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其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》
第 22 课《机器模型大比拼（一）》教学设计
【教学目标】
科学知识
1．能举例说出某种机器的构成及工作原理。
2．能说出设计机器模型方案的方法和过程。
科学探究
1．能根据任务和要求，确定具体的机器模型制作项目，并
提出面临的主要问题。
2．能通过调查、书籍、网络等途径获取研究主要问题的相
关信息。
3．能用科学语言、概念图、图表、草图等方式，呈现设计
机器模型的过程和结果。
4．能对自己或他人的设计方案进行分析与筛选。
科学态度
1．能对设计机器模型表现出浓厚的探究兴趣。
2．能采用新的思路、新的方法、新的材料，完成机器模型
方案的设计。
3．能接受别人的批评意见，反思、调整自己的设计方案。
4．能与他人合作学习、沟通交流，综合考虑大家的意见，
形成集体的观点。
科学、技术、社会与环境（STSE）
能举例说出机械技术的发展给人类生活带来的便利。
【教师准备】 : .
天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》
教学课件、机器模型等。
【学生准备】
《科学学生活动手册》、绘图工具、笔等。
【教学过程】
课时安排：建议安排2 课时。第一课时：完成“任务”和
“调研”。第二课时：完成“设计”。
第一课时
（一）明确任务
1．导入：学校要举行“校园STEAM创客大赛”，让我们一
起参与吧！（出示任务及要求课件）我们比赛的任务是设计、制
作一台能够提升重物的机器模型，用尽可能小的力，将500克
重物提升到30 厘米高的平台。要求：轻松省力，操作方便；结
构简单，稳固可靠；材料环保，方便制作；成本低廉，外形美
观。
2．提问：能够提升重物的机器模型有哪些？根据兴趣和需
求，我们选择哪个具体项目呢？同时，根据任务和要求，我们
面临的主要问题和具体问题又是什么呢？
3．交流：小组交流，将小组选择的项目名称记录在《科学
学生活动手册》第27 页中。
4．汇报：组织学生汇报面临的主要问题和具体问题。
（二）获取信息
1．引导：其实，生活中有很多提升重物的机器，这些机器
极大地方便了我们的日常生活。课前，我们已经通过查阅书
籍、浏览网络、咨询专家、用户调查等方式获取了大量机器的 : .
英雄者，胸怀大志，腹有良策，有包藏宇宙之机，吞吐天地之志者也。——《三国演义》
信息。现在，我们对搜集的信息进行整理，并通过调研报告呈
现出来。调研报告需要概括出机器的结构、工作过程以及优缺
点等关键信息。
2．整理信息：小组合作整理信息，完成调研报告，并记录
在《科学学生活动手册》第 27 页中。教师巡视指导。
（三）交流总结
1．讨论：这些提升重物的机器使用了哪些简单机械？这些
机器能够省力吗？为了省力以及提高工作效率，还可以怎样进
行改进和创新？
2．汇报：指定小组代表汇报讨论结果。
3．总结：教师对学生活动进行总结。
第二课时
（一）思维发散，技术分析
1．引导：工程的关键是设计，而机器模型设计的重点是省
力、结构更稳固和选择材料。我们可以采用概念图的方法，分
析机器在省力、结构与材料等主要问题上的多种可行性解决方
案。
2．分析：小组合作利用概念图的形式进行设计分析，提出
尽可能多的解决方法。教师巡视指导。
（二）聚合思维，构思方案
1．讲解：我们可以采用组合法构思机器模型。从省力、材
料、结构等设计的几个内容中，各选择一项进行组合，比如动
滑轮、定滑轮、长方形框架、插接方式、电动机、轮轴、皮带
传动、平台、开关、废旧木质材料等，将各项组合在一起，就 : .
丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。——杜甫
可以想象出一个提起重物的机器模型。这样的组合选项很多，
因此我们可以设计出很多制作模型的方案。
2．设计：小组合作按组合法自由选择，组合成若干个提起
重物的机器模型。
（三）绘制草图，方案呈现
1．绘制：学生分别将自己的设计方案画下来，并从中选择
最具特色的方案画在《科学学生活动手册》第 28 页中。
2．展示：组织学生展示各自设计的方案，并预测其使用效
果。
（四）筛选方案，修改完善
1．筛选：小组合作，按照标准筛选设计方案。
2．展示：指定小组代表展示自己的终选方案，引导其他学
生提出修改意见和建议。
3．改进：根据大家的意见和建议，先修改完善自己的终选
方案，然后绘制在《科学学生活动手册》第28 页中，并对终选
方案进行星级评价。
4．评价：教师对小组或学生的学习情况进行综合评价，对
表现好的小组或个人进行表扬。
【知识拓展】
起重机械
生活中，起重机械和电梯是我们最常见的能够提升重物的
机器。起重机械是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重
物的机电设备。起重机械既可以搬运大型成件物品，也可以通
过配备抓斗或盛桶来搬运散状物料或液态物料。在港口、车站 : .
老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃
等某些场合，起重机械是装卸物料的主要作业机械。起重机械
是工业、交通、建筑等行业实现机械化、自动化，减轻繁重体
力劳动，提高劳动生产率的重要工具和设备。起重机械的工作
过程一般包括起升、运行、下降及返回原位等步骤。起重机械
的工作机构包括：起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机
构。起升机构是用来实现物料垂直升降的机构，是任何起重机
器不可缺少的部分，因此是起重机械最主要、最基本的机构；
运行机构是实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行
之分，按其驱动方式又可分为自行式和牵引式两种；变幅机构
是臂架起重机械特有的工作机构，变幅机构通过改变臂架的长
度和仰角来改变作业幅度；旋转机构是使臂架绕着起重机械的
垂直轴线做回转运动，以便在环形空间搬运物料。起重机械按
结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨
系统等。轻小型起重设备主要包括吊具、千斤顶、起重滑车、
起重葫芦和普通绞车等，轻小型起重设备大多体积小、重量
轻、使用方便，适用于工作不是很繁重的场合；升降机是一种
多功能升降机械设备，可分为移动式、固定式、壁挂式、牵引
式、自行式、车载式、伸缩（或折叠）式七种类型，广泛应用
于多种行业及领域；起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬
运重物的多动作起重设备，是当前使用范围最广、数量最多的
一种起重机械，起重机包括桥架型起重机（如梁式起重机、桥
式起重机、门式起重机等） 、臂架型起重机（如台架式起重机、
塔式起重机、流动式起重机等）和缆索式起重机（如缆索起重
机、门式缆索起重机等） ；架空单轨系统是起重小车沿着由吊挂 : .
好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。——《中庸》
单轨组成的复合线路运行的起重机械，架空单轨系统由固定轨
道、岔道和起重小车三部分组成，主要用于各种车间和仓库的
流水生产线，可实现较远距离物料搬运。
电梯
电梯是建筑物中以电作为动力的升降机，用来载人或载
物，另外也有一种台阶式的自动扶梯。
电梯通常包括曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量
平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等。
曳引系统的主要功能是输出与传递动力使电梯运行。曳引系统
主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成；导向系统
的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只
能沿着导轨作升降运动，导向系统主要由导轨、导靴和导轨架
组成；轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部
分，轿厢由轿厢架和轿厢体组成；门系统的主要功能是封住层
站入口和轿厢入口，门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装
置组成；重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电
梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电
梯的曳引传动正常，重量平衡系统主要由对重和重量补偿装置
组成；电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制，
电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动
机调速装置等组成；电气控制系统的主要功能是对电梯的运行
实行操纵和控制，电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装
置、控制屏（柜） 、平层装置、选层器等组成；安全保护系统的
主要功能是保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故 : .
博观而约取，厚积而薄发。——苏轼
发生，安全保护系统由电梯限速器、安全钳、夹绳器、缓冲
器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、
限位开关装置等组成。电梯是一种特殊的升降机，因此电梯也
属于一种起重机械。