STEM主题教学案例——我的投石机

STEM主题教学案例

   8.我的投石机

泉州市丰泽区实验小学潘山校区   何秀晶

【主题内容分析】

投石机，上古时代的一种攻城武器，是古代劳动人民用智慧创造出来的，在现今已成为一项科技竞赛项目。

本主题结合五年级橡皮筋弹力知识、六年级杠杆原理及框架结构的稳定性，引导学生利用身边常见的材料设计制作一架简易微型的投石机。包含了以下活动流程：

引入问题与确定需求：设计并制作一架投石机

调查研究与学习支持：投石机原理及结构的认识

分析观点与建立模型：我的投石机的设计与制作

测试优化与解决问题：我的投石机投射效果的测试

投石机的展示与评价

    本主题将引导学生像工程师一样经历工程的设计、制作、测试、优化迭代的过程，在综合性、项目化的深度学习中，内化整合科学、技术、工程、数学各学科的知识，培养了学生解决问题的能力、创新能力、合作与沟通的能力，对学生核心素养的培养极具有积极意义。

【主题教学目标】

科学（S）

探索杠杆原理、弹力在投石机中的应用。

体会不同材料的性能与用途的关系。

能够找到使结构稳定的方法

技术（T）

能够具有初步的设计能力和工程绘图能力。

学会使用皮筋绑扎的方法制作稳定的结构。

能够用身边的一次性筷子、橡皮筋、饮料瓶盖子等物品完成投石机的设计制作。

工程（E）

能够按照设计图完成投石机的制作，并在制作过程中针对遇到的问题调整改进。

能够在制作完成后有效测试投石机的投射效果，并能总结经验不断优化模型。

数学（M）

测量记录投掷的距离和准确度。

估算动力臂和阻力臂的长度，确定支点的位置。

【适用年级】

六年级

【建议课时】

5课时

【材料清单】

学生分组活动材料准备：

平板电脑若干、刻度尺1根、笔1支、橡皮4块、1号材料盒（ 19cm筷子15根、30cm筷子5根、橡皮筋25条、钩码4个、塑料瓶盖5个、泡沫胶1个、透明胶1个、剪刀1把、活动记录单1张）、2号材料盒（投掷物1块、粉笔1、卷尺1个）、补充自助材料站

教师教学材料准备：

地面标记线、小组编号贴、小组编号台卡（大、小）、希沃教学助手软件、课件

【主题教学过程】

第一课时：引出问题与确定需求

目标

体会科学和技术紧密相连，感受人类的智慧创造。

学会通过网络平台查阅资料，提升自主学习能力。

小组自主学习和交流，体验合作和倾听的乐趣。

活动一：创设情境，项目导入

1.视频播放电影《魔戒》中的战争场面。

    小明在电影《魔戒》壮观的战争场面中，看到巨大的投石机拉动一根绳子就可以投出像汽车一样大小的石块，对它的破坏力感到十分震惊！观后，他查阅了相关资料，也想尝试着制作一架属于他自己的投石机模型。你和你的小伙伴们能否发挥你们的聪明才智，一起来帮帮他呢？

2.出示项目主题：设计制作一架微型投石机，重现古人的智慧创造。

活动二：查阅资料，自主学习

1.小组使用平板电脑，连接网络查阅相关资料，完成自主学习任务单：我了解到的投石机。

2.小组交流分享调查结果

每组有三分钟的时间进行交流，其他小组认真倾听。

第二课时：调查研究与学习支持

目标

了解投石机的工作原理

认识投石机的基本结构

探究杠杆原理在投石机中的应用。

估算动力臂和阻力臂的长度，确定支点的位置。

学会使用皮筋绑扎的方法制作稳定的立体支架结构。

活动三：了解投石机的原理

1.观看投石机工作的动图，分析投石机的原理。（杠杆原理）  

2.要实现投石机远程抛物的作用，它的杠杆需有何特点？

（1）分组用刻度尺、笔、若干橡皮等材料模拟一个简易杠杆（动力和阻力均由橡皮提供），探究利用杠杆实现远程抛出橡皮的方法。

（2）师用希沃教学助手直播学生的探究过程。

（3）汇报交流实验结论，明确投石机杠杆的特点。

活动四：认识投石机的基本结构

1.仔细观察历史上各种投石机的图片，小组讨论交流投石机应有的基本结构。

其基本结构：支架、支点、投射杆、载物台、动力装置

2.探究：什么样的支架结构最稳定？

（1）小组利用提供的一次性筷子和橡皮筋设计制作一个尽可能稳的立体支架结构。

要求：a.稳定，能承载一本《新华字典》的重量。

b.尽可能得节约成本。

（2）师用希沃教学助手直播学生的制作过程。

（3）小组展示交流，总结出经验：利用三角形的稳定性

3.哪些方法可以提供投掷的动力？

阅读平板电脑里的资料卡，说一说有哪些方法可以提供投掷的动力？

重力投石机    人力投石机   弹力投石机    扭力投石机

第三课时：分析观点与建立模型

目标

体会不同材料的性能与用途的关系。

能够具有初步的设计能力和工程绘图能力。

小组合作，按照设计图用身边的一次性筷子、橡皮筋、饮料瓶盖子等物品完成投石机的制作。

活动五：设计“我的投石机”

