺栓、螺帽、垫圈,4米以上多股绝缘导线(做强力电磁铁用)。 教师自己准备:演示用的磁力很强的大磁铁。

(三)教科书说明

本课内容是上一课的继续。课的开始让学生回忆上一节课作出的假设和检验假设的实验。接着列举性地用插图呈现了四组材料:分别是个数不同的电池;长短相同、粗细不同的塑料管;粗细相同、长短不同的螺栓;长短相同、粗细不同的螺栓。用它们设计实验可以分别检验电磁铁磁力大小与电池个数、线圈粗细、铁芯粗细、铁芯长短之间的关系。教学中,教师可以根据实际灵活更换、增减材料。

第一部分:小组检验所选择的假设

教科书要求一个小组选择一个假设来检验,教师可以根据材料情况进行调整。检验假设的过程和方法与上一课相同。根据难易的不同,教师对学生的实验设计和实验过程要给予指导。对于一些因素,比如铁芯粗细与磁力大小的关系,实验数据表明二者关系并不明显,学生会感到困惑,教师在此要强调尊重数据,依据数据得出结论的科学态度。电磁铁磁力大小与铁芯粗细有关系,但不是铁芯越粗越好,也不是铁芯越细越好,这样“不单纯”“不典型”的研究学生过去很少遇到。其实,这种类型的关系在实际中是很多的,这正是培养学生科学素养的好机会。

检验完毕后,整理分析数据,准备交流汇报。对教科书中“数据能说明什么或不能说明什么”,要引导学生知道数据不能说明什么也是我们研究的成果。

第二部分:汇报交流,共享研究成果

教科书对这部分的过程、方法作了明确的说明。对还没有进行实验检验的假设,教师要给予必要的讲解,以求对所有的假设都有个交代,学生对影响电磁铁磁力大小的因素有个全面的了解。教科书上“认真听取老师的补充讲解”的意思是教师在这时候可以进行必要的讲解了。

第三部分:设计制作一个强磁力电磁铁

教科书不但要学生思考从哪几方面可以增强电磁铁磁力,还提示方法应该是容易做到的。这点很重要,否则设计就成了纸上谈兵了。教科书插图中材料是长导线,两节电池,一根较长、较粗的螺栓,带着螺丝帽和两片垫圈。这些材料会给学生一些启示,用图中的材料能做出磁力相当强的电磁铁。

最后教科书插图中能吊起一个孩子的电磁铁一定会给学生们无限的遐想。由特写图可见,它的铁芯大而形状特殊,把线圈包在铁芯中,中间圆柱和外圆环是电磁铁的两极,处在同一个平面上。线圈用较粗的漆包线绕制,圈数多。这样的电磁铁对铁板的吸引力当然就非常大了。

(四)教学建议

1.实验材料的准备。

(1)这一课的教学可以根据学校和学生的实际,准备材料指导学生做2~4种检验假设的对比实验。

(2)建议要重点检验电池多少这一因素,它是影响磁力大小的主要因素。不检验导线粗细这一因素,因为导线太粗了绕制困难,成本也高。材料难于准备,制作费时太多的因素也可以不检验,如马蹄形铁芯。铁心粗细、长短和线圈粗细、长短因素的检验则根据实际条件可多可少,灵活安排。

2.小组检验所选择的假设。

(1)本节课制订计划、交流计划、实施计划都可以参照上一课的方法进行。

(2)这节课对不变的量要确定一个班级的值,比如线圈圈数各组都绕60圈。各组检验的因素即变化的量也要确定出具体变化的值。

(3)提醒学生做实验时,小组要考虑好成员怎样分工,怎样轮流着做。要做好数据记录,依据数据得出结论,并准备小组的汇报发言。

(4)因为各组做的实验不同,有易有难,教师要有重点地进行实验观察和指导。

3.汇报交流,共享研究成果。

(1)汇报时可以按研究的课题进行汇报,研究相同课题的组的汇报,只进行不同内容的补充即可。

(2)在分组汇报时,要求大家记录下别人的研究成果。

(3)当检验的结果与最初的假设不一致时,要明确指出:这有两种可能。一是数据不能说明什么也是研究的成果。二是实验的操作可能有问题,如果时间允许可再做一次,或几个小组同时做这个实验。

(4)学生汇报完后,教师引导总结:我们对几种假设进行了实验检验,现在我们知道了哪些因素影响电磁铁磁力大小,是怎样影响的。

(5)简要补充讲解没有实验检验的其他因素对电磁铁磁力的影响。

(6)这两课教科书详细展示了探究电磁铁磁力大小的全过程,有利于学生学习与回顾。教学中根据学生实际有的环节可以简化一些,有的环节可以突出一些。

4.设计制作一个强磁力电磁铁。

(1)活动重点放在培养学生应用知识解决问题的能力和激发兴趣上。可以分小组制作,也可以全班制作一个。

(2)如果用教科书插图中的螺栓做强力电磁铁,方法是:螺丝帽刚好完全旋进螺杆,螺杆不伸出螺帽。在两片垫圈间密绕线圈200~300圈。用两节电池做电源。这样的电磁铁磁力已经相当大了。如果用漆包线绕线圈效果更好。

(3)简单介绍能吊起孩子的电磁铁。如果能找到类似的电磁铁在课堂上演示,那会令学生们兴奋不已。

第5课 神奇的小电动机

(一)背景和目标

学生应用磁铁和电磁铁的性质研究最简单的直流小电动机,是一项很有兴趣的过程与方法活动。在活动中,电磁铁的知识可以得到应用,探究能力得到锻炼。研究内容也开始转到对电能的研究上。本课有两个活动。

第一,观察小电动机里面有什么。这部分通过观察知道小电动机的主要构造,通过检测知道转子实际上是电磁铁,为研究小电动机转动的秘密打下基础。

第二,研究小电动机转动的秘密。这部分先根据小电动机的构造推测通了电它为什么会转动,然后在教师指导下用实验检验推测。这是本课的重点,也是难点。

科学概念

● 玩具小电动机的功能是把电变成了动力。

过程与方法

● 用分部分观察、整体观察的方法了解小电动机的构造。

● 根据小电动机的构造推想通了电它为什么会转动。

● 在教师指导下按步骤做探究小电动机工作原理的实验。

情感、态度、价值观

● 产生探究小电动机的兴趣。

(二)教学准备

为小组准备:锁片已经撬开(容易拆开)的玩具小电动机、塑料杯或纸杯、橡皮筋、铜

质单股粗导线做的V字形“电刷”、铁丝支架、电池、电池座、开关、导线、磁铁、大头针。

教师自己准备:有关玩具小电动机构造的图片或影像。

(三)教科书说明

本课第一幅插图是学生们熟悉的玩具小车,车盖已拿掉,可见电池和电动机。给这个小电动机通上电流,它就转动起来了。在这种情景中,教科书提出了“小电动机里面有什么,为什么通上电会转动”的问题。

第一部分:小电动机里面有什么

观察研究分为三个步骤。

首先观察小电动机的三个部分,看看各有什么部件。教科书画出了这三个部分并标注了名称。外壳内有一对永久磁铁,转子上有铁芯、线圈、换向器,后盖上有电刷。其次,研究转子为什么是这样的构造,想办法检验一下转子是不是一个电磁铁。从换向器向线圈通电,可以看到转子铁芯能吸起大头针,转子就是三个电磁铁。最后,观察电流是沿着怎样的线路流过线圈的。实际观察可见电流流过的线路是:电池→后盖接线→电刷→换向器→线圈→换向器→电刷→后盖接线→电池。学生通过阅读资料可了解换向器的作用。

第二部分:研究小电动机转动的秘密

探究小电动机转动的秘密分为三个步骤。

第一,猜想。了解了小电动机的构造,很自然地就会猜想它为什么会转动起来。教科书引导学生把小电动机的三个部分联系在一起思考,想到力的作用,想到磁铁与电磁铁(转子)会相互吸引或排斥。学生会猜想到是磁铁与电磁铁的相互作用推动了转子转动。

第二,检验猜想。教科书分成四步用叙述和插图形式指导了检验的方法,学生照方法步骤做,到第三步已经能直观了解小电动机的工作原理了。第四步是拓展性的,按教科书指引去操作会不断有惊喜的发现。磁铁距线圈的远近、磁铁数量和电池数量可以改变转子转动的快慢;对着转子的磁铁的磁极性质,以及电池正负极的不同接法都可以改变转子转动的方向。这一步可以激起学生的极大兴趣。课堂时间不够,可以延伸到课外去继续研究。

第三,提出“我们怎样向其他人解释小电动机为什么会转动?”启发学生通过表述来整理自己刚获得的认识,因为这个认识可能还是模糊的。本课最后也给出了最简单的解释,以保证所有的学生在科学概念上都有明确的收获。

(四)教学建议

本课总的教学思路是:观察、猜想、验证、表达。

先让小四驱车在桌上运动起来,一下子就会吸引学生。再拆开看里面有电池和电动机,再看看电动机的转动,引出问题:“小电动机里面有什么?为什么通上电会转动?”

1.小电动机里面有什么。

(1)小电动机外壳和后盖之间是用两个锁片扣住的,在上课前,先用工具把锁片撬直,拆开外壳和后盖后再轻松装回去。

(2)让学生拆开小电动机前,先猜测里面应该有什么,激起观察的兴趣。告诉学生拆开小电动机只要轻轻拉开就行了,拆的时候要记住各部分是怎么连接的,等一会儿还要装配还原。

(3)按教科书步骤一部分一部分观察。验证转子是否是电磁铁,最简单的方法是给转子通电,看它是否能吸起大头针。换向器的作用可以通过阅读课文中的小资料了解。

2.研究小电动机转动的秘密。

(1)课前要为学生作好实验材料的准备,从教科书插图中已经可以清楚看到这些材料应当怎样制作。需要注意的是,“V”形叉子是关键的部件,它起的是电刷的作用,要用较粗的铜导线制作。张开的角度要先试验一下,避免把换向器卡死,线头要用砂纸磨光。最好把转子的换向器也磨光一下。

实验用的磁铁磁力强,效果好。如果实验室磁铁磁力小,可以用柜子门上磁力锁中的方块磁铁和环形磁铁。

(2)在猜想小电动机为什么会转动之前,可以先让学生试着把小电动机装配还原,观察各部分是如何连接在一起的。装后盖时要轻轻转动转子,使换向器插入电刷中。

(3)提出问题:“小电动机为什么通上电就能不停地转动?”在这个过程中当学生需要时,要给予启发指导:小电动机转子转动,肯定受到了力的作用,它受到什么力的作用了呢?小电动机里面有磁铁又有电磁铁,距离那么近,通上电后,它们之间会怎样作用呢?

通过观察和思考,学生会猜想到是磁铁与电磁铁的相互作用推动了转子转动。

还可以问问学生,他们认为小电动机各部分发挥着什么作用,可以省掉什么吗?这样,学生会更好地理解我们在下一步检验猜想的实验时,为什么要做那些支架,使用磁铁等。

(4)检验猜想的实验,实际上就是让转子在可见的状态下转动,并且可以改变磁铁的远近、个数、南北极位置等因素。检验按照教科书上的操作方法和过程来做。

指导学生调节支架,一是要使转子放水平,二是支架和“电刷”距离要合适,转子不被卡住,能灵活转动又不滑落。

如果通了电,磁铁靠近了转子,小电动机没有转动,可以让学生动一动转子。这实际上是帮助转子克服静摩擦力。如果转动比较困难,可以换用磁力大的磁铁或增加一节电池。

教师准备一个带导线的小灯泡是很有用的,它可以很快检测出学生组装的电路有无故障,电流是否顺利到达了“V”形叉子处。

(5)到了第三步,用一块磁铁使通电的转子转动起来后,建议中断一下操作,问一问,这个现象能说明什么?为什么不用磁铁靠近转子,转子就不动呢?(没有磁极间的吸引作用和排斥作用)我们使用的这块磁铁就相当于外壳里的磁铁。然后接着进行第四步。

(6)根据时间,第四步内容可以作弹性处理。但是,如果能多留一点时间让学生自主地继续探索,那是很有意义的。

用两块磁铁使转子转动的指导方法是,让两块磁铁自然吸在一起,然后拉开,相对着慢慢靠近转子,距离一样,转子会平衡地转动,靠得越近,转得越快。同时翻转两块磁铁的面(改变对着转子的南北极极性),转子一下子就反转了。

(7)活动结束时,要求学生把材料归位。仔细地把小电动机装配还原,还要试一试通电是否能转动起来。

第6课 电能和能量

(一)背景和目标

学生对能量、能量转换的事实知道得并不少。本课指导学生用能量和能量转换的观点来重组自己原有的知识,初步建立能量和能量转换的概念。本课有两个活动。

第一,认识电能和其他能量。电可以做很多的事情,这是学生熟悉的,教科书就用电可以进行各种“工作”来帮助学生建立电能的概念。然后反过来找其他一些能量可以做什么“工作”,从而肯定这些也确实是能量,因为它们也像电能一样可以“工作”。接着引导学生认识食物、汽油储存着能量,是化学能。

第二,认识电能和其他能量的转化。首先,认识电能可以转化为其他形式的能。电可以做很多事情,也就是电能可以转化成很多形式的能量。学生通过分析熟悉的家用电器,把认识从可以做什么工作上升到把电能变成了什么能量。然后,认识其他能量之间的转化。

第一个活动重点是建立电能和其他能量的概念,第二个活动重点是认识电能和其他能量的转化,但两个活动密不可分,因为能量和能量转化本来就是密不可分的。

科学概念

● 能量有电、热、声、光等多种形式,能量还储存在食物、燃料中。

● 电能可以转化成其他形式的能量,其他不同形式的能量间也能够转化。

过程与方法

● 通过观察、小实验和阅读资料,研讨认识能量和能量转化。

● 分析常见能量转化的例子。

情感、态度、价值观

● 产生研究能量的兴趣。

(二)教学准备

为小组准备:容易弯折的铁丝。

教师自己准备:相关能量和能量转化的影像资料。

(三)教科书说明

本课从电的用途非常广泛直接引入对电能的认识。

第一部分:电能和其他能量

教科书首先以电风扇、电视机和电水壶为例,说明用电器有了电可以做不同的事情,也就是可以进行各种“工作”,电所具有的这种能力叫电能,是能量的一种。

接着认识其他能量形式。教科书直接告诉了热能、光能和声能这些能量形式。可是学生会对热、光、声音怎么也是能量产生疑问,所以教科书引导学生找一找它们能做什么“工作”。插图表现了煤产生的热能可以推动蒸汽机车,风能可以转动风车,声能可以控制开关,光能可以加工零件。

