16．斜坡的启示
【课标落实】
五年级下册科学教案1．本课通过创设真实情境激发问题、建构模型实验探究和综合分析作出解释等活动，落实《小学科学课程标准》高年段的课程目标。
科学知识：
了解科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。
科学探究：
能基于所学知识，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，设计实验方案。
能基于所学知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论。
科学态度：
表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行科学探究的兴趣。
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，技术的发展和应用深深影响着社会发展。
2．本课的学习内容基于《课程标准》课程内容中“技术与工程领域”的高年段要求：
学习内容16.2：知道重大的发明和技术会给人类社会发展带来的深远影响和变化。
学习内容17.3：工具是一种物化的技术。
知道完成某些任务需要特定的工具。
知道斜面是常见的简单机械。
使用斜面解决生活中的实际问题。
【教材分析】
《斜坡的启示》是苏教版科学五年级下册第4单元《简单机械》的最后一课。学生在二年级
下册《认识工具》中操作和使用螺丝刀、老虎钳和羊角锤等简单工具时，对工具的便利已经有切身的体验和初步的认识。同时在本单元前三课的基础上，接着学习斜面这一简单机械，丰富对经典简单机械的认知、体会机械能够省力和便于工作的作用。在教材中还渗透了机械与生活的关联，在生活中寻和发现斜面的应用实例，体会机械对生活的影响。
本课教学内容分四个部分：第一部分，认识斜面。教材首先针对两幅情境图片，引导学生思考解决搬动困难的问题，然后指引学生观察古人建造金字塔时搬运巨石的场景，对比发现斜面的存在价值，引出斜面及其作用。第二部分，探究拉力与斜面坡度的大小关系。通过用弹簧秤测量竖直提起小车的拉力，再测量沿着斜面拉小车的拉力，发现斜坡省力的奥秘，加深对斜面作用的认识。第三部分，认识斜坡原理的应用。教材展现了斜面的两种变形：螺旋和盘山公路，并引导学生思考它们与斜面的关系。为了帮助学生理解斜面的变形，教材用直角三角形纸片缠绕铅笔，直观表现帮助学生理解变形斜面的来由。第四部分，自行车上的简单机械。这一部分不仅与斜面有关，还是本单元的概括和总结。在此，教材首先说明杠杆、轮轴、滑轮、斜面都属于简单机械，都具有降低劳动强度的作用，然后引导学生分析自行车——集成多种简单机械的常见物体——所包含的简单机械，并说明其各自的作用。
【学情分析】
通过二年级下册《认识工具》的学习，学生初步认识并操作简单工具，体验工具的使用可以给工作带来便利。而在本单元前三课的基础上，学生认识了杠杆、轮轴和滑轮这三种简单机械的原理及其作用，所习得的科学方法可以为本课对斜面的认识奠定基础。
从学生的前概念来看，学生在日常生活中见过“搭建斜坡”运送东西的场景，已经初步建立“斜坡”能够省力的感性认识，本课以此为契机，创设了金字塔巨石如何搬运到塔顶的真实问题情境，引导学生在解决金字塔难题的同时，探究斜面省力的秘密。同时根据学生的年龄特点和认知规律，学生对于变形斜面的辨别和认知存在一定困难，需要教师启发学生发挥抽象思维能力，认识到“Z”形斜面和“螺旋”都是斜面的变形，而这个难点的突破同样涵盖在金字塔情境中。
【教学目标】
科学知识：
1．知道斜面是一种简单机械。
2．知道高度不变时，坡度越小（斜面越长）斜面越省力。
3．知道为了符合实际需求，有时需要将斜面“变形”，有“Z”字斜面和螺旋斜面。
科学探究：
1．能够对金字塔巨石搬运之谜作出猜想，并设计实验探究。
2．通过搜集证据和数据分析，发现斜面的省力程度与坡度大小之间的关系。
3．能够结合实际，对斜面的变形提出设想，能对巨石搬运之谜作出假设性解释。
科学态度：
1．积极表达与交流，体验和感受科学探究的乐趣。
2．乐于关注身边简单机械的应用。
科学、技术、社会与环境：
1．体会机械和技术促进人类文明的发展。
2．意识到斜面给人们生产生活带来的便利。
【教学重点】
发现斜面的省力程度与坡度大小之间的关系。
【教学难点】
理解“Z”字形和螺旋都是斜面的变形。
【教学准备】
教师材料：PPT、螺丝钉、三角形纸等。
学生材料：斜面装置、小车、弹簧测力计、钩码、记录单。
【教学时间】
1课时
【教学过程设计】
一、创设情境，探秘历史
