資源簡介

Lesson 14地下的管道
教學內容
城市各類地下管道是一個城市的基礎設施，擔負著信息的傳輸，能源的輸送，地下水輸送等重要工作，也是一個城市賴以生存和發展的物質基礎。在管道選擇時，需要考慮其承重性和容量的性能，同等材質和面積下，圓柱體由于其大容量和承重性等優勢，常被用作管道原型。本活動以“管道為什么多是圓柱體的”為問題，通過建立假設，制作三種不同的柱體模型，利用生活經驗幫助學生理解管道選擇的依據，驗證推測，比較三種管道模型的承壓能力與體積，結合實驗數據綜合分析問題，最終得出結論，培養學生利用類比法，將生活中經驗與科學實驗設計相結合，理解科學實驗設計的原理。
教學目標
科學知識：在管道選擇時，需要考慮其承重性和容量的性能，同等材質和面積下，圓柱體由于其大容量和承重性等優勢，常被用作管道原型。
科學探究：本活動以“管道為什么多是暖柱體的”為問題，培養學生利用類比法，將生活中經驗與科學實驗設計相結合，理解科學實驗設計的原理。
科學應用：橋梁為什么拱形多。
跨學科內容：技術（T） ：測量與比較物體體積的方法。
工程（E）：制作圓柱體、長方體、三棱柱。
教學重點
為什么管道多是圓的。
教學難點
如何測試與比較三種柱體哪一個更適合做地下管道。
教學準備
解決問題所需材料：灰色卡紙、紅色卡紙、毛絨小球、橡皮磚。工具包：雙面膠、直尺、剪刀。
學生需準備：兩本厚的書籍。
安全提示：本實驗中剪刀為尖銳物品，請學生使用時注意尖銳端不要指向自己或其他學生，避免傷害。在非教師示意實驗環節，不可擅自嘗試或吞食任何實驗素材，不可在小組中使用實驗物品進行打鬧，更不可將實驗用品用于他用，一經發現，老師可沒收實驗材料，確保學生實驗安全。
教學活動流程
一、引入(5min)
師： STEAM科學大課堂開始啦！
讓我們看一段爆眼球的視頻。
教師根據爆眼球視頻內容，引導學生展開討論。
* 主題引入
師：爆眼球當中，你觀察到管道一般都在哪里？ （提示：地底下）
師；增加管道后，它還進行了什么樣的工作？ （提示：需要在管道上增加沙土，鋪設路面）
* 實驗引人
師：觀察比較這幾種管道（詳見ppt），它們主要有哪些用途？ （提示：流通更多的水或者砂石、要承載路面重量等）
師：這些管道有什么共通之處呢？（提示：圓柱體的更多），為什么這個形狀的地下管道更常用呢？這是為什么呢？ （提示：學生可以自由發揮）
今天我們就利用手邊的材料，通過測試比較來解決“管道為什么多數是圓柱體的”這個問題。
二、實驗過程（30min）
* 認識材料
師：請取出袋子中的材料，看看它們如何幫助你解決實驗問題？
教師帶領學生從袋子中取出材料，根據學生水平及實驗需要，引導學生初步觀察，并了解不同實驗材料特征及使用方法。
*開始實驗
教師引導學生開展探究實驗，（注意：探究過程中，應以學生自主探究為主，如果學生遇到操作問題，教師可根據情況選擇為學生展示相應的手部視頻，幫助學生了解探作方法。）
1，建立假設，制作模型
師：要在地下放一條管道。要求管道體積大能裝水而且上面要鋪路有車通過。閱讀材料，說一說，現在有三種形狀的管道（圓柱、三棱柱、長方形柱體）供你選擇，你在選擇時需要考慮什么？（提示：需要考慮要承重，而且要能裝水）
學生思考提出自己的選擇以及依據。
師：你認為這三款可能哪一種承重最好、而且能裝最多的水？ （或三個一樣）為什么？學生兩人一組，根據圖片，說明自己的選擇依據。（提示：學生說出依據即可）
師：接下來我們通過實驗，依次測試這三個柱體，它們的承重和體積如何。
師：思考：觀察這三個箱子（提示： ppt當中的圖片） ，你認為哪個箱子體積大？我們說體積大請用通俗的話來說一說，你認為體積是什么意思？ （提示：意味著它能裝更多東西）那么這三個呢？ （提示：見ppt當中三個柱形） ，你能否通過眼睛看就比較出來呢？ （提示：不能）