教科书通过找“悄悄”地储存着的能量和我们身体能量的来源,认识食物、汽油中储存着能量,释放出来可以工作。

本课最后用一段文字归纳介绍了各种常见的能量,揭示了能量的重要性。

第二部分:电能的转化

以学生熟悉的家用电器为对象,通过调查、研讨把认识从可以做什么工作上升到把电能变成了什么能量。要求填写“输出的能量形式”是为了促进学生思考电能转化成了什么能量,与能做什么工作有所区别。

表中列举的电灯输出的能量形式是光和热两种。热能不是我们需要的,产生热也不是电灯的“工作”,但电灯在“工作”时电能确实有一部分转化成了热能。学生参照电灯的例子对其他家用电器进行分析讨论,对电能转化成其他形式的能量会有一个较明确的认识。

教科书再进一步使学生知道各种用电器都是一种能量的转化器,可以把输入的电能转化成光能、热能、声能等其他形式的能量。

本部分还从电能转化延伸开来,引导学生认识其他能量之间的转化。两手互相摩擦,反复弯折铁丝是我们人的能量(机械能)变成了热能。插图中的篝火是化学能转化成热能,放鞭炮是化学能转化成机械能、声能等。

最后的漫画表现的能量转化过程是:太阳能——植物果实储存的化学能(生物能)——人体储存的化学能(生物能)——自行车的机械能(动能)——发电机的电能——电炉的热能——水蒸气的热能。

(四)教学建议

1.电能和其他能量。

(1)能量是抽象的,我们怎么引导学生认识能量?我们是利用学生熟悉的电的用途,引导他们一步步体会什么是能量的。教学中可以分为三个层次:认识电能——认识其他能量——认识含有能量的物质。

教学中先举出一些用电器,认识它们能做什么事情,建立“电是可以做一些事情的”的认识。然后把发光、发声、发热、运动等“事情”用“工作”来概括,建立“电可以做各种

工作”的认识。再后把做这些工作的能力上升到电能概念。

推广开来,用“可以做些什么工作呢”作标准,来衡量热、光、声等确实也是能量。再进一步认识有些看来“静悄悄”什么工作也没有做的物质含有化学能,它们具有工作的潜在能力。

(2)教学这部分,可以按照上面的顺序,多举些例子,用研讨的方法进行。

(3)教学中不必介意出现了多少能量的名称,也不必局限于教科书中的内容,让它在师生的互动中自然出现就可以了。注意生活中常说的风能、水能、太阳能不是按能量的性质来说的,是用具有能量的物体来取名的。

2.认识电能的转化。

(1)学生在前面认识电能时,已经举了一些家用电器能做什么工作的例子来说明。这里要明确提出新要求:尽量把家用电器都举出来,还要把能量输入、输出形式找出来。以电灯为例说明“可以做的工作”和“输出的能量形式”是不同的。然后分组调查、填表。

(2)汇报时,要逐步通过具体用电器的例子,让学生认识到用电器往往不只是输出一种形式的能量,我们也并没有利用输出的所有形式的能量。

(3)可以把电能转化扩展到家庭以外的用电设备上,如电车、电影、电动门的能量是怎样转化的。在大量例子的基础上,自然引导学生认识到是电能与其他能量之间巧妙的转化使我们的生产、生活变得越来越方便。

(4)在这一部分教学中,穿插一点生动的事例是比较好的。比如,出示一张电子生日卡,一打开,又放生日快乐的乐曲又闪闪发光,甚至还有转轮旋转,让学生说说这其中能量是怎样转化的。

(5)在认识了电能转化后,可以认识其他能量间也可以互相转化。两手互相摩擦,体会手的感觉,反复弯折一段铁丝,摸摸弯折处的温度来认识人体的能量转化成了热能。在教学中可以再补充一些不涉及电的能量转化的例子。最后分析漫画中表现的能量转化。

第7课 电能从哪里来

(一)背景和目标

电不是自然存在的能源,而是由其他能源(风能、水能、热能等)转换来的二次能源。上一课认识了电能转化成其他形式的能,这一课认识其他形式的能转化成电能,这就使学生更深入地认识电能与其他能量的相互转化,同时更进一步认识科学技术对人类的巨大贡献。本课有三个活动。

第一,了解各种各样的电池。这部分引导学生认识了解各类电池,了解它们的相同之处和不同之处。了解它们把哪些能量转化成了电能。

第二,我们来发电。我们使用的电主要来自发电厂。所有的发电厂都是用发电机发电的,不同的只是推动发电机的方法。怎样让学生体验发电呢?教科书安排了用小电动机模拟发电机来发电的活动。

第三,了解发电站的电能是从哪里来的。这部分引导学生了解不同的发电厂把哪些不同的能量转化成了电能。

科学概念

● 电池是把化学能或光能转化成了电能。发电有多种方法。

● 电能都是其他形式的能量转化来的。

过程与方法

● 通过观察、实验和阅读资料认识电能的来源。

情感、态度、价值观

● 体验科学技术对社会进步的贡献。

(二)教学准备

为小组准备:导线圈、指南针、玩具小电动机、小灯泡、粗线。

教师自己准备:导线、各种电池或电池图片、手摇发电机、小灯泡。

(三)教科书说明

本课开始问:“我们使用的电是从哪里来的?”我们用的电有的从电池里来,有的是发电厂用电线输送来的。本课从这两方面引导学生来认识电的来源。

第一部分:各种各样的电池

课本中第一幅插图是普通电池、纽扣电池,第二幅插图是光电池,第三幅插图是蓄电池。普通电池是一次性把化学能转化成了电能,光电池是把光能转化成了电能,蓄电池是放电时把化学能变成电能,充电时把电能转化成化学能,也可以理解成它用化学能的形式把电能储存起来,需要时再输出来。电池移动使用方便,但一般电容量较小。光电池不能储存电能,只能即时使用。

第二部分:我们来发电

用手摇发电机发电直观、有趣,学生能清楚地观察到机械能转化成了电能,并点亮了小灯泡,同时也能观察到手摇发电机的构造与小电动机是相似的。

用小电动机能发电吗?像插图中那样连接小灯泡,用手使劲搓小电机的轴使小电动机转动,但是点不亮小灯泡。怎样知道小电动机是不是发出了电呢?像第一课那样绕线圈,绕在指南针盒上,转动指南针盒使磁针方向与线圈绕线方向一致。再用手搓小电动机的轴,可以看见指南针偏转了。证明我们发出电来了。转快一点能多发点电吗?怎样使小电动机转得快一点呢??插图是用线绕在电动机轴上拉动。学生尽管可能最终也未能点亮小灯泡,但是他们取得了“发电机”发电的直接感受和对发电这件事的兴趣。

第三部分:发电站的电是从哪里来的

这部分让学生在查阅资料的基础上讨论可以用哪些方法发电,能量是怎样转化的,并填写“电能的来源和转化”表。“电能的来源”栏填水电站、热电厂、风力发电站等,“转化的能量形式”填水能、热能(化学能)、风能等。在这个过程中,学生会发现有很多不同的能量都可以转化成电能,随着科学技术的发展,把其他能量形式转化成电能的办法越来越多了。

学生对用煤或用原子能发电的具体方法不需要知道,只要能了解是什么能变成了电能就可以了。

(四)教学建议

1.认识各种各样的电池。

(1)应尽量用各种电池实物进行教学,通过教学使学生实际认识各种各样的电池。

(2)除了光电池外,电池都是把化学能转化成电能的装置,都能把电能储备起来供人们使用,但都不能持续提供大电流。不同的电池有不同特点,有不同的适用对象。认识电池的不同主要认识一次性电池和充电电池、蓄电池的不同。教师可以参照后面资料“各种各样的电池”进行指导介绍。

(3)可以解剖一个一号电池,让学生看到电池里面的化学药品。同时说明电池为什么不能乱扔的道理。

(4)学生对电池能产生电始终都存在神秘感。可以在教学中补充一个小实验:将铜片和锌片(废电池外壳)插入盛有浓盐水的杯中,用引线连在“电流检测器”(线圈绕在指南针盒上的装置)上,可见产生了电流。将铜片和锌片插入水果中也可以检测出电流。

2.我们来发电。

(1)首先,演示用手摇发电机发电点亮小灯泡,最好让学生也感受一下用手摇发电机发电的过程。然后,让学生看看手摇发电机的构造,但是不需要介绍发电机的构造,可以问

一问它像什么(像小电动机的构造)。

提问,发电机是把什么能量转化成电能了?(把机械能转化成电能了)

(2)各组用小电动机发电。用自制的“电流检测器”检验是不是发出电来了。想办法使小电动机转快一点,能点亮小灯泡吗?怎样才可能点亮小灯泡呢?学生的这个活动,可能最后也没有点亮小灯泡,但他们都能看到确实发出电来了,取得了实际的感受。

(3)用漆包线在指南针盒上绕20圈以上,就可以做成很灵敏的电流检测器。用手指捻小电动机的轴,磁针会发生很大偏转。

3.发电站的电是从哪里来的。

(1)简述我们使用的电绝大部分来自发电厂(发电站),发电厂都是用发电机发电的。 提问,发电机用什么力量推动呢?

(2)用查资料的方法、讨论的方法认识发电站可以把风能、水能或煤储存的能量转化成电能。可以展示很有特点的风力发电站、水力发电站的图片,它们的发电机是靠风力、水力来推动的。

(3)可以简单介绍一下热电厂发电的过程。用煤烧锅炉,化学能变成热能并把热量传给水,高温、高压的水蒸气带动蒸汽轮机转动,热能变成动能(机械能),蒸汽轮机带动发电机发电,动能变成电能。

(4)最后用三峡电站发电、输电、用电的过程结束本课,让学生体会科学技术给我们带来的好处。

第8课 能量与太阳

(一)背景和目标

学生们对太阳能已经有了一些了解,本课引导他们更进一步认识太阳是怎样赠与我们巨大的能量的,我们应该怎样珍惜使用能源。本课有三个活动。

第一,分析煤带给我们的信息。煤的形成经过了漫长年代复杂的变化,这个过程是无法直接观察,也无法用实验重现的。这里探究煤成因的活动,是让学生经历类似科学家研究煤成因的过程,一个利用证据逻辑推理及想象作出合理解释的过程。有了这个基础,进行下一个活动就容易了。

第二,认识存储了亿万年的太阳能。通过阅读资料和研讨认识煤、石油和天然气的成因,认识它们与太阳能的联系。从而了解我们使用的能量大多最终来自太阳。

第三,节约能源,寻找新能源。使学生了解节约能源的重要性,怎样节约能源,了解一些新能源的知识。

科学概念

● 煤、石油、天然气所具有的能量是存储了亿万年的太阳能。

● 能源和我们的生活关系密切。人类已开发出了一些新的能源。

过程与方法

● 体验探究中证据、逻辑推理及运用想象的重要性。能将自己的分析结果与已有的科学结论作比较。

情感、态度、价值观

● 认同珍惜能源、节约能源的观点。

(二)教学准备

教师自己准备:煤的形成过程、煤层中植物化石的图片或影像资料,有关各种能源的图片或影像资料。

(三)教科书说明

教科书首先指出煤、石油、天然气是重要的能源,提出它们是怎么形成的这个问题。 第一部分:煤带给我们的信息

教科书举出了三点煤带给我们的信息。第一点信息可以启发学生想到煤可能是由植物变成的。第二、三点信息可以启发学生想到煤是在泥沙沉积过程中形成的。接下来的远古森林图画及其中的文字又为“煤可能是由植物变成的”提供了进一步的证据。

这个活动既要充分利用证据,又要充分发挥想象,并在证据与想象之间建立起必然的逻辑联系,从而对煤的成因作出合理解释。

第二部分:存储了亿万年的太阳能

在推理、想象后,教科书给出了煤形成过程示意图和文字说明。学生可以将自己的推测与此相对照。在说明了石油、天然气的成因后,要求讨论煤、石油、天然气的能量是从哪里来的,与太阳能有什么关系。教科书中的三幅小插图分别代表了太阳能,古代动植物的能量,煤、石油、天然气的能量。插图可以帮助学生进行形象思维,教学时可以让学生在图上用箭头表示出三者的转化和传递关系。通过研讨,学生会认识到煤、石油、天然气的能量实际上是储存了亿万年的太阳能。

研讨我们使用的能量还有哪些与太阳能有联系,是希望学生了解水能、风能、所有的生物能源也是来源于太阳能,大多数能源最终都来自太阳。

第三部分:节约能源,寻找新能源

新能源概念,一般是指除了草木燃料、煤、石油、天然气之外的其他能源。地热、风能、海水的动能、原子能、直接利用的太阳能等都算作新能源。教科书插图中的卡通讨论还涉及了新能源——沼气,这能启发学生想到更多的新能源。

(四)教学建议

1.分析煤带给我们的信息。

(1)从煤、石油、天然气是我们使用的重要能源引入。提问,我们可以从哪里得到它们?它们为什么埋藏在地下,是怎么形成的呢?