1．出示图片和文字资料，讲述古埃及金字塔的神秘故事：同学们，你们喜欢解谜吗？今天我们解谜的对象来自遥远的古埃及——金字塔。它是一种方锥形建筑物，因为形似中文字“金”，所以被我们形象地翻译为“金字塔”。金字塔已经有4500多年的历史，据考证，现存最大的胡夫金字塔建成时有146.59米高，相当于40层楼的高度！塔身由200多万块大小不一的巨石组成，平均重达2.5吨！为建成这个大金字塔，一共动用了10万人花费了20年的时间……2.5吨是什么概念？五年级的学生大约40千克，每块巨石相当于62个你们那么重！提出问题：金字塔的巨石是怎么从地面运送到金字塔高处的？（资料信息：受限于建造的时间要求、技术水平、人力资源等）
2．学生提出想法。   
3．准备生活场景图片，学生猜测有困难时予以适当提示。（生活场景：搬运自行车上台阶、搬运钢琴上卡车等等）
4．引出斜坡的使用。
［设计意图：金字塔是人类文明的瑰宝，古埃及人建造金字塔时所运用的各种简单机械和巧妙方法是人类智慧的结晶。以“建造金字塔的巨石如何搬运到塔顶高处”这一问题的探秘为主线，创设了贯穿本课始终的情境，不仅引导学生认识斜面这一简单机械的应用，更返璞归真去探寻人类技术的发展，激发学生进行科学学习和科学探究的兴趣。]
二、建构模型，初探斜面
1．提出初步猜想：古埃及人利用斜坡运送巨石到高处。
2．提问：斜坡的使用能起到什么作用？（方便、轻松、省力……）
3．设计模拟实验验证猜想。出示装置，假设底座的高度就是金字塔的顶端高度，配重小车模拟要运送的巨石，拉动小车模拟运输巨石，猜测古埃及人会怎么做。
4．生上台演示，搭斜面拉动小车。
5．提问：怎么知道使用斜面可以更省力？要比较什么？（竖直提升和沿斜面拉动比较）
6．播放视频，帮助回忆测力计使用方法。
7．出示记录单，生说明注意事项。
8．学生分组实验。
9．小组汇报，师在黑板上记录数据。（斜面可以省力）
10．小结：斜面可以省力，帮助减轻劳动强度。它被称为一种简单机械。
［设计意图：对于金字塔搬运巨石到高处提出初步猜想后，引导学生利用装置建立模型进行探究，发现斜面可以省力、减轻劳动强度的秘密，既认识斜面作用，又暗含建模思想，促进学生模型思维的发展。]
三、深入挖掘，再探斜面
1．提问：各个小组测出的斜面拉力有所差别，这意味着什么？可能跟什么因素有关？（搭建的斜面不同）出示不同斜面图片。提问：你认为古埃及人会选择哪一种斜面更省力？
2．生提出猜测，说明理由。
3．谈话：把从斜面起点到搬运高处的长度称为斜面长度；斜面和地面的夹角称为斜面坡度（斜面长度和板长区分开）。描画出斜面、地面、金字塔高的直角三角形，引导观察，思考：斜面长和坡度存在什么关系？
4．发现：当高度一样时，坡度越小，斜面越长；坡度越大，斜面越短。研究斜面时我们就以坡度来描述。
5．引导学生设计实验步骤。（大中小三种坡度对比）
6．出示记录单，生说明注意事项。
7．学生分组实验。
8．小组汇报：
当高度不变时，坡度小的斜面比坡度大的斜面省力；
虽然坡度越小越省力，但斜面会越长，行驶的距离变长；
……
［设计意图：引导学生设计对比实验，并利用数学思想和方法，引导学生发现斜面长度和坡度的关系，接着启发学生发挥空间想象力，对斜面坡度进行无限小和无限大的联想，与平行拉动和竖直提升建立关联。同时发现坡度越小越省力，但会造成斜面越长，为后续金字塔的斜面“变形”埋下伏笔。]
四、联系实际，斜面“变形”
1．谈话：我们知道了为了省力要搭建坡度小的斜面，那金字塔旁的斜坡要多少坡度比较合适？出示数据：据考证，金字塔旁斜坡坡度大概5°、也就是斜面长和金字塔高比例大约在10:1时，是保证运输方便和使用最少建筑斜坡材料的最佳比例。我们今天使用的模型高度大约是20厘米，按比例斜面长是高度的10倍，也就是2米；而最大的胡夫金字塔建成时的高度是146.59米，换算下来，通往塔顶的斜坡长度将达到惊人的1465米左右，斜坡起点距离金字塔将达1457米远！
2．提出问题：怎么解决以上难题？
3．要求： ①能省力；
②不能把斜面建造得离金字塔太远。
4．学生思考，提出见解，互相质疑补充。邀请上台画一画想法。
5．出示生活场景图：人行天桥、盘山公路、螺旋滑梯。
①学生有想到方法，图片用来与生活建立关联；
②学生没有想到方法，则用来启发思考：将直线斜面变形成“Z”形斜面或螺旋斜面。
6．思考：“Z”形或螺旋为什么能省力？，引导观察“Z”形或螺旋是由一段一段斜面组成的，每一段斜面的坡度比直线斜面的坡度小，所以比较省力。
7．出示卷在铅笔上的螺旋，提问螺旋旋开可能是什么形状，当众旋开是三角形，发现是斜面的变形。
8．生对金字塔巨石搬运的方法作出假设性解释。
9．师小结：你们都提出了很棒的想法，事实上，4500多年前的古埃及人究竟用什么方式
建造成这项世界奇迹，现在的我们已无从得知，它留下的许多未解之谜，仍然吸引着许多考古学家们利用数学原理和科学技术不断去探寻和解释，希望你们也能如此。