苏教版五年级下册第二单元仿生 《蛋壳与薄壳结构》
【课标落实】
1．本单元通过一系列观察、探究、设计等活动，落实《课程标准》高年级的课程目标。
（1）科学知识：
认识人类与自然资源和能源的关系。
了解技术是人们改造周围环境的方法，是人类能力的延伸，工程是依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。
了解科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。
（2）科学探究：
能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。
能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。
能基于所学的知识，采用不同的表述方式，如科学小论文、调查报告等方式，呈现探究的过程与结论；能基于证据质疑并评价别人的探究报告。
能对探究活动进行过程性反思，及时调整，并对探究活动进行总结性评价，完善探究报告。
（3）科学态度：
表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行研究的兴趣。
能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计与制作，培养创新精神
（4）科学、技术、社会与环境：
了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。
2．本单元学习内容基于《课程标准》课程内容中 “技术与工程领域”的高年级段要求。
17.1技术发明通常蕴含着一定的科学原理
知道很多发明可以在自然界找到原型，能够说出工程师利用科学原理创造的实例。
18.2工程的关键是设计
利用摄影、文字与图案、绘图或实物，表达自己的创意与构想。
将自己简单的创意转化为模型或实物。
根据现实的需要设计简单器具、生产物品或完成任务。
【教材分析】
本课从关注蛋壳的结构特征到认识与之相似的拱形结构，并通过探究拱形结构的精妙之处，了解拱形结构在仿生学在建筑物上的应用，本课内容由四部分组成。
第一部分，研究鸡蛋壳的形状特点。这里包括两个活动，一是指导学生观察并描述蛋壳的特点，激发他们的学习兴趣；二是探究蛋壳的独特之处，通过试着握碎鸡蛋、戳破蛋壳、用蛋壳承载重物，发现蛋壳承受力的形状优势。
第二部分，观察比较蛋壳和拱形的外形，并通过测试拱形结构的承重能力，发现拱形和蛋壳都具有承受力大的特点。
第三部分，认识拱形建筑和建筑物上的拱形结构，引导学生关注生活中这类仿生物体的应用，进一步夯实对拱形优势的理解。
【教学目标】
科学知识：
1．知道蛋壳的特点。
2．认识拱形和蛋壳都具有承受力大的特点。
3.了解拱形结构在仿生学在建筑物上的应用。
科学探究：
1．能基于所学知识，在事物观察后提出可探究的科学问题。
2．尝试用握、压等方式破坏蛋壳，直观感受蛋壳的稳固。
3．通过对比蛋壳和拱形，探究两者之间的关系。
科学态度：
1．在进行合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。
科学、技术、社会与环境：
1．了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。
【教学重点】
探究蛋壳和拱形的承重能力。
【教学难点】
探究拱形的承重能力。
【教学准备】
教师材料：课件和视频
学生材料：完好的鸡蛋，蛋壳，平板，纸张，重物。
教学过程
由课题直接导入：
读一遍课题，你从课题中能猜一猜我们今天要来研究什么呢？
新知讲解
一、观察鸡蛋壳的形状特点
材料准备：鸡蛋壳，放大镜
1.观察并描述鸡蛋壳的特点
观察方法
眼睛直接观察
借助放大镜观察
用手摸
观察顺序：外→内
鸡蛋呈椭球形，外表光滑，表面有细微的气孔，内部有一层薄膜。
新知讲解
鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，并不坚硬致密。
用手掰一掰鸡蛋壳，有什么发现？
易碎
新知讲解
2.研究蛋壳的精妙之处
（1）比一比谁是大力士
用手能把1 枚鸡蛋握碎吗？
不易握碎
注意：用力要均匀，不能掐、磕。
新知讲解
通常情况下，蛋壳厚度只有0.38毫米。
蛋壳这么薄，为什么禁得住这样的挤压？
鸡蛋是椭球形的，用手握鸡蛋时，手部施加的压力能被蛋壳外凸的曲面分散，所以鸡蛋不易握碎。
蛋壳内附着的一层富有弹性的薄膜所产生的预应力，能拉紧整个蛋壳，增加了蛋壳的抗压能力。
新知讲解