(2)提供信息,进行猜测。

叙述:在研究煤的过程中,人们获得了一些重要信息,现在老师把这些信息提供给同学们:

①常常能在煤块上看到植物枝、叶的痕迹,甚至还发现了具有完整树干形状的煤。 ②煤大多夹在古代沉积的泥沙变成的岩层中。

③煤在岩层中是一层一层分布的。

④亿万年前地球上气候温暖,雨量充足,植物生长非常繁茂。

充分利用这些证据,加上我们的想象,猜测一下煤是怎样形成的。

(小组讨论猜测)

(3)汇报时,对学生的每一项猜测都要追问一个“证据是什么”,“这样想象的依据是什么”。让学生经历这个过程是很有必要的。

2.存储了亿万年的太阳能。

(1)告诉学生,科学家也研究了煤的成因,这是他们的推测。

(出示煤形成过程的示意图和教科书上的文字资料,学生阅读和议论)

说说科学家的推测和我们的推测有什么相同和不同。

(2)简单讲解,根据不少证据推测,石油、天然气是几亿年前大量的低等动植物,主要是繁殖量最大的浮游生物经过复杂变化形成的。

(3)目前,煤、石油、天然气已成为我们使用的主要能源。它们具有的能量是从哪里来的呢?

适时呈现“太阳能”“动植物体具有的能量”“煤、石油、天然气的能量”三幅图。让学生用箭头表示出三者的转化、存储关系。

在研讨的过程中,引导学生认识:植物进行光合作用,把太阳能转化成生物能储存在自己的身体里,而动物的食物归根到底是植物,所以古代动植物体具有的能量都是来源于太阳能。远古的动植物埋藏在地下变成了煤、石油和天然气,所以煤、石油和天然气具有的能量最终还是来自于太阳。现在我们使用的是亿万年前储存下来的太阳能。

3.节约能源,寻找新能源。

(1)节约能源。学生能说出很多节约能源的方法,可以引导学生认识节约电、节约水、节约纸张等资源都是在节约能源。

(2)认识新能源。先让学生说他们知道的新能源,然后再补充一些。要引导学生认识到人们寻找的新能源都是污染小、可再生的一些能源。

四、评价建议

1.评价学生是否认识电流产生磁性的现象,电磁铁的基本性质,能量的多种形式,能量的相互转化。是否了解玩具小电动机的构造,初步了解其转动的原理。

2.评价学生在制作简单电磁铁、研究电磁铁磁力大小过程中的能力和表现。

3.评价学生在研究小电动机原理时表现的积极性和自主性。

4.评价积极参与研究活动,能倾听、提问、共享研究成果的表现。

5.利用学生记录表,评价学生观察、实验、收集数据达到的水平。

五、参考资料

安 培 定 则

丹麦科学家奥斯特,在1820年发现了通电导线在它的周围能产生磁场,这个磁场对磁针有力的作用。接着,法国科学家安培在1822年通过实验总结出了用来判定电流磁场方向的安培定则(右手螺旋定则),内容是:

对于直导线电流,判定磁场的方法是:右手握住导线,让伸直的大拇指指向导线中的电流方向,那么,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向(在奥斯特的实验中,指南针偏转的方向就是电流产生的磁感线环绕的方向)。

直导线产生的磁感线环绕方向(缺图片)

对于通电螺线管,判定磁场的方法是:用右手握住螺线管线圈,让弯曲的四指所指的方向跟螺线管中电流的方向一致,那么大拇指所指的那端就是螺线管的北极。安培还指出螺线管线圈中环形电流产生的磁场相当于一个条形磁体。

螺线管的南极和北极(缺图片)

能量及能量守恒定律

能量简称“能”,是物质运动的一般量度。任何物质都在运动着,如机械运动、分子热运动、电磁运动、化学运动、原子与基本粒子运动等。各种运动形式能够相互转化,而且转化时存在一定的数量关系,能量就是这种数量关系的量度。如摩擦生热,就是一定的机械运动转化为一定的分子热运动,这个“一定”就可以用能量来量度。相对应于不同形式的运动,就有不同形式的能量,能量形式分为机械能、分子内能(热能)、电能、化学能、原子能,等等。

能量可以在物质之间传递转移,这种过程就是做功或热传递。如水轮机推动发电机,机

械能转化为电能,水轮机所做的功就是这种转化量的量度。又如,烧热的铁块放入水中,结果铁块温度降低,内能减少,而将热量传给水,使水的温度上升,内能增加。传递的热量就是这种能量传递的量度。物体要对外作功,就必须消耗本身的能量或从别处得到能量的补充。因此,一个物体的能量愈大,它对外界就可以作更多的功。所以,能量更简单的说法是“物体做功的本领”。

科学家们经过长期探索,发现用能量的概念可以反映不同的物质运动形式之间的联系,并发现了自然界的最普遍的定律之一——能量守恒定律。即各种不同形式的能量可以相互转化,这种转化是等量的。能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化的过程中,能量的总和保持不变。例如,火力发电厂用煤燃烧发电,消耗煤的化学能多,得到的电能少,但把得到的电能和烟囱排放废气、热辐射、热传导、摩擦生热、电阻生热这些消耗掉的能量加起来,其总量仍然是相等的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。

家用电器的类别

科学技术为我们创造了大大小小、用途各异的家用电器,使我们的生活变得舒适和便利。面对形形色色的家用电器,我们能给它们分类吗?

家用电器可以分为四类:靠发光来工作的电器;靠发热来工作的电器;以电动机为动力的电器和以电子为主要工作形式的电器。

第一类的电器指电灯和各种各样的照明设备。照明是电最早的用途之一。

第二类的电器有电热锅、电水壶、电熨斗、电热毯、电烤箱等。所有这些电器都是利用同一个原理,即电流经过电路时会发出热量。电路中发热的部分是发热体,用电的不良导体制成,它把电能转化为热能。这一类电器统称为“电热器”。电磁炉、微波炉发热原理与前面不同,但也是把电能转换成热能,也属于第二类电器。

第三类的电器有洗衣机、冰箱、风扇、搅拌器、空调等。这些设备都配备有电动机,它们靠电动机的动力工作。

第四类的电器包括收音机、电视机、录像机、电脑等。这些电器是利用电子学原理来工作的。这类电器往往要把电能转化成好几种形式的能,满足人们对声音、影像、信息各方面的需要。

在第一三四类电器中,用电器工作仍然要发热,这种发热不仅无益,而且常常有害。我们要避免这三类电器工作时发热过多。

各种各样的电池

锰锌电池

人们用得最多的一种电池,俗称“干电池”,电压1.5伏。锰锌电池外壳是锌板压成的圆筒,中央是碳棒,碳棒周围是浸透了氯化铵溶液的碳粉和二氧化锰,四周还充满了糨糊状的氯化铵和氯化锌。为了防止电池内液体的蒸发,筒口密封。锰锌电池里的氯化铵能与锌发生化学反应,生成氯化锌和氢气,同时产生电能。锰锌电池里二氧化锰的作用是将氢气氧化成水,使氯与锌之间的化学反应能均匀持续地进行。

铅蓄电池

蓄电池也是应用很广泛的电池,在塑料槽里装满硫酸,里面有很多相隔开的铅板,外壳封闭。给它充了电后,它就可以放电了。蓄电池的好处是可以反复使用。铅蓄电池体积较大,不便携带,但汽车却离不开它。

充电电池

镍镉充电电池外观和锰锌电池一样,但是是用镍镉材料制成的。它可以反复充电使用,

电压只有1.2伏。只要电压满足用电器需要,可以在任何使用干电池的地方使用。

纽扣电池

纽扣电池的体积和重量都很小,适用于电子手表、电子计算器等用电量小、要求体积小的用电器使用。纽扣电池按不同需要,也制成大小不同的规格,最小的比纽扣还小很多。电压有两种:3伏和1.5伏。纽扣电池是一次性电池,不能充电。

锂电池

有一种白色的粗短的电池,那是一次性的锂电池,主要用于自动照相机。它的供电量较大,内阻又小,能满足大电流使用。还有一种是可充电的锂电池,用于手机和摄像机等,它的性能优越,但目前制造成本还较高。

太阳能电池

又叫硅光电池,是用硅材料制成的。它不像前面的电池把化学能转化为电能,而是利用硅材料的光电效应把光能转化为电能的。是一种有广阔发展前景的电池。

自制手摇发电机

玩具电动机是直流电动机,具有可逆性,向电动机的线圈输入直流电,它会转动起来,把电能转化为动能;如果让电动机的线圈转动起来线圈中会产生电流输出,把动能转化为电能。所以,它既是电动机,又可以作为发电机。只要想办法使玩具电动机高速转动起来,玩具电动机就成了发电机。

找两个周边有槽的轮子,一大一小,大小比例为10∶1左右,将两个轮子用支架固定在一块木板底座上,轮子之间用橡皮带传动。取一个玩具电动机,也将它固定在木底板座上,并使电动机的轴与小轮的轴对直,中间再用塑料软管连接起来。这样转动大轮,就会带动小轮快速转动,用导线把小电动机两个接线端与小灯泡连接起来,小灯泡就会亮。

可以用木板来做周边有槽的大小圆轮。

煤 的 形 成

煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方,经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的一种具有可燃性能的沉积岩。煤的化学成分主要为碳、氢、氧、氮、硫等元素。在显微镜下可以发现煤中有植物细胞组成的孢子、花粉等,在煤层中还可以发现植物化石。所有这些都可以证明煤是由植物遗体堆积而成。科学家们在地质考察研究中发现,在地球上曾经有过气候潮湿、植物茂盛的时代,如石炭纪、二叠纪(距今约3亿年)、侏罗纪(距今约1.3亿~1.8亿年)等。当时大量繁生的植物在封闭的湖泊、沼泽或海湾等地堆积下来,并迅速被泥沙覆盖,经过亿万年以后,植物变成了煤,泥沙变成了沙岩或页岩。由于有节奏的地壳运动和反复堆积,在同一地区往往具有很多煤层,每层煤都被岩石分开。

由植物变为煤的过程可以分为三个阶段:

1.菌解阶段。即泥炭化阶段。当植物堆积在水下被泥沙覆盖起来的时候,便逐渐与氧气隔绝,由嫌气细菌参与作用,促使有机质分解而生成泥炭。通过这种作用,植物遗体中氢、氧成分逐渐减少,而碳的成分逐渐增加。泥炭质地疏松、褐色、无光泽、比重小,可以看出有机质的残体,用火柴可以引燃,烟浓灰多。

2.煤化作用阶段,即褐煤阶段。当泥炭被沉积物覆盖形成顶板后,便成了完全封闭的环境,细菌作用进一步增加,过渡成为褐煤,这称为煤化作用。褐煤颜色为褐色近于黑色。颜色暗淡,基本上不见有机物残体,质地致密,用火柴可以引燃,有烟。

3.变质阶段。即烟煤及无烟煤阶段。褐煤是在低温低压下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置时,就会受到高温高压的作用。使褐煤的化学成分发生变化,主要是水分和挥发成分减少,含碳量相对增加;在物理性质上也发生改变,主要是密度、光泽和硬度增加,而成为烟煤。这种作用是煤的变质作用。烟煤颜色为黑色,有光泽,致密状,用蜡烛可以引燃,

火焰明亮,有烟。烟煤进一步变质,成为无烟煤。无烟煤颜色为黑色,质地坚硬、有光泽,用蜡烛不能引燃,燃烧无烟。

石油和天然气的形成

关于石油的成因,目前大多数人主张有机生成说。古代低等动植物(其中以繁殖量最大的浮游生物为主),同泥沙一起在低洼的浅海、海湾或湖泊中沉积下来,首先形成有机淤泥。这种有机淤泥被新的沉积物所覆盖,造成与空气隔绝的环境。随着低洼地区泥沙的不断沉降,沉积物不断加厚,有机淤泥承受的压力和温度也不断加大,在嫌气细菌、温度、压力等因素的作用下。逐渐变成分散的油滴,这些油滴在压力作用下逐渐移到多孔隙的储油岩层(沙岩和砾岩)中,并聚集在一定的地质构造(如穹隆构造)之中,这就形成了油田。

天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体,它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻,所以常位于石油的上部。

新能源

我们已知的能源大体有三类:来自地球以外天体的能源,主要是太阳能;地球本身蕴藏的,如海洋和地壳中储存的原子核能和地热;地球和其他天体相互作用产生的能,如潮汐能。

人类利用能源的历史表明,随着科学技术和社会生产的发展,旧的能源总要被新的能源逐步代替。在18世纪60年代以前,草木燃料、畜力、风力、水力是人们的主要能源。工业革命以后,煤、石油、天然气逐渐成为主要的能源。然而这些矿产能源总有消耗完的一天。随着社会生产和科学技术的进一步发展,新的能源必然要取代煤、石油和天然气。

近期目标中的新能源主要是利用地热、海洋潮汐、核燃料、太阳能。

利用地热的方法主要有地热发电和地热采暖两种。地热发电的基本原理和一般火力发电一样,是利用热能通过机械能的中间转换产生电能。

潮汐蕴藏的能量很大。潮汐发电的原理和一般水力发电的原理大同小异,是利用海水潮涨潮落的水位差来推动水轮机发电的。

核能过去常叫原子能,是原子核发生变化时释放出来的能量。获得核能有两种途径,一种是原子核的裂变,指的是一个原子分裂成两个以上的其他原子。一种是原子核的聚变,指的是两个以上原子熔合成一个较大的原子。核能就是裂变或聚变反应中释放出来的能量。原子弹是根据裂变的原理制成的,氢弹是根据聚变的原理制成的。现在,和平利用核能的前景非常广泛,核电站、原子能破冰船等都利用了核能。使用核能的最大优点是所耗燃料的量极少。一艘装有小型原子炉的船,可以环绕地球航行而不用添加燃料;和每年耗煤三四百万吨的火电站发同样多电的核电站,每年仅需铀燃料三四十吨。而在地壳中、海洋中蕴藏着极丰富的核燃料。

太阳能是一种巨大的能源。太阳能热水器、太阳能发电站、太阳能电池是直接把太阳能转换成热能、电能加以利用的设备。地球上的绿色植物每年吸收的太阳能比人类每年使用的能量要多几十倍,所以开发和利用植物储存的太阳能也是扩大能源的重要途径,如用玉米造乙醇(酒精),有机物发酵生产沼气都是对植物储存的太阳能的利用。

沼气

沼气是农村一种比较理想的能源。它是利用有机物经过发酵后而产生的一种可以燃烧的气体,主要成分是甲烷。农村中的有机原料非常丰富,如农作物的秸秆、杂草、树叶、人畜粪便都是生产沼气的好原料。修建发酵的沼气池投资少,建设快,容易管理,容易推广,是一种很有前途的新能源。

