五年級科學上冊科技活動教案設計方案一、活動背景本活動基于《義務教育科學課程標準（2022年版）》中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域的要求，結(jié)合五年級上冊“簡單機械”單元的教學內(nèi)容，聚焦“杠桿原理的實際應用”。五年級學生已具備初步的觀察、實驗和邏輯推理能力，但對“技術(shù)設計”的系統(tǒng)性認知仍需引導。通過“簡易投石機的設計與制作”這一貼近生活的科技活動，將抽象的杠桿原理轉(zhuǎn)化為具體的實踐操作，幫助學生理解“結(jié)構(gòu)與功能”的關(guān)系，培養(yǎng)“問題-設計-改進”的工程思維，激發(fā)對科技的探究興趣。二、活動目標（一）知識與技能1.理解杠桿的基本結(jié)構(gòu)（支點、動力臂、阻力臂）及省力原理；2.掌握簡易投石機的設計要點（穩(wěn)定性、動力傳遞、射程優(yōu)化）；3.能識別投石機中杠桿的應用部位。（二）過程與方法1.通過“猜想-實驗-驗證”流程，探究杠桿臂長對投石效果的影響；2.經(jīng)歷“設計方案-制作原型-測試改進”的工程設計過程，提升動手操作與問題解決能力；3.學會用表格記錄實驗數(shù)據(jù)（如射程、準確性），并通過數(shù)據(jù)分析調(diào)整設計。（三）情感態(tài)度與價值觀1.感受古代科技（投石機）與現(xiàn)代工程的聯(lián)系，激發(fā)對科技史的興趣；2.在小組合作中培養(yǎng)團隊協(xié)作與溝通能力；3.體驗“失敗-改進-成功”的探究樂趣，樹立“技術(shù)優(yōu)化”的意識。三、活動準備（一）材料工具1.通用材料：雪糕棍（10-15根/組）、橡皮筋（5-8根/組）、小塑料杯（1個/組）、彈珠（5顆/組）、熱熔膠槍（教師用）、剪刀（1把/組）、鉛筆（1支/組）、白紙（2張/組）。2.輔助材料：砝碼（用于測試穩(wěn)定性）、直尺（測量射程）、記錄表（每組1份）。（二）環(huán)境布置1.教室布置為“探究工坊”，每組配備一張實驗桌，預留足夠的活動空間；2.投影設備：播放古代投石機視頻（如《孫子兵法》中的攻城器械）、杠桿原理動畫。（三）學情分析1.前置知識：學生已學習“杠桿的分類”（省力杠桿、費力杠桿、等臂杠桿），能識別生活中的杠桿實例（如剪刀、蹺蹺板）；2.能力基礎：具備使用簡單工具（如剪刀、膠水）的經(jīng)驗，但對“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性”的設計缺乏系統(tǒng)思考；3.認知特點：好奇心強，喜歡動手操作，但需引導其從“隨意制作”轉(zhuǎn)向“有目的的設計”。四、活動過程本活動分為情境導入→原理探究→設計方案→制作實施→測試改進→展示交流六個環(huán)節(jié)，總時長約90分鐘（2課時）。（一）情境導入：古代科技的啟示（10分鐘）1.播放視頻：展示古代投石機（如“拋石機”）的攻城場景，提問：“古代士兵如何用投石機投射石塊？它的工作原理是什么？”2.實物展示：教師出示提前制作的簡易投石機原型，演示投射彈珠的過程，引導學生觀察：“投石機的哪個部分像杠桿？它的支點在哪里？”3.提出問題：“我們能否用身邊的材料制作一臺簡易投石機？怎樣讓它投射得更遠、更準確？”設計意圖：通過古代科技與現(xiàn)代原型的對比，引發(fā)學生對“杠桿應用”的思考，明確活動目標。（二）原理探究：杠桿臂長與投石效果（15分鐘）1.回顧杠桿結(jié)構(gòu)：教師用雪糕棍演示杠桿的支點（中間固定點）、動力臂（用力點到支點的距離）、阻力臂（阻力點到支點的距離），強調(diào)“動力臂越長，越省力”的原理。2.實驗探究：分組實驗：用1根雪糕棍作為杠桿，支點固定在中間，一端掛砝碼（阻力），另一端用橡皮筋拉（動力），記錄“動力臂長度”與“所需拉力”的關(guān)系；數(shù)據(jù)分享：各組匯報實驗結(jié)果，引導學生總結(jié)“動力臂越長，拉動砝碼所需的力越小”。3.遷移應用：提問：“如果要讓投石機投射得更遠，應該延長動力臂還是阻力臂？為什么？”（結(jié)論：延長動力臂，增大動力作用效果，使彈珠獲得更大的初速度。）設計意圖：通過實驗驗證杠桿原理，為后續(xù)投石機的設計提供理論依據(jù)。（三）設計方案：繪制投石機藍圖（15分鐘）1.明確設計要求：功能要求：能穩(wěn)定放置，投射彈珠（射程≥50厘米，準確性≥60%）；材料限制：只能使用提供的材料（雪糕棍、橡皮筋等）；安全要求：結(jié)構(gòu)牢固，無尖銳邊角，彈珠不得對著人。2.分組討論：小組合作繪制設計圖（標注支點、動力臂、阻力臂的位置）；討論要點：①底座如何設計更穩(wěn)定？