學生觀看ppt圖片，聯系生活，理解體積的概念。
師：如果將同樣的方法用來比較這三種柱體的體積，根據手中素材你要如何去做？ （提示：用卡紙制作模型，然后將毛球放進去，比較）
學生討論并陳述自己的假設。
師：如何測定它的承重呢？生活中我們是如何測試物體是否能承重？ （提示：在上面放東西）我們要如何把這個方法應用到測試柱體的承重能力方面呢？
學生聯系生活建立假設。
2，驗證推測，確定最優模型，
師：根據手部視頻，現在我們用相同材質和大小的卡紙（提示：教師引導學生將三張卡紙疊加在一起了解大小相同） ，制作三種柱體的模型。利用大小相同的毛絨球分別放入三種不同的柱體內，測試比較每種柱形可以盛毛絨小球的數量，將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
學生兩人一組根據手部視頻，并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
師：接下來我們來測試承重能力。根據手部視頻（提示：需要兩探一樣厚的書籍把它們分別放在兩側，作為輔助。另外拿出三張卡紙分別做出拱形、三棱柱形和長方形置放于兩本固定的書籍中間，將橡皮磚放書籍中間的管道上，觀察管道的變形情況） ，進行測試，并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
學生根據手部視頻完成測試，并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
3.優化方案，再次測試
師：在測試三校柱形時你遇到了什么問題，你準備如何測試它的承重能力？
學生提出自己的解決方案。（提示：測試三棱柱形時由于磚體放上去不穩定，可以在上邊鋪一張紅色卡紙再將磚體放上去)
師：根據手部視頻，再次調整自己的實驗過程，補充實驗記錄單記錄結果。
學生根據手部視頻再次測試。注意：測試三角形的時候由于磚體放上去不穩定，可以在上邊鋪一張卡紙再將磚體放上去。）
4.分析實驗，得出結論
師：通過實驗測試你有什么發現？哪種形狀的管道裝的毛絨小球最多？哪種最少？哪種形狀的承壓性最，好？綜合分析在材料一定的情況下，哪種形狀更適合做管道？
學生根據實驗結果，得出實驗結論。5.拓展活動
師：國柱體除了作為管道，你還在哪些地方見過圓柱體？ （提示：橋墩）請根據本節課的實驗設計思路，來測試一下為什么橋墩不是三校柱而是圓柱體更多。
學生將三種柱體立起來，將書本累加在上面，比較哪個柱體可以承重更多。
三、討論與分享（10min）
教師引導學生對以下問題展開討論，分享自己的觀點。
1.在材料一定的情況下，圓柱體、長方體、三棱柱哪個的體積最大？這對于管道有什么意義？2.哪一個柱體的承重效果最好，不容易變形？
四、實驗結論(5min)
師：通過這個實驗，請陳述一下你所看到的現象，并解釋這個實驗現象背后的科學原理。（教師可根據學生分享與討論的內容，結合以下信息做簡要總結。)
總結：
師：使用同樣面積的卡片分別制作成圓柱體、長方體、三棱柱，將小球依次裝入三個不同的柱體后呈現的結果如下：圓柱體容納小球最多，長方體次之，三棱柱最少；分別將四塊橡皮磚放置于圓弧，長方形和三棱柱形上以后，半圓形和三棱柱形變形不明顯，長方形變形較明顯。由于圓弧形成的拱形多個點分散了來自上方的壓力，（詳見Pt圖）綜上：圓柱體的容納量最多且承壓型較好，所以在建造管道的時候我們多使用圓柱形的。
(提示：教師可根據師訓視頻中的實驗總結部分，了解本次實驗的原理。)
五、拓展與遷移（5min）
科學大講堂