沼气是一种清洁能源,不会污染环境,沼气池中的液体和残渣都是很好的有机肥料。

利用农业生产本身产生的生物物质制取沼气,不但可以合理、经济、有效地利用生物能,提高燃料热能的利用率,解决农村生活燃料的不足,而且还有很多其他好处。例如,可以缓和燃料同饲料、肥料相争的矛盾;可以实现秸秆还田,增加土壤肥力,促进农业增产;减少对森林的砍伐,保护林木生长。这些都对保护植被,减少水土流失,使农业生态系统向良性循环方面发展,起到重要作用。

我国南方农村推广使用新型沼气,已经取得了很大成绩。不但有了大量分散的农家沼气池,而且还建设了集中管理的大型沼气池,还有了利用沼气发电的沼气发电站。

太阳的能量

太阳是一个巨大的星体,它放射出的能量也相当巨大,这些能量到达地球的只有几十亿分之一,但是,就是这部分太阳的能量已经相当可观。太阳照射地球一年所发出的能量,按现在人类一年所需要的能量计算,大约能用两万年。换句话说,太阳只要照射地球20多分钟,就足够我们一年需要的能量了。

这么多能量哪去了?这些能量大部分被地球反射到宇宙中去了,就像月球反射阳光一样。其余的被地球表面、空气、水、植物等吸收而变成了自然界的能量。

我们最熟悉的是植物的光合作用。植物进行光合作用,把太阳能储存在身体中,太阳能转化成了植物体的能量。动物吃植物,植物的能量又转化成动物体的能量。

远古时代生物体在地下长期被掩埋,慢慢变成了煤、石油和天然气。

空气被太阳照射温度上升,冷热不均就形成了风。风所拥有的能量是太阳能转化的。 海洋、地面的水被阳光加热蒸发,先变成云,再变成雨、雪,雨雪又落回到地面,流向海洋,形成水的循环。我们利用的水力资源,最终还是太阳能转化而来的。

人类使用的能量几乎都来自太阳。

太阳是地球能源的母亲,她给了地球光和热,创造了地球上的生命,创造了地球上蓬勃壮丽的景象。

生物的多样性

一、单元概述

地球上的生物是多种多样的。这样一种描述,没有人会产生怀疑。对于有着多次研究生物经历的六年级小学生来说也不例外。但是,地球上的生物到底有多少?人类怎样认识和对待庞大的生物家族成员?是什么导致了生物个体的种种差异?为什么现今人类如此关注生物的多样性??当我们将学生的视野引向生物多样性的时候,也会在学生的头脑中引发诸如此类的种种问题。

生物的多样性包括物种的多样性、基因的多样性和生态系统的多样性。物种是生物分类的最基本单位,物种的多样性描述着生物种类的丰富程度。本单元所关注的是物种的多样性即生物种类的多种多样,以及同一物种不同生物个体的多种多样。教科书共8课,包括引领学生认识生物种类的多种多样;认识同种生物不同个体之间的差异;认识生物个体不同的形态结构与他们生活的环境的关系,认识多种多样的生物存在的意义。

校园是学生再熟悉不过的地方了。教科书的第1、2课从搜索校园中的生物入手,通过记录和统计校园中植物和动物的种类,用生物分布图描述、交流校园中的生物和它们生活的环境,让学生从生物种类(物种)的角度感受校园生物的多种多样,初步建立生物多样性的认识,并且积累不同地方生活的生物不同的感性认识。

第3、4课,从校园生物多样性的认识拓展到对自然界生物多样性的认识。地球上生物种类繁杂,教科书以学生们熟悉的植物和动物为研究对象,通过分类活动,让学生进一步建立生物多样性的认识;并且领悟到分类是研究生物多样性的基本方法。

地球上的生物种类是多样的,就一种生物而言,生物的个体与个体之间也是千差万别的。教科书第5课,以我们人类自己为研究对象,引领学生建立这样一种认识。

第6、7课从现象入手,通过引领学生认识不同环境中生活的生物的特殊身体结构;生物形态结构的适应性,让学生体会到生物多样性与环境之间的关系。

第8课,通过运用资料进行分析的方法,让学生认识到生物多样性是人类生存的重要资源,也是大自然赋予生物生存的权利。认识生物多样性的目的就是为了更好地利用和保护生物的多样性。我们相信通过本单元的研究学习,学生自然会想到保护生物的多样性就要保护生物赖以生活的环境,会初步形成平等地对待生物大家族中每一个成员的意识。

二、单元教学目标

科学概念

● 生物的种类是多种多样的。

● 不同的生物生活在不同的环境中。

● 同种生物也会具有不同的个体性状。

● 生物不同的形态结构与它们的生活环境相适应。

● 生物的多样性是人类生存的重要资源。

● 保护生物的多样性就要保护它们赖以生活的环境。

过程与方法

● 观察生物之间可辨识的不同特征。

● 依据不同目的对生物进行分类,知道分类是研究生物的基本方法。

● 用制作生物分布图的方法研究某一区域的生物种类。

● 利用图、表等方式整理记录调查资料。

● 用实验的方法验证想法。

● 使用资料寻找问题的答案。

● 倾听他人的报告,用适宜的方式表达自己的观点。

情感、态度、价值观

● 从对生物多样性的认识中获得美的体验,感受地球家园因生物多样而美丽。

● 关注周围生物所生活的环境,具有环保意识。

● 认同人类是生物家族中的一员,愿意与生物家族的其他成员和谐相处。

● 体会到仔细观察常会有许多新发现,发展研究生物的兴趣。

三、分课时教学建议

第1课 校园生物大搜索

(一)背景和目标

经历了3年的科学学习,加上学生在生活中的经验,对于生物多样性,学生在朦胧中已经有了自己的认识。然而这样的认识,在学生的头脑中是模糊的、凌乱的。因此,帮助学生梳理他们的认识,建立生物多样性的概念,是六年级学生发展的需要。生物物种的多样性描述着生物种类的丰富程度,对于小学生来说,从这个角度理解生物多样性比较直观、具体。但是地球之大、生物物种之多,认识活动从哪里开始呢?校园是学生最熟悉的环境,校园生物又是地球生物多样性的一个缩影,从认识校园生物的多样性入手,无疑是一个好的选择。

这一课以校园生物为研究对象,组织了认识常见的校园动植物以及调查校园中的动植物两个活动,目的是通过对校园生物种类的调查,感受校园生物的多种多样,帮助学生初步构建生物多样性的认识。调查活动强调分区域进行,及时记录,并说明这样的方法也是生物学家调查、研究地球生物的方法。六年级的学生已经能清楚地区分植物和动物,让学生将校园生物分为植物和动物两类进行记录,旨在发展学生运用分类的方法研究繁杂事物或现象的意识。

科学概念

● 我们周围生活的生物是多种多样的。

过程与方法

● 分区域调查,认识多种多样的生物。

● 选用适合的工具对生物进行调查和记录。

情感、态度、价值观

● 感受校园生物的美丽。

● 体会到用心观察会有许多新的发现,发展科学学习的乐趣。

(二)教学准备

为整个班级准备:校园常见生物的照片。

为每组学生准备:放大镜、小铲子等考察工具,记录单。

(三)教科书说明

教科书共两页,包括两个主要活动。

教科书第一段文字,以问题的形式,提出了本节课的研究任务,即认识校园中的生物;调查校园中有多少种植物,多少种动物。

“认识常见植物和动物”是第一个活动。

图中展示了校园中经常可以看到的动物和植物照片,它们包括:鼠妇(潮虫)、瓢虫、

苍蝇、麻雀、燕子、蚯蚓、蜈蚣、蝗虫、蚂蚁、蜻蜓、蚜虫等动物以及松树、柳树、苔藓、杜鹃、狗尾草、杨树和凤仙花等植物。提供这些图片意在引领学生认识校园中常见的植物和动物,引发他们对校园生物的关注,并不是要求学生掌握这些生物种类。教师要根据本地校园生物的实际,确定要求学生认识的生物。

“调查校园中的动植物”是第二个活动。

教科书以文字、学生讨论的对话框、记录单等表达形式对调查活动提出了要求:1.像科学家那样,将校园分为几个区域分别进行调查;2.要对校园生物展开全面调查,包括土壤中的和曾经过往的动物;3.用绘画、拍照等适宜的方法记录不知名的动植物;4.将调查的校园生物分为动物和植物两类分别记录,既要记录生物的名称,又要记录它们生长和经常活动的地点。教学时,教师应根据学生调查活动中存在的问题,完善活动要求,以确保学生能在调查活动中获得有效的信息。使学生意识到不同的地方生活着不同的生物,初步建立校园生物多样性的认识。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动引入

1.我们都知道地球上有许多生物,但是地球上的生物到底有多少种呢?

2.我们在三年级时,曾经观察过校园中的一些动物和植物,你们还认识这些动物和植物吗?我们是在校园的什么地方看到这些动物和植物的?

3.你们还知道校园中有哪些动物和植物?

4.我们的校园中到底有多少种动物和植物呢?

活动指导

1.认识校园中的常见植物和动物可以用教师准备好的生物图片,也可以让学生自己说出他们经常在校园中看到的动物和植物。生物种类的选择最好是三年级曾经组织学生观察过的那些动植物,以及平时在校园中可以经常看到的动物和植物。要求学生说出这些生物的名称,或描述不知名的生物区别于其他生物的主要特征,以及它们生活的地方。指导学生将这些生物和它们生活的地点记录在校园生物记录表中。认识的写出名称,不认识的可以画出来,或用文字描述。为“校园生物大搜索”的调查记录活动作好准备。

2.组织校园生物调查前,要让学生制订调查计划。为了能在有限的时间内对校园生物进行较全面的调查,以使发现的校园生物种类最大化,教师要在课前对校园环境进行考察,课上指导学生将校园划分为几个区域,每个小组确定一个区域作为调查的重点。

3.分区域观察研究是科学研究常用的方法,调查校园生物种类及分布的同时,我们也在学习着一种进行调查研究的方法。在这里要让学生意识到这一点。

4.调查时不仅要记录地面看得见的动物和植物,还要搜索地下的动物,要根据所发现的动物踪迹推测哪些动物也在这里生活过。将这些发现都及时记录下来。

5.在调查时可能会出现具有不同特征的同一种生物,比如不同花色的蝴蝶;开黄、白、红不同颜色花的郁金香等,记录时可以都记录成蝴蝶或郁金香,也可分别记录某某样的蝴蝶;某某颜色的郁金香。为后面形成生物种类多种多样,同种生物也具有千差万别的不同个体这样一个生物多样性的认识积累感性经验。

第2课 校园生物分布图

(一)背景和目标

学生在第1课对校园生物的调查,因为是分组、分区域进行的,每位学生、每个组所获得的信息都是有限的。要形成对校园生物种类和分布的整体认识,需要各组在全班范围内汇

报交流,将各组的调查记录表汇总成一张全班的调查表。这就是教科书的第一个活动——“交流汇集我们的调查结果”。事实上,生物学家对全球生物的认识,也是经历着类似的过程。地球之大,没有哪个人能涉足世界的各个地方调查生物的种类,我们现今所获得的生物种类的信息,也是综合了世界各地生物学家调查研究的结果而获得的。因此这样一个活动,不仅能让学生了解到校园生物的种类,认识校园生物的多样性,同时也能让学生经历和体验一种科学研究的方法。

通过调查和交流,获得了关于校园动植物较全面的信息后,接下来我们要引领学生像科学家那样将自己的研究转变为科研成果发表出去。在过程与方法的过程中,这是整理信息、表达交流的过程。经过几年的科学课学习,学生已经有了多种处理信息与表达交流的方法。但是面对纷繁复杂的多种生物,以及它们所生活的多样的环境,怎样才能直观地将校园生物状况展现出来呢?“制作校园生物分布图”无疑是一个很好的方法。

在科学研究的过程中,展示与交流的方法多种多样,培养学生根据不同的研究内容选择适宜的方法处理信息、展示成果也是提高学生过程与方法能力,提升科学素养的一部分。

利用分布图交流和展示研究成果对我们的学生来说还是第一次,为了让学生进一步感受到分布图在科学研究中的价值,同时让学生了解我国的珍贵生物资源,教科书的最后安排了“中国稀有植物、动物分布图”。

科学概念

● 不同的环境中生活着不同的生物。

过程与方法

● 利用分布图整理信息,展示研究成果。

情感、态度、价值观

● 具有合作意识和成果共享的意识。

(二)教学准备

为全班学生准备:两张大白纸、记号笔。

为每个学生准备:一张A4纸。

(三)教科书说明

教科书共3页,包括三个主要活动。

“交流汇集我们的调查结果”是第一个活动。其中包括小组内整理调查结果和全班汇总调查结果。

第一幅图显示了小组活动,教科书以学生对话交流的方式提示:小组整理时可以按树木、花草或其他标准将植物和动物分类,最后统计出共发现了多少种动物、多少种植物。统计时不能漏掉那些不知名的动植物。全班汇总的目的是统计校园中共有多少种植物和多少种动物,明确它们各自生活在什么地方。意在通过数据让学生体会到生物的多样性,了解不同的环境中生活着不同的生物。对话框提示学生,我们统计出的生物种类并不是校园生物的全部,有些生物可能在这个时候不出现,让学生进一步体会到生物种类繁多。

“制作校园生物分布图”是这节课的主体活动。

学生讨论示意图中的对话框,提示在制作生物分布图时会遇到的许多问题,如生物种类太多,图中写不下;生物分布是立体的,即地下、地上、空中都可能有,但分布图是平面的,如何表示??这里要鼓励学生自己想办法解决。“用编号的方法”“将画的生物图剪贴在分布图旁,用箭头指出它的位置”提示学生可以用不同的方法绘制分布图。

教科书给出的“学校校园生物分布图”是校园平面图的示意图。教学时教师应提供本校的校园平面图给学生,也可以由学生自己绘制。

观察校园生物分布图,学生会有一些新的发现,也会产生出一些问题,可以让学生进行交流。教科书中的问题不要求学生作出回答。

第三个活动是“了解我国珍稀生物的分布”。

教科书给出中国地图和几种珍稀生物。学生可以用箭头标注这些生物主要生活的省份。其中扬子鳄主要分布在安徽、江苏、浙江、江西等地;珙桐主要分布在贵州、四川、云南等地;白鳍豚主要分布在长江中下游、洞庭湖、钱塘江中;大熊猫主要分布在四川、陕西、甘肃的少数地方;藏羚羊主要分布在青藏高原(西藏、青海、新疆等地)。鼓励学生查阅资料了解更多的我国珍稀生物,并在地图上标注它们主要生活的地方,这样学生就可以获得一份我国部分珍稀生物分布图。

这个活动一方面继续培养学生学会使用生物分布图,另一方面通过认识我国的珍稀生物了解我国的生物资源,使学生初步感受到生物的多样性面临着危机。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动引入

1.上节课我们对校园生物进行了大搜索。现在,我们先在小组内交流汇总一下,你们小组共发现了多少种植物、多少种动物,它们分别生活在什么地方?