（如增加雪糕棍數(shù)量，擴大支撐面積）；②動力來源用什么？（橡皮筋的彈力）；③彈珠放置在哪里？（小塑料杯作為“彈槽”）。3.方案評審：每組展示設計圖，教師與學生共同點評，重點關(guān)注“杠桿結(jié)構(gòu)的合理性”“穩(wěn)定性設計”。設計意圖：培養(yǎng)學生“有目的設計”的意識，將原理轉(zhuǎn)化為具體的結(jié)構(gòu)設計。（四）制作實施：搭建投石機原型（20分鐘）1.教師示范：演示關(guān)鍵步驟（如用熱熔膠固定雪糕棍、安裝橡皮筋），強調(diào)安全注意事項（如熱熔膠槍高溫，避免燙傷；剪刀使用時不要對著他人）。2.分組制作：按照設計圖搭建底座（用3-4根雪糕棍交叉固定，增強穩(wěn)定性）；安裝杠桿（用1根長雪糕棍作為動力臂，中間用橡皮筋或熱熔膠固定在底座上作為支點）；固定彈槽（將小塑料杯粘在杠桿的阻力臂末端，用于放置彈珠）；連接動力裝置（用2-3根橡皮筋將動力臂末端與底座連接，提供彈力）。3.教師巡視：指導遇到困難的小組（如底座不穩(wěn)的小組，建議增加雪糕棍數(shù)量；橡皮筋彈力不足的小組，建議增加橡皮筋根數(shù)）。設計意圖：通過動手操作，將設計方案轉(zhuǎn)化為實物，提升工程實踐能力。（五）測試改進：優(yōu)化投石效果（15分鐘）1.制定測試標準：射程測試：在地面畫一條起始線，測量彈珠落地時與起始線的水平距離（取3次平均值）；準確性測試：在目標區(qū)域（如直徑30厘米的圓圈）放置容器，記錄10次投射中進入容器的次數(shù)。2.分組測試：每組進行3次射程測試和10次準確性測試，填寫《投石機性能記錄表》（見表1）；分析數(shù)據(jù)：如果射程不夠，討論“是否需要延長動力臂？”“橡皮筋彈力是否足夠？”；如果準確性差，討論“彈槽的位置是否偏移？”“底座是否穩(wěn)定？”。3.改進調(diào)整：根據(jù)分析結(jié)果修改原型（如延長動力臂1厘米，增加1根橡皮筋，調(diào)整彈槽的角度），再次測試，對比改進前后的效果。表1投石機性能記錄表測試項目改進前數(shù)據(jù)改進后數(shù)據(jù)改進措施平均射程（厘米）延長動力臂/增加橡皮筋準確性（次/10次）調(diào)整彈槽角度/固定底座設計意圖：通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的改進過程，培養(yǎng)學生“實證意識”和“迭代優(yōu)化”的工程思維。（六）展示交流：分享探究成果（15分鐘）1.小組展示：每組派1名代表介紹作品，包括“設計思路”“遇到的問題及解決”“改進后的效果”。2.互評互學：其他小組根據(jù)“穩(wěn)定性”“射程”“準確性”“創(chuàng)意”四個維度進行評分（滿分10分），教師記錄評分結(jié)果。3.總結(jié)提升：教師總結(jié)本次活動的關(guān)鍵知識點（杠桿原理的應用、設計-制作-改進的流程），強調(diào)“科技發(fā)明源于生活需求，通過不斷改進實現(xiàn)優(yōu)化”。五、活動延伸1.家庭挑戰(zhàn)：用不同材料（如木片、硬紙板）制作投石機，比較材料對性能的影響；2.學科融合：結(jié)合數(shù)學中的“測量”與“統(tǒng)計”，記錄不同動力臂長度下的射程數(shù)據(jù)，繪制折線圖；3.科技史探究：查閱資料，了解古代投石機的發(fā)展歷程（如從人力拋石機到配重拋石機），撰寫簡短的探究報告。六、評價設計（一）過程性評價（40%）參與度：是否積極參與小組討論與制作（10%）；合作性：是否主動承擔任務，與組員有效溝通（10%）；探究性：是否能提出問題、分析問題并嘗試解決（20%）。（二）結(jié)果性評價（40%）作品性能：射程、準確性是否達到設計要求（20%）；設計方案：設計圖是否合理，是否體現(xiàn)杠桿原理（20%）。（三）反思性評價（20%）學生自我總結(jié)：填寫《活動反思表》（如“我學到了什么？”“遇到的最大困難是什么？”“下次改進的方向是什么？”）；教師評語：針對學生的表現(xiàn)給予個性化反饋（如“你的設計很有創(chuàng)意，若能增加底座重量會更穩(wěn)定”）。七、注意事項1.安全第一：熱熔膠槍由教師操作，避免學生接觸；彈珠投射時，確保周圍無人員，防止受傷；2.差異指導：對動手能力較弱的學生，教師可提供“分步操作指南”；對學有余力的學生，鼓勵其嘗試更復雜的設計（如可調(diào)節(jié)動力臂長度的投石機）；3.材料管理：活動前檢查材料是否齊全，活動后引導學生整理工具與材料，培養(yǎng)良好的實驗習慣。八、設計說明本教案以“項目式學習”為核心，將“杠桿原理”的科學