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《拱形的力量》教學(xué)設(shè)計(jì) 港口中心小學(xué) 楊曉芬 l 教學(xué)目標(biāo)： 1、認(rèn)識(shí)拱形結(jié)構(gòu)，知道拱形結(jié)構(gòu)的承重能力比橫梁要強(qiáng)。 2、能根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)拱形受力后形狀的變化，分析出拱形受力的狀況，再根據(jù)拱形的受力狀況，提出增強(qiáng)拱形承重能力的方法，并付之于實(shí)踐探究。 3、能在合作探究中不斷地思考，逐步深入地研究關(guān)于拱形的問(wèn)題。 4、能初步感受到生活中的許多小事物蘊(yùn)含著大道理，科學(xué)技術(shù)與我們的生活緊密相關(guān)。 l 教學(xué)重點(diǎn)： 學(xué)生在實(shí)踐探究中能根據(jù)拱形的形變來(lái)分析拱形受力的狀況。 l 教學(xué)難點(diǎn)： 學(xué)生能根據(jù)拱形受力后形狀的變化，分析出拱形受力的狀況。 l 教學(xué)準(zhǔn)備（按12組算）： 學(xué)生：拱紙3條、墊圈30個(gè)、實(shí)驗(yàn)記錄單、螺帽若干個(gè)、粗筆1支 教師：拱紙10條、平紙3條、墊圈30個(gè)、實(shí)驗(yàn)記錄單、螺帽25個(gè)、粗筆3支、教鞭、課件、演示臺(tái) l 教學(xué)過(guò)程： 課前談話(huà)： 1、 師：今天我?guī)?lái)了一樣夏天我們都愛(ài)吃的水果，（投影“西瓜”圖片），什么？ 2、上課前，我們先來(lái)分享這又甜又脆的西瓜吧?。ㄑ菔尽拔鞴锨谐蓛砂搿?），（演示“西瓜切成一塊一塊” ）來(lái)！張大嘴巴一起吃。 3、（演示“西瓜取掉瓜肉” ）阿嗚！阿嗚！吃完了西瓜肉，留下了一個(gè)什么形狀？ 4、對(duì)了，這是一個(gè)用西瓜皮做成的科學(xué)探究的模型———拱形。（板書(shū)： 拱形） 一、談話(huà)引入 1、師：剛才我們從西瓜說(shuō)到了拱形，在生活中還有許多拱形的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)看（投影圖片），對(duì)于拱形你最感興趣的是什么？ 2、生說(shuō)。 3、師：綜合大家的問(wèn)題，主要的疑惑是我們生活中為什么會(huì)有這么多的拱形結(jié)構(gòu)，拱形有什么作用？今天我們就從“拱形的力量”上去找找答案。 4、出示課題：拱形的力量。 二、平紙與拱紙承重能力的比較 1、師：要了解拱形的力量有多大，我們不妨拿一張拱紙和一張平紙來(lái)做個(gè)比較，（出示拱紙、平紙） 2、師：（1）這兩張紙的材料和大小都一樣，跨度都是12厘米，現(xiàn)在如果在紙的中間輕輕地放墊片（出示墊片），你們估計(jì)一下哪張紙的承重能力強(qiáng)一些？ （2）檢驗(yàn)一下，以碰到這個(gè)面為標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)數(shù)好。（師演示，板書(shū)： ） 3、相同材料和大小的紙，哪種形狀的承重能力強(qiáng)一些？ 4、現(xiàn)在你的腦海中冒出了什么問(wèn)題？ 為什么拱形紙的承重能力比較強(qiáng)呢？你能做出自己的解釋嗎？ 5、剛才大家只關(guān)注紙能承受幾顆墊片，忽略了它在承重過(guò)程中形狀的變化，看一看當(dāng)老師在兩種紙上各放1個(gè)墊片時(shí)，平紙和拱紙的形狀各有什么變化？放2個(gè)、3個(gè)墊片呢？ 6、學(xué)生匯報(bào)：平紙向下凹，拱紙的腳（拱腳）向兩邊推（伸展）開(kāi)去。 如果再在上面加一個(gè)墊片，平紙往下凹得更厲害了，拱腳也向兩邊推（伸展）得更開(kāi)了。 7、師（板書(shū)： ） 8、（1）靜止的拱腳向兩邊推開(kāi)，說(shuō)明肯定對(duì)它施加了一個(gè)力，我們把這個(gè)力稱(chēng)為外推力，那么這個(gè)外推力來(lái)自于哪里呢？（墊片向下的壓力） 師出示懸空的墊片，這樣嗎？壓在拱紙上的墊片對(duì)拱紙產(chǎn)生了一個(gè)向下的壓力。（板書(shū)： ） （2）墊片的壓力是向下的，而“拱紙”的拱腳怎么會(huì)向兩邊推（伸展）呢？誰(shuí)能解釋一下這種現(xiàn)象？（向下壓的力傳向兩邊，所以，“拱腳”才會(huì)向兩邊推。） 9、小結(jié)： （1）動(dòng)畫(huà)演示（拱形受力狀況）。 （2）出示文字（拱形承載重量時(shí)，能把壓力向下向外傳遞給相鄰的部分，產(chǎn)生外推力。） 三、使拱形承受更大的重量 1、師：剛才的拱紙只能承受n個(gè)墊片，如果我想多放幾個(gè)墊片，使拱紙承受更大的重量，你們有什么辦法？ 2、生答：拱足兩邊用物體抵住。 （板書(shū)： ） 3、布置注意點(diǎn)： （1）師：這個(gè)主意聽(tīng)起來(lái)挺不錯(cuò)的，我給大家提供的抵住拱腳的材料是螺帽（出示螺帽）。 （2）實(shí)驗(yàn)前，先要設(shè)計(jì)好你們的方案，需要幾顆螺帽？怎么擺放？