教師可利用“科學大講堂”視頻，幫助學生拓展本節課相關知識。
師：科學大講堂中發生了哪些有意思的事情和有趣的實驗呢？讓我們一起去看看吧。播放科學大講堂視頻。
六、回顧與總結（5min）
教師請學生拿出活動單頁，引導學生完成自我反思與評價。
師：經過本節課的學習，你得到哪些收獲和成長？請將你本節課的實驗收獲和心得以及還需提高和優化的部分記錄在《回顧與總結》表中，并對自己本堂課在科學興趣，科學實踐、科學思維方面的成長給子評價。(共31張PPT)
地下的管道
1.視頻當中，你觀察到管道一般都在哪里？
2.增加管道后，它還進行了什么樣的工作？
1.觀察比較這幾種管道，它們主要有哪些用途？
污水管道
暖氣管道
通風管道
地下水供水管道
2.這些管道有什么共同之處
為什么這個形狀的地下管道更常用呢？這是為什么呢？
今天我們就利用手邊的材料，通過測試比較來解決“管道為什么多數是圓柱體的”這個問題。
灰色卡紙
紅色卡紙
毛絨球
橡皮磚
剪刀
提示：其中剪刀、直尺和雙面膠來自工具包，使用完畢后放回工具包當中。
直尺
雙面膠
1.選擇管道形狀
要在地下放一條管道。
要求：管道體積大能裝水而且上面要鋪路有車通過。
圓柱
三棱柱
長方形柱體
說一說，現在有三種形狀的管道（圓柱、三棱柱、長方形柱體）供你選擇，你在選擇時需要考慮什么？
你認為這三款可能哪一種承重最好、而且能裝最多的水？（或三個一樣）為什么？
接下來我們通過實驗，依次測試這三個柱體，它們的承重和體積如何。
觀察這三個箱子，你認為哪個箱子體積大？
2.什么是體積？怎么比較體積？
長方形柱體
那么這三個呢？你能否通過眼睛看就比較出來呢？
圓柱
三棱柱
體積有時候能通過“看”來判斷，有時候不行。想一想，你有什么辦法比較它們三個的體積。
觀察材料，你認為哪種材料可以幫助你比較出它們的體積大小 。
如何測定它的承重呢？生活中我們是如何測試物體是否能承重？我們要如何把這個方法應用到測試柱體的承重能力方面呢？
3. 如何比較承重？
現在我們用相同材質和大小的卡紙，制作三種柱體的模型。
4.驗證你的推測，哪一種體積更大？
利用大小相同的毛絨球分別放入三種不同的柱體內，測試比較每種柱形可以盛毛絨小球的數量。
5. 測試承重力
接下來我們來測試承重能力。
在測試三棱柱形時你遇到了什么問題，你準備如何測試它的承重能力？提出自己的解決方案。
調整自己的實驗過程，補充實驗記錄單記錄結果。
通過實驗測試你有什么發現？哪種形狀的管道裝的毛絨小球最多？哪種最少？哪種形狀的承壓性最好？
綜合分析在材料一定的情況下，哪種形狀更適合做管道？
6. 分析數據，得出結論
圓柱體除了作為管道，你還在哪些地方見過圓柱體？
7. 拓展活動
請根據本節課的實驗設計思路，來測試一下為什么橋墩不是三棱柱而是圓柱體更多。
將三種柱體立起來，將書本累加在上面，比較哪個柱體可以承重更多。
1在材料一定的情況下，圓柱體、長方體、三棱柱哪個的體積最大？這對于管道有什么意義？
2.哪一個柱體的承重效果最好，不容易變形
3.你認為管道為什么更多選擇圓柱體？
使用同樣面積的卡片分別制作成圓柱體、長方體、三棱柱，將小球依次裝入三個不同的柱體后呈現的結果如下：圓柱體容納小球最多，長方體次之，三棱柱最少；分別將四塊橡皮磚放置于圓弧，長方形和三棱柱形上以后，半圓形和三棱柱形變形不明顯，長方形變形較明顯。
由于圓弧形成的拱形多個點分散了來自上方的壓力，綜上：圓柱體的容納量最多且承壓型較好，所以在建造管道的時候我們多使用圓柱形的。
請你回顧本堂課的學習過程
用心記錄下自己的成長與收獲吧！

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