冀人版（2024）五年级上册（2024）5 轮轴的秘密教学设计

这是一份冀人版（2024）五年级上册（2024）5 轮轴的秘密教学设计，共10页。教案主要包含了学情分析，教材分析，核心素养教学目标，教学重难点，教学过程，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
经过上一节课《撬棍的学问》学习，五年级学生已经建立杠杆的科学概念，掌握支点、动力点、阻力点，理解距离与用力大小之间的关系，具备杠杆模型建构基础，这为本课轮轴（变形杠杆）学习做好铺垫。生活中学生经常接触水龙头、螺丝刀、汽车方向盘、门把手等轮轴工具，每天都在使用，但是大部分学生没有意识到这些工具属于同一类简单机械，看不出轮轴和杠杆之间内在联系。五年级学生动手实验能力有一定基础，但是对于“轮轴是杠杆变形”这一抽象模型理解难度较大，容易记住实验结论，却很难理解原理。学生乐于动手游戏式体验活动，适合从生活实物体验入手，再过渡分组实验探究，实现从具象体验走向抽象原理，在对比当中构建轮轴科学观念。
二、教材分析
《轮轴的秘密》在杠杆之后开展教学，教材逻辑承接上一课杠杆知识，将轮轴定位为变形杠杆，实现知识迁移贯通。教材情境与问题板块选用方向盘、水龙头图片，引导学生观察结构，提出问题：为什么转动大大的方向盘，就可以轻松带动轴转动？探究与发现板块设置两组实验，第一组体验轮轴，认识轮、轴结构；第二组对比实验，探究轮上用力和轴上用力用力大小差异，进一步探究轮大小变化对省力效果带来的影响。教材研讨部分引导学生联系生活，寻找生活轮轴实例，同时联系古代辘轳取水的例子，体会古代技术应用。教材隐含思维要求：引导学生把轮轴拆解为杠杆模型，轴心作为支点，轮的边缘相当于杠杆动力点，轴边缘相当于阻力点，建立新旧知识关联，为后续滑轮学习铺垫。
三、核心素养教学目标
科学观念
知道轮轴是由轮和轴组成，能够绕共同轴线旋转的简单机械，轮轴属于杠杆的变形。
掌握轮轴工作规律：动力作用在轮上可以省力；动力作用在轴上反而费力；轴不变，轮越大，省力效果越明显。
能够识别生活当中轮轴工具，解释轮轴工具工作原理。
科学思维
能够将轮轴模型转化为杠杆模型，实现知识迁移，发展类比推理思维。
依托实验数据对比，归纳轮轴省力条件，区分轮上用力、轴上用力两种不同效果，学会辩证看待简单机械的作用。
探究实践
小组合作组装轮轴实验装置，规范完成对比实验，控制变量，记录弹簧测力计测量数据。
能够根据实验现象提出猜想，根据证据修正猜想，能够发现实验当中误差，简单分析误差来源。
态度责任
对生活当中轮轴工具产生探究兴趣，乐于小组合作完成探究任务。
了解古代辘轳等轮轴技术，体会简单机械从古至今的广泛应用，感受技术改善劳动条件。
四、教学重难点
重点：认识轮轴构造；知道轮上用力省力，轴上用力费力；轮越大省力效果越好。
难点：理解轮轴是杠杆的变形，建立轮轴和杠杆之间模型联系。
五、教学过程
情境导入，提出问题
教师出示汽车方向盘图片、水龙头实物。
师：同学们，大家观察水龙头，当我们拧动上面大大的把手，中间细细金属杆就跟着一起转动，就可以打开关闭水流；汽车驾驶员转动大大的方向盘，中间轴就带动转向机构。大家思考，如果把水龙头大大的把手拆掉，直接拧细细金属轴，好不好拧？
生：很难拧动，会很费力。
师：同样是转动中间的轴，装上大大的把手之后，操作就变得轻松很多。大大的把手和中间轴组合在一起，就是我们今天要研究简单机械，叫做轮轴，今天学习《轮轴的秘密》。
【设计意图】选取学生熟悉生活用品创设情境，制造体验冲突，引出轮轴概念，激发学生探究轮轴省力秘密的兴趣。
研读教材，认识轮轴结构
师：请同学们阅读教材情境与问题板块课文，找一找课本当中怎样定义轮轴。
学生默读教材文本。
生朗读教材原文：由轮和轴组成，能够绕共同轴线旋转的简单机械，叫做轮轴。
教师展示轮轴教具，指着教具讲解。
师：大家看教具，外面大圆盘就是轮，中间细细圆柱就是轴，轮和轴紧紧固定在一起，转动轮，轴就跟着一起转动，二者共用同一个中心转轴。
师：结合上一节课杠杆知识，大家开动脑筋想一想，如果把轮轴想象成杠杆，杠杆支点会在哪里？
生小组短暂思考讨论。