2.我们将各组的发现汇总到这两张大表上,统计校园中共有多少种植物、多少种动物,它们分别生活在什么地方?

3.校园中生物的种类很多,分布也比较广泛。我们用什么办法展示调查结果,才能让别人很容易地了解我们校园生物的分布情况呢?

4.我们还可以用生物分布图描述我国珍稀生物的分布情况。

活动指导

1.汇报交流调查结果的时候,要引导学生分类记录,避免重复记录或遗漏。

2.动手制作校园生物分布图前,要组织学生充分讨论,在制作过程中有可能遇到什么困难,可以用什么办法解决,例如生物分布是立体的,而生物分布图是平面的,如何区分地下、地上、空中分布的生物(可用不同的颜色表示),生物种类较多,分布图面积有限,如何最大限度地将校园生物种类记录上去(给它们编号,将号码记录上去),等等。

3.可以先提供给学生校园平面图,让他们填充,最后形成校园生物分布图;也可以完全放手让学生独立完成;还可以让每个小组画出所调查区域的生物分布情况,最后各组将自己的区域分布图按照校园平面图,组合到一张大纸上形成校园生物分布图。

4.“中国稀有植物、动物分布图”这一内容,可作为本课的拓展性内容。可以安排学生在课后对我国的珍稀动植物及它们的分布情况进行调查,将它们的分布情况记录在中国地图上,制作成我国部分珍稀生物分布图。

第3课 多种多样的植物

(一)背景和目标

通过前两课的学习,学生了解了它们所熟悉的校园中生活着的植物种类。过去他们也知道校园中有许多植物,但是,调查后的发现依然会让他们感到吃惊,校园中植物的种类,大大超过了他们所知道的范围。那我们的家乡、国家、整个地球上会有多少种植物呢?这样的问题必然会引发学生了解植物种类的极大兴趣。如果我们能将学生由调查校园植物引向调查家乡、全国乃至全球的植物种类,学生会更好地认识到植物的多种多样,从而建立生物多样性的概念。然而生物种类的庞杂、生活环境的多样,使得我们无法组织学生进行有效的调查。那么如何将学生对多种多样植物的认识由校园扩展到校外,真正建立地球生物多样性的认识呢?

三年级时学生们已经研究过周围的植物,再加上多年来通过各种方式积累的对于植物的

认识,他们的头脑中已经有了许许多多有关植物的知识。如果让学生说一说,每个学生能说出的植物名称都将数不胜数。但是这些植物到底如何表现为多种多样,学生们并不清楚。本课教科书以学生已知的植物为研究基础,让学生通过分类活动感受植物的多种多样,从而进一步构建生物多样性的认识。

根据不同的标准可以将植物分成不同的类别。如根据生活环境可以将植物分为水生和陆生;根据茎的特点可以分为草本植物和木本植物;根据人类食用的需要又可以分为蔬菜、水果、粮食、药材等;不同的标准不同的类别,可以帮助学生积累植物多种多样的感性认识。

分类是研究植物的基本方法。科学家根据植物的特征及它们之间的亲缘关系对植物进行了系统的分类,但学生们目前尚不具备学习理解这样分类的基础。花是学生们比较熟悉的,教科书介绍了开花植物和不开花植物这样一种植物分类方法,既便于学生理解根据植物特征对植物进行分类的方法,又进一步丰富了学生对多种多样植物的认识。

科学概念

● 植物可以分为开花植物和不开花植物。

● 不开花植物包括蕨类、苔藓和藻类植物等。

过程与方法

● 知道分类是研究生物的基本方法。

● 用自己确定的标准给植物分类。

情感、态度、价值观

● 认识到植物是多种多样的。

● 能够欣赏并感受大自然因植物的多样而美丽。

(二)教学准备

为每组学生准备:不同种类的植物图片。

(三)教科书说明

教科书共两页,包括两个主要活动。

“除了校园里有的植物种类,我们还知道哪些常见植物?”目的是激活学生头脑中关于植物种类的认识。

“让我们自己确定标准给下面的植物分一分类”是本课的主体活动。

面对众多的植物种类,需要采用分类的方法辨别和研究。意在让学生知道,根据不同的标准可以将植物分为不同的类别;培养学生自己确定标准为事物分类的能力。教科书中选择的11种植物,根据它们的生活环境不同,可以分为水生植物和陆生植物:荷花为水生植物,其他植物为陆生植物;根据是否落叶,分为常绿植物和落叶植物:雪松、圆柏为常绿植物,其他为落叶植物;根据茎的不同可以分为草本植物和木本植物:荷花玉兰、大叶黄杨、雪松、圆柏等为木本植物,牛筋草、苦苣菜等为草本植物,等等。

教科书中提供的植物图片只是一种资料,教师应根据当地植物资源及学生了解植物的实际情况,选择可以按多个标准进行分类的几组植物图片供学生研究。

在学生分类交流的基础上,教科书介绍了科学家根据植物是否开花将植物分为开花植物和不开花植物。对于开花植物,学生已经接触了很多,它们的身体包括根、茎、叶、花、果实和种子六个部分;松柏等裸子植物的花不明显。

“观察不开花的植物”是本课的第二个主要活动。

教科书以资料的形式介绍了不开花植物包括蕨类、苔藓、藻类。蕨菜是蕨类植物;青苔、葫芦藓是苔藓植物;海带、裙带菜等是藻类植物。教科书中所提供的图片的第2、3、4幅图分别是苔藓、藻类、蕨类(在目前的植物分类学中,菌类已不归为植物)。这一部分内容只需学生知道不开花植物也可以分成不同的类别,能够区分他们常见的一些植物就可以了,不需研究各类植物的不同结构特点。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动引入

1.我们已经知道校园中的植物是多种多样的,那么,在校园外还有哪些植物呢?给你们两分钟的时间,每个人写出自己知道的校园植物以外的植物的名称,看谁写得多?

2.怎样做才有利于我们认识更多的植物?

3.根据不同的标准进行分类,分类的结果会不同。确定不同的标准给这些植物分类,看看会出现哪些情况?

分类是科学家研究植物的基本方法,他们主要是根据植物的特征和它们之间的亲缘关系对植物分类。其中根据植物是否有花,可以分为开花植物和不开花植物。

大家认识这些不开花植物吗?你们还知道哪些植物是不开花植物?

活动指导

1.让学生写出校园植物以外的植物的名称,活动的成果不要只是植物名称的简单堆砌。要让学生体会到采用分类的方式,可以想到并写出更多的植物名称。比如先写青菜类的植物,再写水果类、干果类及可药用的植物,等等。因此,这个活动最好限制在同一个时间内,比如两分钟,并且要看看谁写得多。汇报时要引领学生关注采用了分类方法的那些学生的记录单。

2.对更多的植物进行分类时,教师最好给每组提供一些有结构的植物图片。所谓有结构就是说这些植物图片可以启发学生用多种方法对它们进行分类。汇报分类结果时,要关注各组采用的分类方法,明确各种分类的标准是什么。

3.在介绍开花植物和不开花植物的分类方法时,目标指向能够说出一些开花植物和不开花植物的名称。不要去研究界定哪类植物开花、哪类植物不开花。蕨类、苔藓等植物是不开花植物,以资料的形式告诉学生即可。如果提到松树等裸子植物,教师可直接告诉学生它们也是开花植物,是开花植物中的隐花植物,无须在课堂上组织观察这些植物花的活动。

4.对于不开花植物的研究,可以通过图片,让学生识别哪些植物开花、哪些植物不开花。教师介绍一些学生常见的不开花植物,丰富学生对于多种多样植物的认识。

第4课 种类繁多的动物

(一)背景和目标

与选择“多种多样的植物”为教学内容有着相同的原因,这一节课以学生经验中已有的动物种类为研究基础,让学生在给动物的分类中,感受动物的多种多样,进一步建立生物多样性的概念。

科学家将动物分为脊椎动物和无脊椎动物,其中骨骼中有没有脊柱是分类的依据。根据六年级学生的经验和思维特点,他们理解鸟、狗、鲤鱼等动物是脊椎动物是完全可以做到的。

根据动物的身体特征,科学家又将脊椎动物分为鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物;将无脊椎动物分为环节动物、节肢动物等。蚯蚓是环节动物,蜻蜓、蚂蚁等昆虫是节肢动物。在这样一些类别中,鸟类、鱼类、哺乳动物、昆虫身体特征比较明显,这些类别中的动物也是学生比较熟悉的。所以教科书安排了根据所提供的动物标准给这几类动物增加新成员的活动,继续培养学生根据生物的身体特征给生物分类的能力,进一步体会分类是研究生物的基本方法,建立动物是多种多样的认识。

科学概念

● 动物分为脊椎动物和无脊椎动物。

● 鸟类、鱼类、昆虫、哺乳动物都具有各自的身体特征。

过程与方法

● 利用给出的标准将常见的动物进行分类。

情感、态度、价值观

● 能够欣赏并感受大自然因动物的多样而美丽。

(二)教学准备

为全班同学准备:鱼、鸟、兔的骨骼标本(或图片)。

为每组学生准备:一组可以用多种方法进行分类的动物图片,不同的鸟类、鱼类、哺乳动物、昆虫等动物的图片。

(三)教科书说明

教科书共两页,包括三个主要活动。

“给常见的动物分类”之前,先让学生说出一些他们知道的其他动物。一方面激活学生关于多种多样动物的已有认识,另一方面给下面的动物分类活动提供研究材料。

“给常见的动物分类”是第一个活动。

与前一课给“植物分类”一样,“给常见的动物分类”继续让学生领悟分类是研究生物的基本方法,让学生能够根据自己确定的标准给动物分类,在分类活动中感受动物世界的多种多样。教科书提供了9种动物图片(它们分别是:蜗牛、鸽子、带鱼、蝴蝶、牛、虎、蝗虫、草鱼和鸭子),根据它们运动方式的不同,可以分为水中游的(带鱼和草鱼)、空中飞的(鸽子、蝗虫、蝴蝶)、地上走(或爬)的(牛、虎、蜗牛);根据它们生存的方式可以分为野生的(虎、蝗虫、蝴蝶、蜗牛、鲤鱼、带鱼)和家养的(鸽子、牛);根据它们的身体特征可以分为鸟类(鸽子、鸭子)、鱼类(带鱼、金鱼)、哺乳动物(牛、虎)、昆虫(蝗虫、蝴蝶)和软体动物(蜗牛);根据它们的食性可以分为植食动物、肉食动物和杂食动物,等等。教科书中的生物图片只作为参考,

教学时应根据当地动物资源和学生了解动物的实际组织几组动物图片,使得学生能够用更多的标准给它们分类,进一步感受生物的多种多样。

“比较动物的骨骼”是本课的第二个活动。

鸟、狗、鲤鱼身体中都有一个脊柱,在我们人类的背部也可以摸到这样的骨骼结构。根据身体内是否有脊柱,科学家将动物分为脊椎动物和无脊椎动物两大类。

“给各类动物增添成员”,教科书提供的几类动物是科学家分出的几种动物类别。教科书以资料的形式给出了这几类动物的主要特征,意在引领学生根据

这样一些标准给自己熟悉的动物进行归类。一方面继续培养学生的分类能力,构建动物是多种多样的认识,同时为初中生物分类学的学习奠定基础。

教科书最后提供给学生一些关于动物的数据资料,让学生进一步认同动物的多种多样。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动引入

1.除了校园中的动物,我们还知道哪些动物?

2.依据不同的标准可以将动物分为不同的类别。观察这些动物,可以用哪些方法对它们进行分类呢?

3.观察这些动物的骨骼,它们有什么共同特点?

科学家根据动物身体中是否有脊柱,将动物分为两大类:脊椎动物和无脊椎动物。摸摸我们自己的骨骼,我们人类是脊椎动物吗?

4.分类也是研究动物的基本方法,为了便于识别和研究动物,科学家根据动物身体的形态结构和生命活动特征,又将每一类动物进行了一级一级的分类。脊椎动物分为鱼类、鸟类和哺乳动物等;无脊椎动物分为环节动物、节肢动物等;节肢动物又分为昆虫类等。根据教

科书中所提供的分类标准,我们可以将这些动物(教师提供动物图片)分别归为哪一类呢?

我们还知道哪些动物分属于这些不同的动物类别?