畫(huà)在這張實(shí)驗(yàn)單上（投影實(shí)驗(yàn)單），螺帽可以放在上面描畫(huà)，等會(huì)兒，小組憑這份方案到老師這里領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)材料。 （3）實(shí)驗(yàn)時(shí)： A、 拱形放在這張實(shí)驗(yàn)單上測(cè)試，兩只拱腳放在實(shí)驗(yàn)單的兩條豎線(xiàn)記號(hào)上，如果不到12厘 米，請(qǐng)你輕輕地拉一下拱紙，超過(guò)12厘米，就用螺帽抵住。以碰到紙面為倒塌標(biāo)準(zhǔn)。不能在紙發(fā) 生形變的時(shí)候放墊片。 B、你們的方案要重復(fù)測(cè)試3遍以上，是不是一張拱紙測(cè)試3遍？為什么？每張拱紙測(cè)試完后要更換。 C、在考慮讓拱形承受更大重量的同時(shí)考慮材料的合理利用。 （4）實(shí)驗(yàn)后： A、完成實(shí)驗(yàn)單，題目看大屏幕，填寫(xiě)的數(shù)據(jù)必須是你們認(rèn)為最合理的一次，數(shù)字要寫(xiě)得大，滿(mǎn)格。 B、實(shí)驗(yàn)單完成后，按組號(hào)貼在黑板上。請(qǐng)大家分析各小組的數(shù)據(jù)，看看有什么發(fā)現(xiàn)？ 注 意： （1）憑方案領(lǐng)材料。 （2）拱腳與豎線(xiàn)對(duì)齊。 （3）重復(fù)操作，更換拱紙。 （4）完成實(shí)驗(yàn)單。 （5）分析各小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 使拱形承受更大的重量 1、我們第 組的方案是：（畫(huà)圖） 2、螺帽數(shù)： 個(gè)。 3、墊片數(shù)： 個(gè)。 4、隨著重量的增加，拱紙的形狀有什么變化？（畫(huà)圖） 4、學(xué)生實(shí)驗(yàn)，張貼“實(shí)驗(yàn)單”于黑板： 5、師：同學(xué)們都非常能干，這一張張實(shí)驗(yàn)單上都閃爍著大家智慧的光芒，如果你們還能找出這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)背后隱藏的秘密，那就更了不起啦！ 在剛才的討論中，你們發(fā)現(xiàn)了什么？你是怎么看出來(lái)的？（排列、統(tǒng)計(jì)的方法） 6、分析： （1）我們來(lái)找找，哪個(gè)組的拱紙承受的墊片最多？ 你們組愿意把實(shí)驗(yàn)過(guò)程說(shuō)給大家聽(tīng)一聽(tīng)嗎？ 你們還有什么經(jīng)驗(yàn)要告訴大家嗎？ （2）按螺帽數(shù)從多到少排列實(shí)驗(yàn)單，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。（板書(shū)：螺帽數(shù) 墊片數(shù)） （3）觀察：抵住拱腳的螺帽數(shù)與拱紙承受的墊片數(shù)有什么關(guān)系？ 抵住拱腳的螺帽數(shù)越多（重），能承受的墊片就越多。 （4）就黑板上的數(shù)據(jù)而言，抵住拱腳的螺帽數(shù)越多（重），能承受的墊片就越多，這是為什么？ 抵住了拱形受壓時(shí)產(chǎn)生的外推力。 （5）請(qǐng)大家關(guān)注：隨著重量的增加，拱紙的形狀有什么變化？ 隨著重量的增加，不光是拱腳會(huì)向兩邊伸展，拱的兩側(cè)也會(huì)向兩邊伸展，中間會(huì)向下凹。 中間向下凹說(shuō)明拱受到一個(gè)向下的力，兩側(cè)向兩邊伸展說(shuō)明拱受到一個(gè)向外的力。 7、歸納(演示動(dòng)畫(huà))：拱形承載重量時(shí)，能把壓力向下向外傳遞給相鄰的部分，產(chǎn)生外推力。如果能抵住這個(gè)外推力，拱形就能承載很大的力量。 8、抵住了外推力，它的承重能力是不是會(huì)無(wú)限制增加呢？你怎么知道的？ 不會(huì)無(wú)限制增加。因?yàn)殡S著重量的增加，拱形的受力點(diǎn)會(huì)向下凹或者斷裂，引起拱形倒塌。 9、舉例：（出示圖片）知道這個(gè)事兒?jiǎn)幔? 這是今年8月13日，湖南鳳凰縣的一座大橋發(fā)生了坍塌事故。這座橋即將竣工，當(dāng)時(shí)工人們正在拆腳手架，大橋突然倒塌，有幾十人死亡。在調(diào)查中人們發(fā)現(xiàn)，倒塌的原因之一是橋墩內(nèi)沒(méi)有鋼筋，可見(jiàn)拱橋承重能力的強(qiáng)弱和它的材料密切相關(guān)。如果把今天用的紙換成石塊、鋼筋混凝土，那么拱的承重能力將大大增加。 四、搭建一個(gè)拱 1、師：剛才研究的拱都是老師發(fā)給大家的，想不想親自動(dòng)手來(lái)造一個(gè)拱呢？（投影：齊心協(xié)力來(lái)造拱）。 2、10個(gè)學(xué)生為一組搭建一個(gè)拱。 3、其他同學(xué)自由選擇： ① 看同學(xué)造拱，參與討論。 ② 改進(jìn)或繼續(xù)拱紙的研究。 4、拱的承重測(cè)試。 5、獎(jiǎng)勵(lì)拱形結(jié)構(gòu)的知識(shí)小卡片。 板書(shū)： 拱形的力量 外推力 外推力 壓力