认识工程教学设计
【教材分析】《认识工程》从学生对第1课房屋建造工程的回顾入手，引出本课对其他工程的学习和认识。本课主要包含三个活动：第一个活动是让学生通过搜集、分析资料的方式了解港珠澳大桥的建设目的、意义，实际建设中受到的限制、挑战，以及工程师攻克难关的过程和勇于创新的精神。第二个活动是在了解房屋和港珠澳大桥的建设过程后，让学生采用归纳的方法对工程建设过程的相似步骤进行梳理。第三个活动是通过分析每一项工程的建设过程，让学生了解工程与科技进步的关系。
【学生分析】
经过第1课的学习后，学生对工程有了较高的学习兴趣，并且能够在小组活动中表现出一定的表达、倾听、沟通和调整的能力。学生对于港珠澳大桥的认识，大多来源于新闻报道。因此，搜集资料、处理信息是本课的主要学习方式。在搜集文献资料时，学生应重点关注港珠澳大桥、“中国天眼”、高铁、鸟巢、空间实验室等宏大工程的规划、建设历程及其过程性资料。本课有助于培养学生搜集和分析处理信息的能力。
【教学目标】
科学概念目标
1.许多发明创造来源于对生活的观察，可以在自然界找到原型。
2.工程建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成。
3.工程需要在一定的限制条件下完成任务，要经历类似的建设过程。
科学探究目标
1.能通过阅读资料知道工程建设需要面临的限制条件有哪些，又是怎样解决难题的。
2.能根据工程案例归纳出工程建设过程的相似步骤。
3.能了解工程建设所需的科学技术支持，分析工程与科学技术的关系。
科学态度目标
1.认识到工程建设的艰难，从而产生对建设者的敬仰之情。
2.进一步唤起学习工程的兴趣，激发做一名小小工程师的愿望。
科学、技术、社会与环境目标
1.进一步认识到科学技术与工程的相互关系。
2.进一步认识到科学技术对社会发展的重要作用，人类的好奇心及社会的需求对科学技术发展的积极促进作用。
【教学重难点】
重点：根据港珠澳大桥工程案例，了解工程建设的艰巨与复杂，归纳工程建设过程的相似步骤。
难点：根据四大工程案例分析工程与技术的关系。
【教学准备】
为学生准备：港珠澳大桥相关资料、学生活动手册。
教师准备：港珠澳大桥文字与视频等资料，鸟巢、“中国天眼”、高铁、空间实验室的照片、技术简图等资料，班级记录表、教学课件。
【教学过程】
一、聚焦
（一）教师出示上节课的班级记录表，引领学生回顾前知
谈话：我们先观察上节课的班级记录表，你们能回忆起上节课的知识吗？住房有哪些主要的结构与系统？建造住房具体的实施过程分哪些步骤？
（一块砖，一面墙，一个房间，一个单元，一层楼，一幢楼，一个小区，一个区域）
（水电系统，网络系统）
（设计规划，投标，论证，实施）
预设学生回答：住房有很多复杂的结构与系统，包括承重结构、供电系统、上下水系统等。实施过程主要包括规划、设计、施工等步骤。
（二）聚焦本课话题
谈话：港珠澳大桥工程的建设过程又是怎样的？它们在建设过程中有什么共同特点？我们带着问题开始学习吧。
设计意图：引导学生将学习视角从住宅工程聚焦到港珠澳大桥工程。比较住房工程与港珠澳大桥工程，感受小型工程与大型工程的区别，进一步提升学生的学习兴趣。
（在家堆积木建设房屋，你们很在行，港珠澳大桥试试呗，未来的工程师们）
二、探索
（一）阅读或观看港珠澳大桥的相关资料，试着整理和归纳下面的问题
1.利用教科书图片引入。
谈话：我们一起通过图片来感受港珠澳大桥的宏伟。
2.学生阅读资料。
学生阅读教科书文字资料，思考以下四个问题。
（1）为什么要建造港珠澳大桥？
（2）大桥的建造面临了哪些限制和挑战？
（3）这些问题都是怎样解决的？
（4）大桥的建造经历了哪些主要过程？
3.教师指导学生逐一研究，解释每个问题的指向。
问题一：为什么要建造港珠澳大桥？
谈话：第一个问题指向建造港珠澳大桥的目的和意义，主要从政治、经济、文化、交通现状等资料中筛选。
问题二：大桥的建造面临了哪些限制和挑战？
谈话：第二个问题指向大桥的建造面临的限制和挑战，可以从周边地理环境特点、建设施工标准等方面进行总结；也可以根据文中提供的线索，寻找建设桥、岛、隧一体大桥的原因。