活动指导

1.对多种多样动物的分类,要鼓励学生用不同的方法。比如野生、家养;空中飞、水中游、地上走或爬;草食动物、植食动物和杂食动物,等等。学生汇报时要说明不同方法的分类标准。

2.比较动物骨骼时,侧重于对脊椎动物骨骼的观察,最好给学生准备实物标本,重点指导学生观察背部的脊柱。

3.学生开展给各类动物增添新成员活动前,教师要介绍各类动物的特征,帮助学生确定每类动物的分类标准。分类活动以教科书中提供的鸟类、鱼类、哺乳动物和昆虫为主。教师最好能事先准备这些动物的图片资料。

第5课 相貌各异的我们

(一)背景和目标

在学生的经历中,他们可能曾经有过这样的认识,不同的动植物长相不同,同一种生物也有许多的差异。但是这样的认识可能是模糊的,是若隐若现的,很少有人仔细琢磨或去求证过。经过前四课的研究活动,不同的生物有各种不相同的特征,在学生的头脑中已逐渐清晰起来。与此同时对于同一种生物,不同个体之间的差异,也就成为学生所关注的问题,他们会很自然地将这些差异与生物的多样性联系起来。前四课中我们锁定的是生物种类的多种多样,这一节课以生物家族中我们最熟悉的人为研究对象,通过探究人与人之间的不同,建立同一种生物不同的个体也是多种多样的认识,从而丰富对于生物多样性的认识。

研究活动最好从学生头脑中的问题开始:为什么我们很容易从众多的人中找出某一个人来?这是一个很有趣的问题。每个人都有着相同的身体结构,也有着同样的身体器官,为什么我们会很容易地将两个人区分开来呢?“观察我们的不同”以周围的同学为观察对象,选择几个自己感兴趣的相貌特征,认真地观察一下,看看他们到底有什么不同?“做一次班级相貌普查”将观察的范围扩大到整个班级,将观察的对象聚焦到几种相貌特征,我们又会有什么发现呢?如果我们将眼皮描述为相貌特征,那么我们就将单眼皮、双眼皮描述为眼皮这个相貌特征表现出的不同性状。人与人某一个相貌特征不同,就是说这个相貌特征表现的性状不同。通过班级调查活动,学生会发现某一个相貌特征表现出的不同性状是有限的,比如眼皮一般来说表现为单眼皮和双眼皮两种性状,有了这样的发现,学生们开始质疑——“我们的相貌是唯一的吗?”将各种相貌特征的不同性状组合起来他们就会有新的发现了。经历了这样的探究活动,学生们会发现找不到两个完全相同的人的原因。由此也可以推想到找不到两个完全相同的生物的原因。

科学概念

● 同一种生物不同个体之间也存在着差异。

● 生物有不同的性状特征,这些特征的不同组合造就了多样的生命个体。

过程与方法

● 提高观察能力和辨析不同现象特征的能力。

情感、态度、价值观

● 发展协同工作的意识和能力。

(二)教学准备

为全班准备:几个相貌特征组合成的性状图、班级相貌特征统计表、四张相同的头部相貌轮廓图。

为每组准备:班级相貌特征统计表。

为每个学生准备:白纸、记号笔。

(三)教科书说明

教科书共两页,包括三个主要活动。

“如果让我们在班级中找出某一位同学,我们会毫不费力地做到这件事,我们想过这是为什么吗?”我们经常做着这样的事情,但是很少有人仔细想这是为什么?教科书将这个司空见惯的现象,转换成问题,明确了这节课探究的任务。

“观察我们的不同”是探究过程的第一个活动。

为什么我们容易区别?当然是因为有所不同。进行观察寻找我们的不同。这个观察活动是在小组内进行的,人的相貌特征太多,为了让学生观察得仔细而全面,教科书提示每个学生选择1~2种相貌特征表现出的不同性状画下来。教科书中的图显示的是一个小组内的学生发现的不同相貌特征所表现出的性状。

通过观察比较我们会发现就某一个相貌特征而言,人与人可能相同也可能不同。比如某两个人都是双眼皮,而另一个人是单眼皮。

“做一次班级相貌普查”是本课的第二个主要活动。

小组内观察所获得的信息,不能回答我们的问题。将调查的范围扩大些,将调查的对象集中些,是否会获得更加有效的信息呢?在全班范围内观察眼皮、耳垂等相貌特征我们又有什么发现?教科书提供的发际、耳垂等相貌特征的不同性状,供学生观察时参考。与以往的调查活动一样,需要将我们的调查结果汇总起来,单独看每个相貌特征所表现出的不同性状,我们依然找不到问题的答案。

将不同的相貌特征所表现出的性状组合起来,会出现什么情况呢?这就引出了本课的第三个活动——性状组合。

按每个相貌特征表现出两种性状,将两个相貌特征的性状两两组合,可以产生四种不同的相貌。教科书给出的文件夹,意在指导学生在其他特征不变的前提下,画出四种组合的情况进行观察。

如果将三种相貌特征组合,会产生8种不同的相貌,四种组合,会产生16种不同的相貌??将人体的相貌特征都进行不同的组合,将获得怎样的数字呢?更何况每个相貌特征不一定只表现出两个性状。

由此可以推理,我们在班级里找不到两个相貌完全相同的人。世界上也很难找到两个相貌完全相同的人。

人是这样,推理到其他生物也是这样。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动一:观察我们的不同

活动引入

1.大家对我们班里的每个同学都很熟悉。如果我说出一位同学的名字,你们能在全班同学中很快将他找出来吗?如果将他放在全校几百位同学中,你们能很快将他找出来吗?

你们想过这是为什么吗?

2.人与人之间有许多相同,但也有许多的不同。到底有哪些不同呢?

我们先在小组内,重点就相貌特征进行观察,看看我们能发现哪些不同?

头部的相貌特征比较多,比如脸形、眼形、眼皮、眉毛等,选择1~2种自己感兴趣的相貌特征,对小组内的每个成员进行观察,并将每个人的样子画下来。

活动指导

1.在对观察现象进行描述和交流的过程中,学生可能会频繁地使用器官、相貌、相貌特

征等词汇,要指导学生使用相对统一的词汇分别描述他们所观察的部位和这些部位的不同。比如,我们可以将眼皮、眉毛、嘴唇等描述为相貌特征,而将单眼皮、双眼皮等描述为眼皮这个相貌特征的不同性状。这样说人与人某一个相貌特征不同,就是说这个相貌特征表现的性状不同。这会使学生的描述更清晰,也更容易从中发现规律。

2.学生记录观察到的现象,可以运用文字记录,也可以画出来。需要强调的是,既要关注到人与人某个相貌特征所表现出的不同性状,也要关注他们的相同性状。比如甲同学和乙同学都是双眼皮,而丙同学和丁同学都是单眼皮。

3.对于学生绘画的评价,要侧重在写实性,而不是艺术性。

4.通过观察比较,本活动需要学生初步获得这样的结论:人与人的同一相貌特征所表现出的性状可能相同也可能不同。

活动二:做一次班级相貌普查

活动引入

1.通过刚才的观察活动,我们发现有些相貌特征我们小组成员是相同的,比如我们四个都是双眼皮;有些特征虽然不同但是区别也不大;有些是完全不同的。我们将调查范围扩大一些,看能不能有新的发现。

2.这一次我们在全班同学的范围内进行调查,为了便于统计,我们重点观察这样几个相貌特征(选择5~6个较为典型的相貌特征)。

活动指导

进行全班相貌普查时要有行之有效的组织方略。比如可以分解调查任务,将对几个相貌特征的调查分配给不同的组;而调查同一相貌特征的几个组,又可以分别调查不同的人群,如一组调查1~20号同学;二组调查21~40号同学,最后汇总起来。

这个调查活动可以课前组织,课上交流、汇总。

活动三:我们的相貌特征是唯一的吗

活动引入

1.通过全班相貌普查,我们发现尽管有些特征人与人之间有明显的差别,但有些特征差别并不大。有些特征两个人或更多的人都一样。那么是什么导致了人与人的不同呢?

2.将不同的相貌特征组合起来,会出现什么情况呢?

活动指导

1.其实许多的相貌特征表现出的性状可能不止两种,比如肤色有白色、黄色、棕色、黑色。进行相貌特征组合时可以选择上一个活动中观察的6个方面的相貌特征,或其他两种表现出的性状有比较明显区别的相貌特征。

2.组合活动可以创造性地进行。可以让学生画,也可以用课前准备好的图片让学生粘贴。需要注意的是,在改变某几个性状的时候,要保证其他相貌特征不变。

3.将两种或三种相貌特征组合起来,学生还顾得过来,但将更多的相貌特征组合起来无论是画还是计算,学生就会感到有些复杂和难以应对了。这时,教师可以组织学生画性状图(如图)(缺图片),它可以直观地显示将不同相貌特征表现出的性状组合后,可能出现的不同长相的种类。

使用性状图时,要沿同心圆,从里到外找到你所具有的相貌特征。到最外圈的圆时,会得到一个数字。全班同学都找一找自己对应的数字,并比较得到的数字,会发现得到相同数字的人并不多。这时可以引领学生推理:

如果性状图中放入更多的人体性状特征,我们获得的数字会是怎样的呢?

许多相貌特征表现出的性状可能是三种或更多,如果将所有的性状都组合进去,我们获得的性状图会是什么样子呢?同学们还能获得相同的数字吗?

第6课 原来是相互关联的

(一)背景和目标

认同了生物的种类是多种多样的,同一种生物不同个体也是千差万别的。这时,学生们的头脑中自然会生成这样的问题:是什么造就了他们的不同?简单地说可以归结为是多样的环境使得生物多种多样,然而要搞清楚其原由,其实是一件抽象而复杂的事情。怎么办呢?我们需要做的事情是从现象入手,让学生从直观的现象中逐渐领悟。对于生物的多样性,学生们关注更多的是生物的外部形态的多种多样。而在生物诸多的外部形态特征中,那些特殊的身体特征往往更容易吸引学生的视线。骆驼的驼峰、鸟类的翅膀、鱼的鳍、仙人掌的叶,等等,以这些具有特殊结构的生物为研究对象,更容易发现生物的形态结构与环境之间的关系。

经过过去几年的科学学习,学生知道了植物根、茎、叶等器官的作用。以此为基础,组织学生观察研究生活在不同环境中植物根、叶的形态结构特点,他们会很容易发现这些形态结构是与他们生活的环境相适应的。

植物是这样的,动物呢?金鱼、鸽子是学生们熟悉也是他们非常感兴趣的动物,一种生活在水中,一种在空中飞行。它们的形态结构特征是不是也与它们生活的环境和生活习性相适应的呢?科学讲究实证,六年级的学生已经具备了一定的过程与方法能力,他们能够利用已有的经验对金鱼和鸽子的一些特殊结构的功能进行推测,他们能够想办法通过模拟实验来验证自己的推测。对于不同环境中动物的研究,希望学生能在这样一些活动后,更好地体会到动物的形态结构也是长期适应环境的结果。从而建立起生物的形态结构是与它们生活的环境相适应的认识。

有了这样的认识,我们就可以让学生根据动植物的形态特征推测它们所生活的环境,进一步体会生物形态结构是与环境相适应的。也就是说不同的环境造就了不同形态结构的生物。

科学概念

● 动植物具有与环境相适应的一些特殊身体结构。

● 生物的形态结构是与它们所生活的环境相适应的。

过程与方法

● 根据动植物的特殊身体结构推断它们可能生活的环境。

● 利用已有经验及观察到的现象作出推测。

情感、态度、价值观

● 具有用实验的方法验证自己推论的意识。

(二)教学准备

具有特殊形态结构的动植物图片(或多媒体课件),不同形状的纸鱼、水盆、水。

(三)教科书说明

教科书共3页,包括三个主要活动。

第一段文字指出了本节课研究的对象,是动植物特殊的形态结构。研究的任务,是寻找造成这些特殊结构的原因。

“不同环境中的植物”是第一个活动。

不同环境中的植物包括观察生活在水中和陆地上的植物的根以及生活在陆地不同环境中植物的叶的不同。教科书给出了6种植物。浮萍是水生植物中的浮水植物,根系退化,只有一根较细的根;小草和玉米都生活在陆地上,根既要将植物固定在土壤中,又要负责从土壤中吸收水分供植物体生活。因此它们都有庞大的根系(小草是直根、玉米是须根)。

植物的叶具有进行光合作用和蒸腾作用的功能。仙人掌生活在缺水的沙漠,为了减少水分的蒸发,叶子退化成刺状,茎绿色、肥厚多汁,承担起光合作用和储存水分的功能;松树生活的区域较为广泛,针形叶可以减少水分的蒸发,有利于保持身体温度;香蕉生活在水分充足的热带地区,叶子宽大,更有利于蒸发体内水分,调节植物体的温度。植物所具有的不同的形态结构是它们长期适应生活环境的结果。

“不同环境中的动物”是第二个活动。

不同环境中的动物也表现出与环境相适应的身体特征。金鱼和鸽子是学生熟悉的水中和空中生活的动物,组织学生对它们进行观察比较会发现它们的许多特征。将这些特征与它们生活的环境联系起来,结合学生已有的经验,可以对一些特征的功能作出推测。教科书中的表格就是让学生将他们的观察思考及时记录下来:金鱼生活在水中,身体呈纺锤形,游泳时可以减少水对它的阻力;身体上的鱼鳍、鱼鳞、鳃,都是与水中生活相适应的;鸽子身体呈纺锤形,飞行时可以减少空气阻力;身体上长有翅膀,羽毛、骨骼中空都是与空中飞行生活相适应的。

验证推测有多种方法,教科书以学生对话的形式,提示可以查阅资料、可以设计对比实验、可以做模拟实验。需要注意的是,要根据研究内容选择适宜的方法。验证鱼的体形有利于它在水中前进,可以选用模拟实验的方法。教科书给出的实验就是对这个问题的研究。

“它们与什么环境相关联”,这是一个拓展性的活动。生物的形态结构与它们所生活的环境和生活习性相关联。猫的脚有肉垫,在地上跑时发出的声音较小,不易被捕食对象发现;带钩的鸟爪,容易抓住树干,适宜生活在森林中,并有利于捕捉小动物;鸭的脚有蹼,可以用来划水,适宜生活在水中;苍耳种子上有刺,在陆地上生活容易被动物携带传播;莲子有较硬的外壳,可在水中漂流;蒲公英种子上有毛,容易随风飘移。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动一:不同环境中的植物

活动引入

1.今天老师给你们带来了几种植物(仙人掌、香蕉树、松树等)的图片,大家认识它们吗?

观察它们的叶子有什么不同?谁知道这是为什么?

2.我们还知道哪些植物的什么特征是与生活环境相关联的?