生：支点应该在轮和轴共同的中心转轴位置。
师：非常好，轴心就是杠杆支点。轮的边缘位置相当于杠杆距离支点很远的动力点；轴的边缘，距离支点很近，相当于阻力点。所以轮轴本质上就是变形的杠杆。
教师黑板画出轮轴简笔画，标注轮、轴、支点，对应杠杆三点。
师：按照杠杆知识推理，当我们在轮上面用力，相当于动力点距离支点远，应该会省力；那如果我们在轴上面用力呢？
生：动力点距离支点很近，应该费力。
师：这只是我们结合杠杆知识做出猜想，猜想是否正确，我们需要通过课本的探究实验来验证。
【设计意图】研读教材定义文本，建立轮轴结构认知，主动联结上一课杠杆模型，完成知识迁移，提出可探究猜想，为分组实验搭建思维支架。
探究与发现：分组实验探究轮轴的作用
教师出示教材探究活动实验装置，介绍器材：支架、不同大小轮盘、轴、钩码、弹簧测力计。展示课本实验记录表，表格记录直接提起钩码拉力、轮上用力拉力、轴上用力拉力；后续更换更大轮盘再次记录数据。
师：课本实验分为两步，第一步，保持轮轴装置不变，分别测试直接提起钩码、轮上拉动提起钩码、轴上拉动提起钩码三组拉力大小，对比读数。第二步，更换更大的轮盘，轴大小不变，再次在轮上拉动钩码，读取测力计示数，对比轮大小改变之后省力效果变化。
师：实验有哪些注意事项？哪位同学说一说。
生：拉动的时候速度要均匀，轮轴转动平稳，测力计要保持竖直。
生：钩码重量不能超过测力计量程。
师：大家说得很到位，小组分工，操作员负责操作器材，读数员观察测力计，记录员如实填写表格，不要修改实验原始数据。
各小组领取器材，开展分组实验。教师巡视课堂，针对部分小组轮和轴没有固定牢固，造成数据偏差的情况进行指导。
实验结束，收集多组小组数据，汇总展示黑板。
师：对比直接提起钩码拉力，轮上用力的时候，测力计读数发生怎样变化？说明了什么？
生：轮上用力读数更小，说明轮上用力可以省力。
师：轴上用力提起同样钩码，读数如何？
生：轴上用力读数更大，轴上用力费力。
师：我们再看更换更大轮盘之后的数据，轴大小不变，轮变大之后，轮上提起相同钩码，需要的力发生什么变化？
生：轮越大，需要的拉力就越小，省力效果更好。
教师结合教材课文小结实验结论：动力作用在轮上省力；动力作用在轴上费力；轴不变，轮越大，省力效果越明显。
师：思考，轮轴省力是不是没有代价？结合杠杆知识想一想。
生：省力的机械会费距离，轮转动一大圈，轴只转动一小圈。
【设计意图】落实教材探究活动，控制变量开展对比实验，利用汇总实验数据，通过问答引导学生自主归纳轮轴规律，把杠杆旧知识迁移到轮轴新知识，突破本课难点，培养学生证据意识。
研讨拓展，联系生活实例
教师带领学生阅读教材研讨拓展板块，出示课本插图：门把手、螺丝刀、古代辘轳。
师：小组讨论，说一说这些物品哪一部分是轮，哪一部分是轴，是在轮上用力，还是轴上用力。
小组交流之后汇报。
生：螺丝刀，手握的刀柄是轮，金属杆是轴，我们转动刀柄，轮上用力，拧螺丝很省力。
生：门把手，手握旋转的把手是轮，门里面转动的金属杆是轴，轮上用力开门省力。
师出示辘轳图片：古代人们打水使用辘轳，摇动手柄就是轮，缠绕绳子的圆筒就是轴，古人利用轮轴省力，轻松从深井提水，这就是古代劳动人民的智慧。
师：生活当中，有没有工具需要在轴上用力？在轴上用力费力为什么还要这么设计？
生：部分玩具，电机带动轴转动，轮跟着快速旋转，虽然费力，但是轮可以获得很大转动速度。
师总结：轮轴不一定都用来省力，有时候需要获得更快转动速度，就会选择在轴上施加力量。
【设计意图】充分利用教材研讨板块实例，兼顾现代生活工具和古代技术，拓展学生认知，打破“轮轴一定用来省力”片面认知，落实态度责任素养。
课堂辨析巩固
出示扳手、竹蜻蜓图片，学生口头分辨轮轴的轮与轴，判断用力位置。
六、课堂小结
师：回顾本节课，我们收获哪些知识，谁来梳理？
学生梳理：轮轴由轮和轴组成，绕共同轴线转动，是变形杠杆。轴心是支点，轮上用力省力，轴上用力费力；轴不变，轮越大越省力。生活门把手、螺丝刀、辘轳都是轮轴。
教师总结：很多我们司空见惯工具，背后藏着简单机械原理，把杠杆知识迁移，我们就可以看懂轮轴的秘密，学会用科学视角观察身边工具。