（2）4 枚鸡蛋能支撑多重的物体？
将 4 枚鸡蛋立在桌面上（每枚鸡蛋的上下两端用塑料瓶盖固定），在上面放一块平板，再在平板上逐个加放重物。
注意：重物要轻放，逐步放，越往后重物越要小心轻放。
新知讲解
实验现象
从外部给蛋壳施压，蛋壳具有较大的承重力。
鸡蛋能承受很多本书的重力。
实验结论
新知讲解
解释：蛋壳为什么能承受这么大的压力？
鸡蛋表面的曲面结构能够很好地分散所承受的压力，因此鸡蛋壳虽然很薄，但它承受外界冲击的能力较强。
新知讲解
二、观察比较蛋壳和拱的外形
（1）在蛋壳上画一条线，这条线是什么形状的？或者说像什么？
这条线是拱形，蛋壳曲面可以看成由无数的拱形拼接而成。
新知讲解
外形为弧形的建筑结构被称为拱。
无梁殿没有木梁、木柱，全殿用砖石砌成大大小小的拱券结构。
新知讲解
（2）你见过哪些拱形建筑或建筑上的拱结构？
常见的拱形：拱门、牌坊、城堡、水渠、宫殿等。
新知讲解
著名拱形建筑：法国的凯旋门、中国的赵州桥、古罗马水渠等。
新知讲解
（3）拱结构应用这么广泛，它有什么优点呢？同学们，在工程建筑领域，牢固，稳定，承重力是非常重要的，拱结构也具有这样的特点吗？让我们来测一测拱的承重能力吧。
材料准备：木块4个，A4纸2张，硬币8个，直尺1把。
新知讲解
实验步骤
① 平行摆放两块小木块，小木块间距离小于A4纸的宽度。A4纸平放两木块之上，做成平桥。
②同样的A4纸拱成拱形，两底边用木块抵住，做成拱桥。
③分别在平桥和拱桥上逐个加放垫圈，直到桥面坍塌。
注意：桥墩不可移动，桥墩距离一样。
垫圈大小一样，要轻放。
新知讲解
实验记录
平桥 拱桥
1个垫圈
2个垫圈
3个垫圈
4个垫圈
……
实验结论：
拱形桥面的承重能力比平桥的桥面承重能力强。
新知讲解
拱为什么能承受巨大的压力？
拱能把受到的压力向下和向外传递给相邻的部分，如果能抵住外推力，拱就能承受巨大的压力。
新知讲解
三、认识薄壳结构
薄薄的鸡蛋壳之所以能承受很大的压力，是因为蛋壳曲面可以看成由无数的拱拼接而成的，能够把受到的压力分散到蛋壳的各个部分。人们从蛋壳中得到怎样的启示？
人们从蛋壳中得到启示，发明了薄壳结构。薄壳结构具有优越的受力性能，且轻便省料，因此在建筑中被广泛使用。
新知讲解
科学阅读：薄壳结构
在自然界中，一些植物的种子外壳、动物的蛋壳和各种贝壳，都是天然的薄壳结构。它们用很少的材料获得无比坚硬的外壳，以抵御外界的侵袭。
以蛋壳为例，通常情况下，蛋壳厚度只有0.38毫米。这么薄的蛋壳，简直不堪一击。然而，蛋壳的形状可以增大它的承受力，凸出向外的曲面能把压力分散。特别是当它均匀受力时，抗压性就更强了，远不是看上去的那么脆弱。
人类从蛋壳这样的天然壳体中受到启发，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，将各种形式的薄壳结构运用到大跨度的建筑中。这些薄壳结构的建筑能够达到力学设计的基本要求——用料少，抗压能力强。
寻找生活中的薄壳结构建筑或物品，与大家分享吧。
新知讲解
薄壳结构建筑
国家大剧院
悉尼歌剧院
新知讲解
薄壳结构的物品
灯泡
安全帽
帐篷
课堂练习
1.下列说法正确的是（ ）
A.人不可能站在鸡蛋上
B.一张A4纸不可能托起一块红砖
C.蛋壳具有较大的承重力
2. 蛋壳很薄，但用手使劲捏压一个完整的鸡蛋，鸡蛋却能保持不破，这是因为鸡蛋的形状近似于（）
A.圆顶形
B.球形
C.拱形
C
B
课堂练习
3.拱形能承载很大的重量是因为（ ）
A.拱形比较厚
B.受到的压力向下和向外传递给相邻的部分
C.拱形的形状好看
4.人们根据( )的结构，发明了薄壳结构屋顶，既坚固又节省材料。
A.鸟 B.蛋壳 C.植物的叶子
5.从一定高度落下铅笔，哪种蛋壳容易戳破？（ ）
A.凹面朝上的
B.凸面朝上的
C.凹面朝上的或凸面朝上的
B
B
A
课堂练习
1.鸡蛋呈椭球形，外表粗糙。（ ）
2.蛋壳曲面可看成由无数的拱形拼接而成。（ ）
3.拱桥的承重能力大于平桥。（ ）
4.薄壳结构是仿生学的具体应用。（ ）
5.建筑物没有横梁一定不安全。（ ）
6.安全帽很薄，偷工减料。（ ）
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课堂总结
本节课，通过研究鸡蛋壳的形状特点发现蛋壳抗压能力的优势，在和拱的外形比较与测试中发现拱也具有抗压能力强的特点。通过阅读了解人们受蛋壳的启示发明了薄壳结构，并在建筑等领域广泛应用。
板书设计
蛋壳与薄壳结构
蛋壳
拱
承受巨大压力
薄壳结构
作业布置
查阅资料，搜集更多的薄壳结构建筑或物品的照片，粘贴在活动手册上。