问题三：这些问题都是怎样解决的？
谈话：第三个问题指向解决办法和克服困难的过程，大桥的建造需要巧妙的设计规划和先进的技术做支持。
问题四：大桥的建造经历了哪些主要过程？
谈话：第四个问题指向建造大桥的主要过程，需要从不同的资料中提炼，包括规划准备阶段和建设阶段的重要时间节点。
4.小组进行资料整理、分析。
学生按照上一环节获得的提示，处理文献资料。小组内学生补充各自课前搜集到的各种信息。组内交流分享，共同完善本组答案。
（以上信息如何通过，老师通过幻灯片，视频播放，缓缓提醒，然后让学生自己感知，总结？）
5.全班共同研讨交流。
问题一：为什么要建造港珠澳大桥？
教师引导：大家通过观看珠三角两岸城市群地图、土地面积占比与GDP占比、大湾区经济圈概念等资料文献，能说说为什么要建造港珠澳大桥吗？
预设学生回答：在经济、政治、文化方面有不同意义。
问题二、三：大桥的建造曾面临哪些限制和挑战？这些问题都是怎样解决的？
学生活动：搜集信息，以“限制和挑战”“解决办法”两项内容对应排列。
限制和挑战
解决办法
大桥要经过通向香港的唯一航道，桥面高度必须要超过80米，桥塔高度超过200米，而香港机场不允许有超过88米的建筑物出现
在这片水域上修建六七千米长的海底隧道和22.9千米长的跨海大桥
桥梁和隧道需要用岛屿连接，但这片海域上没有任何可用的岛屿
修建人工岛
建岛的海床上有15到20米深的淤泥，机械会滑出，移走淤泥又会对海洋造成毁灭性污染
用圆钢筒围岛
问题四：大桥的建造经历了哪些主要过程？
提问：我这有新闻报道，大家能从中筛选出建设施工中的重要节点吗？
学生交流汇总：
2009年12月15日，港珠澳大桥正式开工建设。2015年2月23日，青州航道桥56号墩索塔“中国结”结形撑首个节段（J3节段）吊装成功。
2015年8月23日，江海直达船航道桥首个“海豚”塔成功吊装。
2015年9月6日，主体工程220座墩台全线完工。
2016年6月29日，港珠澳大桥主体桥梁合龙。
2016年9月27日，港珠澳大桥主体桥梁全线贯通。
2017年7月7日，港珠澳大桥海底隧道正式贯通。
2018年2月，港珠澳大桥主体工程通过交工验收，具备通车试运营条件。
6.教师总结。
谈话：大家回顾整理出的资料，再次感受大桥建造过程的困难与复杂。
小结：从前期准备到建设完成的十余年间，港珠澳大桥在建造过程中遇到的困难还有很多。工程团队不断突破技术难关，才解决了这些难题。完成这类宏大的工程，依赖的核心是技术。
设计意图：本环节需要学生与教师共同从搜集的资料中整理、分析出四个问题的答案。通过学生明确信息寻找方向、拓展多种资料、整理处理信息、分析得出结论这一活动过程，培养学生搜集、处理、分析文献资料并从中获取信息的科学探究能力，加强对工程复杂性、科学性、系统性的理解。
（问自己:如何选择资料，约家长一起参与，还是老师提前准备好。）
（二）梳理工程建设过程的相似步骤
1.教师引导：通过上一环节中的时间线，我们梳理了港珠澳大桥建造的主要过程。对比上节课房屋建造的过程，我们来归纳一下工程建设过程要经历的步骤。
2.小组讨论交流：通过建造房屋工程与港珠澳大桥工程的对比，总结出两个工程的相同点，即都需要规划设计和施工建造两大过程。
3.教师点拨：通过港珠澳大桥工程案例中的时间点，计算整个工程所用的时间和从开工到竣工所用的时间，然后对所用的时间进行比较分析。
预设学生发现：施工阶段在整个工程中所占时间并不是最多的，占用时间最多的是前期的规划和设计阶段，如分析工程中的限制和挑战以及研究相应的解决办法。
4.归纳工程建设过程的相似步骤。
（1）明确一个要解决的问题。
房屋：解决住房问题，保证住宅安全、适用、卫生、经济。
港珠澳大桥：建造一座跨海大桥，连通珠三角地区东西部，缩短行程，为政治、经济、文化的传递提供一个纽带。
（2）在限制条件下进行设计。
限制条件包括时间、费用、可用材料、环境、抵抗自然界的破坏能力等。
（3）制作一个模型，测试这个模型，评估并改进。
制作房屋模型，对楼体高度、结构形式进行测试，确保建筑物的坚固性和安全性，从各个方面验证建筑物的应力。