观察生活在水中的植物的根(浮萍)和生活在陆地上的植物的根(草、玉米),比较它们有什么不同。

活动指导

1.教学前教师最好多收集一些植物照片,这些植物应具有较明显的与生活环境相适应的身体特征。

2.组织学生观察和认识的植物不要局限在教科书中的几种,比如对于水生植物和陆生植物根的比较,应再引入一些典型的水生植物和陆生植物。对于“植物的身体特征与它们的生活环境相关联”的认识,应是学生在观察或交流已有认识的基础上,自己构建出来的,而不是简单地用两种植物,印证一下结论,强加给学生的。

活动二:不同环境中的动物

活动引入

1.不同环境中生活的植物有着明显不同的身体特征,不同环境中生活的动物又是怎样的呢?

2.金鱼和鸽子是我们非常熟悉的两种小动物,一种生活在水中,一种在空中飞行,它们有哪些相同和不同的身体特征?

它们具有的特殊的身体特征对它们的生活有什么意义呢?

我们怎样才能知道我们的推测是否正确呢?

活动指导

1.课堂上最好能引入实物或实物标本进行观察。

2.对于动物身体特征作用的推测,要充分利用学生已有的知识储备。要引领学生着眼于身体特征与环境的关系的推测与描述。比如鱼鳍可以用于在水中游泳,鱼的侧线可以感知水流,鳃用于在水中呼吸,等等。

3.对于推测的验证活动,课堂上可以选择鱼鳍或鱼的体形与在水中运动的关系进行研究。

研究鱼鳍的作用,如果将鱼鳍剪掉有些残酷,最好想办法将鱼鳍固定住。

研究鱼的体形的作用,可以用纸折叠,也可以用橡皮泥捏成不同的形状:鱼形、长方体、球形等。需要注意的是每次实验选择的形状不宜太多。

活动三:它们与什么相关联

活动引入

1.植物和动物所具有的形态结构特征都是它们长期适应所生活的环境的结果。也就是说,环境造就了动植物不同的形态结构特征。观察这些动植物器官,它们各有什么特点。

2.推测具有这些特点的器官可能会有什么作用。

它们适宜生活在什么样的环境中呢?

活动指导

观察对象不要局限在教科书中的几种生物器官,可以通过多媒体或图片展示更多的典型生物器官。

第7课 谁选择了它们

(一)背景和目标

这节课继续让学生感受环境与生物多样性之间的关系。第6课是基于对生活在不同环境中的不同种类的生物的特殊结构的研究,让学生认识生物的形态结构与环境的适应性。这一节课以同一种动物生活在不同的地方,表现出不同的形态结构这样一些有趣的现象为研究对象,让学生体会到环境发生改变动物的形态结构也相应发生变化。进一步认识多样的生物是由多样的环境造成的。

对于动物而言,生活环境发生改变不外有这样几种情况:环境由于自然的原因而发生改变,山地变成丘陵、水域变成陆地、草原变成沙漠??因动物的活动使生活的地点发生改变,如从南方到了北方,从高山到了平原??再有就是人类改变了它们的生活环境和生活习惯,将它们由野生变成圈养??

“青蛙的去与留”描述的就是青蛙的生活环境由田野变成沙漠的过程中青蛙身体特征的改变。这样的改变是一个漫长的生物进化的过程,我们无法让学生通过自己的观察去认识。运用资料研究问题、形成认识也是科学学习的重要方法。这里采用的就是这样一种方法。

观察同一物种不同地方生活的狐狸,将它们的身体特征与生活的环境联系起来,会发现它们的身体特征呈现出一种规律性的变化:愈冷的地方,个体就愈大,而且愈接近圆形,并且鼻子、耳朵、腿等暴露在外部的器官就越小。“大自然选择了它们”从观察这样一个有趣的现象入手,引领学生观察、思考、推测,并通过模拟实验验证自己的推测。进一步构建不同的环境造就了多样的生物的认识。

“物竞天择,适者生存”,在生物因自然环境的变化而发生变化的同时,人类也在根据自己的需要,改变着生物,造就着生物的多种多样。“选择改变着它们”意在帮助学生建立

这样的认识。

科学概念

● 同一种生物生活在不同的地方,身体的形态结构也会有所不同。

● 环境发生变化,生物的形态结构也会发生变化。

● 了解自然选择和人工选择改变着生物,造就了生物的多样性。

过程与方法

● 利用资料研究问题,寻求有关问题的合理解释。

● 运用实验的方法验证推测。

情感、态度、价值观

● 意识到环境与生物的密切关系,增强环境保护的意识。

(二)教学准备

为全班准备:北极熊、北极狼、爱斯基摩人等极地生物图片,人工培育生物的相关图片资料。

为每组准备:2个大小不同的球形烧瓶、1个与大烧瓶体积相近的长颈玻璃瓶、3个温度计。

(三)教科书说明

教科书共3页,包括三个主要活动。

“青蛙的去与留”是第一个活动。

此活动包括两个部分。第一部分,运用前一课建立的生物身体特征与生活环境相适应的认识,推测绿色青蛙和黄色青蛙生活环境各是什么样的。

第二部分,研究“为什么不同环境中的青蛙体色不同呢?”这个问题是让学生通过研究资料中所提供的信息完成的。教科书中的图呈现的是沙漠中黄色青蛙产生的过程。其实这个过程是一个复杂而漫长的演变过程,教科书所呈现的只是演变的示意图。图的第一排和第二排,从四只青蛙到八只青蛙,表示生活在绿色的田野中的皮肤上带有条纹的绿色青蛙,雌雄交配,生育后代,一般来说一对青蛙的后代它们的肤色会出现四种不同的性状;第一只鸟在吃黄色青蛙,描述的是由于生活在绿色的田野中,与周围的绿色区别较大的肤色的青蛙,

很容易被天敌发现而吃掉。背景颜色由绿色变为黄绿色,表示自然环境发生着变化,田野中的绿色植物逐渐枯萎;下面颜色变为黄色,表示绿草消失,绿色田野变成黄色沙漠。第三排和第四排的青蛙,以及吃绿色青蛙的鸟,表示在环境改变的过程中,不同肤色的青蛙相互交配,继续生育不同肤色的青蛙。这时与周围的黄色反差较大的肤色的青蛙被天敌吃掉,留下的是接近于黄色的青蛙,经过长期的演变,沙漠中就只剩下黄色青蛙了。

图下面的文字是对图的说明,帮助学生理解新一种青蛙的产生过程。

“大自然选择了它们”是第二个活动。

黄色青蛙的出现是大自然选择的结果,不同地方生活着不同长相的狐狸,也是大自然选择的结果。灰色色块中以资料的形式给出了伯格曼法则和艾伦推理。科学家发现的这个法则,对于学生们所观察到的现象给出了合理的解释,同时也为学生们的推测提供了依据。灰狐生活在美洲中部,红狐生活在美洲南部,北极狐生活在寒冷的北极。

第85页下方的实验,是针对学生在研究过程中可能会出现的问题

设计的模拟实验,帮助他们确认大而圆的动物的体形降温慢这一事实。至于其中的道理无须进一步探究。

“选择改变着生物”是第三个活动。

这一内容是对前面学习内容的拓展,前面两个研究活动关注的是大自然的选择使得生物发生变化。然而,人工选择也在丰富着物种的多样性。这一活动就是为了让学生了解这一事实。图中呈现的是野猪、野鸭经过人类的圈养,变成家猪和家鸭,身体表现出不同的特征;

鲫鱼经过人类的培育和选择变成具有欣赏价值的金鱼,身体特征发现了明显的变化;稗子(野生水稻)与水稻经过人工杂交,培育出杂交水稻;小麦和偃麦经过人工培育变成杂交小麦。

(编者注:有的教科书中将鲫鱼印成了鲤鱼、偃麦印成了燕麦。对此我们表示诚挚的歉意,并会在下一版的印刷中改正过来。此处也请教师们指导自己的学生把错字改正过来。)

(四)教学建议

授课时间:1课时。

活动一:青蛙的去与留

活动引入

1.今天老师给大家带来两只青蛙,你们认为它们的生活环境可能是什么样子的? 将你们推测的它们可能生活的环境用彩笔画出来。

为什么绿色的田野和黄色的沙漠中生活的青蛙不同呢?说一说你们的看法。

教科书中提供的是沙漠中黄色青蛙出现的有关资料。黄色青蛙形成的过程是一个漫长的过程,这里给出的只是黄色青蛙形成过程中的几个环节。阅读分析资料,你们有什么发现吗?

2.你们还知道哪些这样的生物?

活动指导

1.教学前教师要收集一些动物进化的有关资料。

课前安排学生收集长颈鹿等其他生物因环境变化而变化的例子。

2.这是一个运用图表资料寻找问题答案的科学学习活动,教师要关注学生解读图表的意识和能力。

分析黄色青蛙形成的过程后,教师提供给学生一些其他生物因环境变化而变化的事例(或学生相互交流),帮助学生形成普遍性的认识。

活动二:大自然选择了它们

活动引入

1.刚才我们了解到许多种类的生物都是因环境发生变化而出现的。

我这里有一组狐狸的照片,有人了解这几种狐狸吗?

观察这几种狐狸,它们有什么不同?

2.生物学家对不同地方的生命个体进行比较时,发现了一个有趣的现象,即同一种生物生活在愈冷的地方,个体就愈大,形体愈接近圆形,并且鼻子、耳朵、腿等暴露在外部的器官就越小。

我们能根据生物学家的发现推测这三种狐狸生活的环境有什么不同吗?

3.北极狐狸生活在寒冷的北极,它们圆而大的体形真的有利于保温吗?

用实验验证我们的想法吧!

活动指导

1.课前教师要收集灰狐、红狐、北极狐的相关资料以及描述其他极地动物形态特征方面的资料。

对于三种狐狸外貌特征的观察比较最好在小组内进行,然后在全班范围内交流。

伯格曼法则的使用,可在学生发现三种狐狸不同的特征后,教师直接告诉给同学们,用于解释他们的发现,并对狐狸生活环境的不同作出推测。

2.做模拟实验时,要将三种瓶子都装满同样温度的水。这个实验不需特别精确,但需要正确地反映现象。

3.研究狐狸后,教师介绍几种其他极地动物,如北极熊、北极狼、北极燕鸥等极地动物,一方面继续丰富学生对多种多样生物的认识,另一方面帮助他们继续完善不同环境中生物形态特征不同的认识。

4.活动结束时,师生共同总结出:大自然(环境的变化)改变并选择着生物,生物因生

活的环境变化,形成多种多样的形态结构。

活动三:选择改变着生物

活动引入

1.通过前面的学习,我们已经知道大自然(也就是环境)改变着生物。事实上在大自然改变生物的同时,人类也在根据自己的需要改变着生物,丰富着生物的多样性。大家能举出这方面的例子吗?

2.我这里也有一些资料与同学们分享。

活动指导

1.这是一个拓展学生认识的学习活动,可以在学生交流的基础上,教师以资料的形式介绍给大家。

2.本课学习活动结束后,安排学生收集有关自然选择和人工选择的资料,编写成科学小报在班级中展示。

第8课 生物多样性的意义

(一)背景和目标

生物多样性是人类生存的重要资源,也是维护地球环境的重要资源。现今,全世界都在关注生物多样性的问题,并为保护生物的多样性做着种种努力。我们认识生物的多样性,就是为了更好地理解生物多样性的意义;我们寻找造成生物多样性的原因,就是为了更好地保护生物的多样性。

谈论生物多样性的意义,我们首先思考的是它对人类的意义。学生都知道人类的生存离不开生物,他们可以举出无数事实说明人类的生存与生物的关系,但是他们的认识是零散的。我们需要做的是帮助学生整理和提升他们已有的认识,并进一步丰富他们的认识。“生物多样性与我们”引领学生通过收集资料丰富生物多样性对人类意义的认识;通过组织学生分主题整理资料,概括并展示生物多样性与人类的关系,使学生的认识更加清晰。

人类的生存需要生物的多样性,生物家族每一个成员的生存也需要生物的多样性。“生物多样性与其他生物”内容就是为了帮助学生建立这样的认识。

生物多样性如此重要,我们该如何保护呢?有了前两课学习的基础,学生已经意识到环境对于生物多样性的意义。他们自然会想到保护生物多样性就要保护生物赖以生存的环境。以此为基础,讨论保护家乡生物多样性的策略,在参与决策过程中体会学习的乐趣。这是“保护生物多样性”这个教学活动的目的所在。

科学概念

● 生物多样性对于人类生存具有意义。

● 生物多样性对于其他生物的生存具有意义。

● 生物多样性对于维护地球环境具有意义。

● 保护生物多样性就要保护它们生活的环境。

过程与方法

● 用图表、文字或小论文等方式阐释生物多样性与人类的关系。

情感、态度、价值观

● 树立保护生物多样性的意识。

(二)教学准备

为全班准备:几张大白纸、几支记号笔。

为每组准备:不同主题内容的生物多样性的意义及保护的打印资料、几张A4纸。

(三)教科书说明

教科书共两页,包括三个主要活动。

“生物多样性与我们”是本节课的主体活动。

此活动分为两个小活动。一是调查我们一天的生活与哪些动植物有关。教科书给出了面包、书、铅笔、鸡蛋、苹果、牛奶等一天中可能接触到的与生物有关的东西。

同时给出了与我们的衣、食、住、行相关的生物:橡胶树、奶牛、鸡、棉花、水稻、梨树、苹果树、树木和小麦等,目的是为了引领学生体会生物多样性与我们生活的密切关系。

二是分主题收集整理并展示生物多样性与人类的关系。收集资料的目的是为了丰富认识;分主题整理的目的是使认识更清晰并便于形成研究成果。教科书利用对话框,提示可以通过讨论的方式确定主题及可供参考的主题内容:1.生物与人类生活息息相关。可以分解为植物与人类的关系、动物与人类的关系等不同主题描述。2.生物多样性的价值。可以分解为具有经济价值、欣赏价值、科学研究价值、药用价值等主题阐释。

其中的两句对话——“我们以生物多样性与健康为题写一篇小论文”“我写生物多样性与我的家”——提示可以通过撰写科学小论文,说明生物多样性与人类某一方面的关系。后面的气泡图和对植物与人类关系的条目,呈现的是两种成果形式。