1.课件出示“自选材料站”的材料图片及材料成本。

2.取出自助材料盒，观察材料各结构及性能，小组讨论交流：

（1）选择哪些材料，设计制作什么样的投石机呢？

（2）在设计时要考虑些什么问题呢？   稳定   投得远   投得准   成本   美观

3.出示评价量表，明确评价要求，并用量表中的评价标准去指导自己的设计。

4.温馨提示：

        （1）活动流程：观察材料      选料      设计。

（2）完成项目报告单（见附件）的选材及设计部分。在设计图上没法表现的方面，可以在旁边用文字补充说明。

（3）只设计不制作。

（4）小组分工合作，协调配合。

（5）活动时间：10分钟，活动结束音乐响起时，迅速整理器材。

5.小组设计，师巡视并用希沃教学助手拍照上传各小组的设计方案。

活动六：制作“我的投石机”

1.温馨提示：

（1）严格按照设计图完成制作，材料不足的可以到自助材料站补充领取。

（2）制作使用剪刀时，要注意安全。

（3）小组分工合作，协调配合。

（4）活动时间：20分钟，活动结束音乐响起时，迅速整理器材。

2.小组按照设计图开展制作，师巡视并用希沃教学助手直播记录各小组的制作过程。

第四课时：测试优化与解决问题

目标

测试并记录投石机的投掷距离和投掷准确度。

小组合作完成投石机的性能测试，能针对遇到的问题及时调整改进。

活动七：“我的投石机”的性能测试

1.出示测试任务:

（1）投掷距离测试

    各小组依次在起点线投掷同一重物3次，记录每次投掷物的投掷距离（以第一次的落地点为准，测量与起点线的垂直距离），最后取最大投掷距离为该投石机模型的射程。

（2）投掷准确度测试

    在距离起点线1米处放置三只纸杯，各小组依次在起点线处投掷同一重物（橡皮）10次，记录投进纸杯的次数。

2.任务要求：

（1）领取2号材料盒，到活动区域各小组指定位置进行测试任务。

（2）完成项目报告单的测试表格。

（3）测试时间：20分钟，活动结束音乐响起时，迅速整理器材。

3.测试

各小组领取2号材料盒，到活动区域完成测试任务。

4.收集汇总测试数据，根据两次测试的名次确定各组得分，填入评价量表。

第五课时：投石机的展示与评价

目标

小组合作，共同展示和分享交流自制的投石机。

能够分析测试数据，反思总结经验并尝试不断优化模型。

通过量化评价，提升小组自我评价以及小组互评的能力。

体会成功制作投石机的乐趣，乐于改造和创新。

活动八：“我的投石机”的展示交流会

1.小组设计制作成品展示及小组代表汇报：

（1）展示制作的投石机，阐述设计意图及测试的结果，

（2）设计制作过程中遇到了哪些困难？怎么解决的？

（3）你认为你设计的投石机存在什么不足之处？怎么改进？

（4）结合测试时的经验，你觉得还可以怎么调整提高投掷的射程和准确度？

2.每组有三分钟时间进行展示汇报时，其他小组要认真倾听并填写倾听反馈单（本组反馈单不可选本组），并对他们的设计从可借鉴的地方或不足之处提出自己的看法，汇报的小组成员可做出相应的解释说明。

3.根据倾听反馈单现场唱票，按名次确定得分，并将得分填入该组的评价量表。

活动九：“我的投石机”的评价

汇总各组的评价量表成绩，评选出本次投石机设计制作大赛的前三名，并为他们颁发“小小工程师”的荣誉证书。

活动十：拓展延伸

1.说一说，你还想再怎么进一步优化你的投石机模型呢？

引导学生优化或升级他们的投石机，比如设计制作投石机开关的自动促发装置、自动控制系统、可转向的、自动装弹装置、可移动的投石机等。

2.课后作业：结合前面几节课的经验，继续优化你的投石机模型。

作业上交形式：优化后的模型照片发送至老师邮箱。

各位未来的工程师们，再见！   

【板书设计】

我的投石机

项目主题                                 

【附：项目报告单】

项目报告单

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