谈话：以评估港珠澳大桥的四个可选方案为例，取舍原因如下。斜线方案会导致大桥阻水率过高，造成大桥周围沉积沙土，伶仃洋可能变为伶仃河；西侧垂直线方案会割裂珠海市空间或破坏珠海沿海景观；东侧垂直线方案在港珠澳大桥东人工岛的基础上，修一条垂直连接线通往深圳蛇口，将挡住航道。因此舍弃了三种双Y模式设计，最终确定采用Y型线路，分别连接香港、珠海和澳门三地。
设计意图：通过房屋与港珠澳大桥的对比，引导学生思考，设计完成后并不能直接施工，而是要按照设计制作模型，再对模型进行测试、评估和改进，循环往复，直到设计达到各种限制条件的要求，趋于完美，万无一失。
（4）实施建设。
在实施建设过程中，要严格按照设计来施工，不可随意更改。如果遇到设计中未出现的情况，要重新进行规划设计，确定可行性后再进行施工。
5.学生完成活动手册记录。
学生跟随教师一起完成活动手册记录。
教师重点提示：要加强对设计在工程环节中的重要性的认识。
设计意图：教科书呈现了一个工程建设过程的简要步骤示意图，意图有两点：一是给学生提供一个归纳总结的参考；二是重点强化设计的往复过程，通过大桥的多个设计方案的取舍和改进实例，引起学生对设计在工程环节中的重要性的认识，指向工程的关键是设计这一核心概念。
（三）了解这些宏大工程与科技进步的关系
1.提问：回顾房屋和港珠澳大桥的建造过程，你知道工程中可能用到哪些技术吗？
预设学生回答：运输、制造、冶炼、力学、建筑、电子、燃料、机械、通信等技术。
2.观察教科书中“天眼”、高铁、“鸟 巢”体育场和“天宫”空间站四大工程的图片，结合课前搜集的资料，分析这些工程分别采用了哪些技术。
3.小组研讨。
师生共同总结：每一项宏大的工程都采用了大量上述技术，证明了工程离不开技术的支持。
4.教师进一步举例，列举工程推动技术发展的例子。
例如，建造鸟巢所需钢材要求轻便且荷载能力大，国内钢铁厂便专门研制了Q460E-Z35钢材。又如，港珠澳大桥桥梁焊接的技术标准高，中铁山桥集团便研发了世界上规模最大、精度最高的机器人焊接系统。
5.提问：工程与技术有什么关系？
学生开展自由讨论。
小结：工程利用了大量技术成果，建设工程的过程中遇到的难题也推动了技术的发展。
6.总结：通过分析每一项工程的建设过程，我们都可以感受到科学技术在其中发挥的重要作用。每一项工程都包含了大量的科学原理，应用了大量的科学技术，没有科学技术的支撑，就不可能完成如此浩大的工程。与此同时，工程实施过程中面临的各项困难和技术难关也是对科学技术提出的更高要求，推动着科学技术不断发展。可以说，科学技术进步支持工程的实施，工程也推动着科学技术不断发展。
设计意图：小组分析讨论的结果并不需要真正选择出所有需要的技术，而是通过这种形式使学生主动感受到工程采用了大量技术，深化学生对工程与技术关系的认知。
三、研讨
（一）通过两节课的学习，我们对工程有了哪些认识？这些认识的依据是什么？
学生围绕这个问题开展交流讨论。教师引导学生理解以下两个方面的内容。
1.工程是一项复杂、整体、协调的工作。
2.设计与施工同等重要，甚至设计更为重要。
（二）完成一项工程要经历哪些重要的工作阶段？
1.学生开展自由讨论。教师引导学生利用活动手册梳理工程步骤并进行总结。
2.师生交流总结：完成一项工程要经历重要的工作阶段，包括明确一个要解决的问题；在限制条件下进行设计；制作一个模型；测试这个模型，评估并改进；再重新设计建立模型，再测试，再改进完善。循环往复，直到设计达到各种限制条件的要求，才开始实施建设。
（三）工程与技术的关系是怎样的？
1.学生交流讨论。
2.小结：工程项目包含大量的科学原理，利用大量的科学发现，不断推动技术的发展。技术与工程是相互促进、相辅相成的关系。
（四）假如让我们做一名小小的工程师，我们都要完成哪些工作呢？
1.教师引导学生积极讨论，自由交流。
2.学生汇报：发现建造工程的每个阶段都很重要，都需要有专业知识和技能的工程师去做。最重要的是设计。
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