“生物的多样性与其他生物”是第二个活动。

内容通过让学生列举生物之间相互依存的事例,认识生物多样性对整个生物家族的意义。“花朵不是为我们人类而美丽的。”提示花是为了招引昆虫帮助传粉,繁衍后代而存在。蝗虫生活需要以水稻等植物为食物;青蛙的存在控制着蝗虫的泛滥,使水稻等植物不会被蝗虫灭掉。在生物这个大家族中缺少了哪一个成员,对生物家族都可能造成不可估量的损失。本节课是小学阶段从生命世界的角度进行研究的最后一节课,学生具有相关的知识储备。学生在描述种种事实中能够体会到生物多样性对于整个生命世界的重要性。

“保护生物的多样性”是第三个活动。

此活动是要求从保护家乡的生物多样性做起。具体说要了解家乡有哪些珍贵的生物资源;调查家乡曾经发生过哪些破坏生物多样性的事件;提出保护家乡生物资源从保护家乡环境做起的倡议。

“人类是生物大家族中的一员,我们理应平等对待家族中的每一个成员”意在引领学生建立大平等观,意识到每一种生物都有其生存的权利。

(四)教学建议

授课时间:1课时。

1.上课前指导学生通过互联网或相关书籍,收集生物多样性的意义和保护的有关资料。教师也要收集资料,用于补充学生资料的不足。

2.本节课可以设计为生物多样性意义的信息交流会。教科书中的三个内容可以同时作为信息交流会的内容。

3.组织学生进行信息交流时要注意提升学生整理资料、表达交流的能力。可以先指导学生将收集到的资料进行分类;然后根据资料分类的情况将全班学生分成不同的研究小组,分组时要尊重每个同学的兴趣。分类后的资料要分配到相关的研究小组,各小组成员分工合作,围绕研究主题整合资料,选用合适的形式呈现自己的研究成果。最后以小组为单位在全班范围内交流。

4.对于各小组的汇报教师要组织学生及时评价,评价内容不仅要包括他们对生物多样性意义的描述,而且要评价他们成果的呈现方式以及进行交流时的语言表达能力。

四、评价建议

单元学习结束后,对学生的评价应基于两个方面。一是对学生发展状况的描述;二是对本单元学习水平的描述。

1.评价标准

本单元设定的教学目标。

2.评价内容

在科学概念方面,重点评价学生对生物多样性(生物是多种多样的)的认识程度;对生物多样性与生物生活环境关系的认识程度;对于生物多样性的意义的理解程度。

在过程与方法方面,重点关注学生观察辨识事物的能力;用分类的方法认识和描述复杂事件的能力;收集整理资料和表达交流的能力。

在情感、态度、价值观方面,重点关注学生的环保意识及热爱生命的意识,关注学生的合作意识。

3.评价方法

(1)记录课堂上学生活动中的表现:

课堂上相应的学习活动结束后,对于生物多样性、生物形态结构与生活环境之间关系以及生物多样性意义的描述;

活动中学生观察区分生物特征的能力表现;

活动中是否有运用分类的方法描述多种多样生物的意识,以及分类能力的水平表现; 完成任务过程中与同伴的合作表现。

(2)收集学生的记录单及学习的成果资料。

各小组的区域调查记录表、区域生物分布图;

全班校园生物分布图;

个人收集和小组汇总的调查资料;

各小组生物多样性意义研究成果报告;

(3)单元测试或设计任务性作业。

组织单元考试;

对话式的任务性作业:用事例说明环境变化导致了生物的多种多样;

操作式的任务性作业:提供给学生一筐繁杂的物品,让学生写文章描述这筐物品,以考查学生运用分类方法处理问题的意识和能力,等等。

4.评价结果

评价结果要能真实描述学生的发展状态和学业水平。要综合学习过程中学生的学习表现和单元学习结束后的评测结果给学生整体上的评价。要关注不同学习型学生的某一方面的特殊发展。

五、教学案例

校园生物分布图

教学目标

1.通过交流调查成果,认识更多的校园生物。

2.会制作校园生物分布图,并能根据分布图分析不同地方生物分布不同的原因。

3.了解我国珍稀的动植物及它们的分布区域,知道应该保护濒危动植物。

教学准备

中国珍稀动植物的图片。

教学活动过程

一、交流调查记录

1.上节课,同学们对校园生物进行了仔细的大搜索,现在让我们来交流和汇集我们的调查发现吧!

2.请各小组的同学说一说,你们小组在校园里搜索到了哪些动物和植物?它们各有多少种?各自生活在什么地方?(实物投影展示)

(学生分组汇报发言,教师汇总)

3.现在我们已经把各组的记录表汇集成了一份全班的调查表。让我们来看一看:校园里有哪些动物和植物?一共有多少种动物和植物?它们各自生活在什么地方?

4.我们把校园里的植物和动物都找到了吗?(学生思考)

是的,动物、植物一年四季都会有所不同,我们长期调查,一定会有新的发现。

二、制作校园生物分布图

1.校园里的动植物种类很多,生活的环境也各不相同。那我们怎样才能非常清晰地、一目了然地看到校园动植物的分布情况呢?(学生:可以画一张图,我们在什么地方发现的动植物,就在这张图上标出来)

2.大家觉得这个办法怎么样?你们觉得还有什么地方需要注意吗?(学生讨论)

3.根据学生回答总结。

遇到不知名的动物或植物,我们可以在分布图上把它的图画或照片贴上。

如果某一个地方动植物很多的话,可以给它们分别编号。

4.现在,让我们共同来制作一幅校园生物分布图,直观展现校园生物大家庭。(出示校园简图)请各小组派一名代表将你们发现的动植物贴到相应的位置上。

5.请大家仔细观察一下校园生物分布图,你们有没有什么新的发现?

(学生:有的地方生物种类较多,有的地方生物种类较少)

具体说一说,花坛中的生物比较多,教室、操场中生物的种类比较少。

为什么在不同地方生物种类会有所不同?(因为花坛里有土壤,适合植物的生长,植物作为动物的食物,动物也会来这里安家,在花坛中会形成食物链,甚至是食物网,因此花坛中的生物比较多)

6.推测一下,如果我们调查的范围扩大,生物种类会有什么变化?生物种类会有什么特点?

三、了解中国稀有植物、动物的分布

1.我国的生物种类非常丰富,有些珍稀的动植物是我国所特有的。老师收集了几种,我们一起来看一看。(多媒体出示:扬子鳄、藏羚羊、大熊猫、白鳍豚、水杉、银杏??并说明它们生活的区域)

2.下课后,请同学们上网查阅相关资料,了解世界珍稀动植物和它们的分布,并将它们在我国分布的地方标注在我国的地图上。

六、参考资料

生物多样性

生物多样性是指地球上所有生物(动物、植物、微生物等)它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统的多样化程度。通常包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部分。

遗传多样性

狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化,包括种内显著不同的种群之间以及同

一种群内的遗传变异。此外,遗传多样性可以表现在多个层次上,如分子、细胞、个体等。在自然界中,对于绝大多数有性生殖的物种而言,种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型,而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

在生物的长期演化过程中,遗传物质的改变(或突变)是产生遗传多样性的根本原因。遗传物质的突变主要有两种类型,即染色体数目和结构的变化以及基因位点内部核苷酸的变化。前者称为染色体的畸变,后者称为基因突变(或点突变)。此外,基因重组也可以导致生物产生遗传变异。

物种多样性

物种是生物分类的基本单位。

是能够(或可能)相互配育的、拥有自然种群的类群,这些类群与其他类群存在着生殖隔离。在分类学上,确定一个物种必须同时考虑形态的、地理的、遗传学的特征。

物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时,最常用的指标是区域物种多样性。区域物种多样性的测量有以下三个指标:①物种总数,即特定区域内所拥有的特定类群的物种数目;②物种密度,指单位面积内的特定类群的物种数目;③特有种比例,指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区物种总数的比例。

生态系统多样性

生态系统是各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。所有的物种都是生态系统的组成部分。在生态系统之中,不仅各个物种之间相互依赖,彼此制约,而且生物与其周围的各种环境因子也是相互作用的。从结构上看,生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性,包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中,生境的多样性是生态系统多样性形成的基础,生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。

我国珍稀动植物简介

(1)珙桐,又名鸽子树,属落叶乔木,是我国特有的珍稀植物,分布于贵州、四川、云南等地。树高15~20米,叶片广卵形,初夏开花,花形奇特,苞叶呈乳白色,成对地长在花序的基部,恰似白鸽的双翼。盛花时,满树似白鸽群聚,是世界上濒于灭绝的植物。由于它具有极高的观赏价值以及非常罕见等特点,被我国列为国家一级重点保护树种。

(2)大熊猫,亦称猫熊。哺乳动物。体肥胖,形似熊,长约1.5米,肩高约66厘米。眼周、耳、前后肢和肩部黑色,其余均为白色。生活在2 000~4 000米高山的竹林中,喜食竹子,有时也吃小动物。善于爬树,性孤独,不群栖。仅产于我国四川、陕西、甘肃的少数地方,是我国特有的珍稀动物,属国家一级保护动物。

(3)金丝猴,亦称仰鼻猴。哺乳动物。体长约70厘米,尾长与体长相等或更长些。背部有发亮的长毛,脸两侧、胸及后腿毛赤色。生活于2 500~3 000米的高山密林中,群栖,以野果、嫩芽、竹笋为食。分布于四川、甘肃和陕西南部。属国家一级保护动物。

(4)羚牛,亦称扭角羚。哺乳动物。长1.7~2.2米,肩高1~1.3米,重可达350千克。尾较短,雌雄均有短角。全身棕黄色或深棕色,眼周黑色。一般栖于3 000~4 000米高地,夜出觅食,吃青草、树枝、竹笋等。分布于我国四川、云南、陕西、甘肃等地。属国家一级保护动物。

(5)白鳍豚,又称白鱀豚。哺乳动物。体长1.5~2.5米,头圆,嘴长,约30厘米。体背面淡蓝灰色,腹面白色,鳍白色。生活在我国长江中下游、洞庭湖、钱塘江中。我国特产动物,属国家一级保护动物。

(6)扬子鳄,爬行动物。长两米有余,背面角质鳞,暗褐色,有黄斑和黄条;腹面灰色,

有黄色小斑和横条;尾部有灰黑相间的环纹。前肢五指,无蹼;后肢四指,有蹼。穴居池塘、沼泽底部,以鱼、蛙、小鸟及鼠类为食,冬季蛰居穴中。分布于安徽、江苏、浙江、江西等地。我国特有,属国家一级保护动物。

最小的有花植物——浮萍

又名青萍。是一种漂浮在水面上的植物。它是最小的有花植物之一。它整个植物体绿绿的,无茎叶之分,统称叶状体。还有一条垂在水中的根,长3~4厘米。

浮萍夏季开花,花长在叶状体边缘,白色,一朵花只有针头大小,只有在显微镜下才能清楚地看到它的真面目。浮萍是真正的有花植物,但除非条件适宜,浮萍很难开花。浮萍的果实近陀螺状,内含种子一粒。在一片浮萍的叶状体边缘,还可通过出芽繁殖很快长出新的浮萍。我国各地及世界温暖地区均有分布。在池塘、湖边及水流缓慢的地方都可见到它的踪迹。

自然界的伯格曼法则

如果把北极的动物与其他地区的动物比较一下,就会发现一个有趣的现象,北极地区动物的个头比其他地区的同类似乎都要大一些。这是因为,寒冷的气候不仅能够延缓恒温动物的生长速度,而且也使其性成熟的时间较晚。因此,其生长期也就相对来说更长一点,所以也就可以长得更大一些,这就是著名的伯格曼法则。

经过大量实地观察和研究之后,伯格曼认为,对于同一种温血动物来说,越冷的地方其个体越大,而且越接近于圆形。作为一个有趣的推论,艾伦指出,越冷的地方,其附肢和附器也就越短。因为这有利于保存热量。在北极,这样的证据可以说是比比皆是。例如,西伯利亚的北极旅鼠的平均长度为10~11厘米,而再往南一点,分散在北极边缘地区的旅鼠身长却只有8厘米。兔子也是如此,北极兔子的长度为90厘米,而在苏格兰,同一种兔子,其身长平均却只有70厘米。另外,北极狐狸比沙漠地区的狐狸大,北极狼比生活在温暖地区的狼要大,而且也肥得多。

可用作艾伦法则的证据就更多了。例如,北极燕鸥虽然在形态上与广泛分布在温带地区的普通燕鸥极为相似,但它们的腿部却要短得多,这是在野外把这两种燕鸥区别开来的最明显的标志。北极野兔虽然其身子比它们南方的同类大,但其耳朵和四肢却要短得多。最明显的也许是麝牛,它们的躯体虽然很魁梧,耳朵却很小,四肢奇短,几乎没有尾巴,看上去极不匀称,实在有点怪怪的。狐狸也是如此,与其他地区的同类相比,北极狐狸不仅腿短,尾巴短,耳朵小,而且连嘴巴也收缩了许多,以至于长脸变成了圆脸。平时,我们一提起狡猾的狐狸,自然而然地就会想起它那长而尖的嘴巴,令人厌恶。因此,当在北极看到那圆脸的狐狸时,你会觉得它们要憨厚得多了,甚至会怀疑它们到底是不是狐狸。

伯格曼法则在人类中也不乏其例。就拿我们中国人来说吧,北方人的个头就要比南方人高大一些,而生活在更靠北的俄罗斯人的个头就比我国北方人还要大。

实际上,伯格曼法则是有其坚实的物理基础的,因为物体愈大,散失热量的速度就越慢,例如一碗水比一桶水冷却的速度要快得多。当然,动物的保暖机制主要还不是依靠体积或外形,而是靠其自身的绝热能力,即皮上的软毛或羽毛和皮下的脂肪层。麝牛之所以能迎着-50 °C的寒风而悠然自得,是因为它们的皮毛有着极好的绝热性能。每到秋天,它们身上的内绒就会长出细而长的毛丝,等到气温下降或寒风袭击时,它们已经具有了双重的绝热层,即使躺在雪地上,它们身下的积雪也不会融化。

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