基于椅子結構的科學課教學設計：從探究到工程實踐一、教學背景與意義椅子是生活中最常見的家具之一，其設計與制作蘊含著結構力學、材料科學、人體工程學等多領域的科學原理。將“椅子”作為科學課的探究載體，既能引導學生從熟悉的生活物品中發(fā)現(xiàn)科學奧秘，又能通過“設計—制作—改進”的工程實踐過程，培養(yǎng)學生的科學思維與創(chuàng)新能力，實現(xiàn)“做中學”的探究式學習目標。二、教學目標（一）知識與技能1.認識椅子的基本結構（座面、支撐結構、連接件等），理解“結構穩(wěn)定性”的影響因素（如支撐角度、重心位置、材料特性）。2.能運用科學方法（觀察、實驗、對比）分析不同椅子的承重原理，并用簡單模型驗證結構優(yōu)化策略。（二）過程與方法1.通過“觀察—猜想—實驗—論證”的探究流程，提升科學探究能力，學會控制變量分析問題。2.在“改進椅子”的工程任務中，發(fā)展設計思維與動手能力，掌握“需求分析—方案設計—原型制作—測試優(yōu)化”的工程實踐流程。（三）情感態(tài)度與價值觀1.體會科學原理在生活中的應用價值，增強“科學服務生活”的認知。2.培養(yǎng)團隊合作意識與創(chuàng)新精神，在實踐中感受“試錯—改進”的工程思維魅力。三、教學準備（一）實物與實驗材料1.實物觀察：準備3-4種典型椅子（如木質(zhì)餐椅、塑料凳、折疊椅、辦公椅），涵蓋不同結構（三角支撐、四角支撐）、材料（木材、塑料、金屬）。2.實驗材料：每組提供硬紙板（座面）、木棍/吸管（支撐）、膠帶（連接）、不同重量的砝碼/書本（測試承重）、量角器、測力計（可選）。3.工具：剪刀、直尺、鉛筆、設計圖紙（A4紙）。（二）多媒體資源1.視頻：《椅子的進化史》（展示從原始木凳到現(xiàn)代人體工學椅的設計演變）。2.示意圖：椅子結構分解圖、不同支撐結構的力學示意圖（如三角形穩(wěn)定性、重心示意圖）。四、教學過程（以45分鐘課堂為例）（一）情境導入：從“椅子的疑問”出發(fā)（5分鐘）教師展示不同場景的椅子圖片（如餐廳、實驗室、戶外營地），提問：“為什么露營椅能折疊卻不會散架？辦公椅的靠背為什么是弧形的？”引導學生觀察椅子的結構差異與功能需求的聯(lián)系，激發(fā)探究興趣。（二）探究活動1：椅子結構的“穩(wěn)定性密碼”（15分鐘）1.觀察與猜想分組觀察實物椅子，記錄“結構三要素”：支撐結構：幾根支架？什么形狀（三角形、四邊形）？材料特性：木材的堅硬、塑料的輕便、金屬的韌性如何體現(xiàn)？連接方式：螺絲、榫卯、卡扣有何不同？小組討論后提出猜想：“______（結構/材料）會讓椅子更穩(wěn)定？”例如：“三角形支架比四邊形更穩(wěn)定”“木質(zhì)材料比塑料承重更強”。2.實驗驗證（控制變量法）每組用硬紙板（座面，統(tǒng)一尺寸）、木棍搭建簡易椅子模型，設計對比實驗：變量1：支撐結構（三角形支架vs.四邊形支架），保持材料、連接方式一致，測試承重（逐漸加書本，記錄最大承重）。變量2：材料（木棍vs.吸管），保持結構、連接方式一致，觀察承重差異。學生記錄實驗數(shù)據(jù)，繪制“結構—承重”關系圖，分析結論：“三角形支架的承重能力更強，因為三角形具有穩(wěn)定性”“木質(zhì)材料比吸管更能承受壓力”。（三）工程實踐：“我的理想椅子”設計（15分鐘）1.需求分析與方案設計教師提出任務：“設計一把‘多功能椅子’，需滿足兩個需求：①承重至少一本厚書；②兼顧舒適性（如靠背角度符合人體背部曲線）。”小組討論設計方案，繪制圖紙（標注結構、材料、尺寸），思考改進點（如優(yōu)化支撐角度、增加靠背弧度）。2.原型制作與測試優(yōu)化小組根據(jù)圖紙制作椅子模型，用實驗材料搭建并測試：承重測試：放置書本，觀察是否坍塌，記錄承重上限。舒適性測試：用玩偶模擬人體，觀察靠背與“人體”的貼合度。根據(jù)測試結果，小組討論改進策略（如調(diào)整支架角度、加固連接點、優(yōu)化靠背弧度），再次制作并測試，記錄改進前后的變化。（四）總結與拓展（10分鐘）1.成果展示與評價各小組展示椅子模型，說明設計思路（如“我們用三角形支架+弧形靠背，既穩(wěn)定又舒適”），其他小組提問或建議（如“能否用更輕的材料實現(xiàn)同樣承重？”）。教師從“結構合理性、創(chuàng)新點、團隊合作”三方面進行過程性評價。2.拓展延伸生活調(diào)查：回家觀察家中椅子的設計，分析其結構優(yōu)勢（如爺爺?shù)奶珟熞慰勘郴《?、媽媽的辦公椅升降功能）。環(huán)保設計：用廢舊材料（如飲料瓶、紙箱）設計“環(huán)保椅子”，參加班級“綠色設計展”。五、教學評價（一）過程性評價實驗記錄單：觀察的細致度、實驗變量的控制、數(shù)據(jù)分析的合理性。小組合作：分工明確度、溝通有效性、問題解決的參與度。（二）成果性評價椅子模型：承重能力（是否達到設計目標）、舒適性（人機關系合理性）、創(chuàng)新性（結構/材料的獨特設計）。設計說明：能否清晰闡述“結構—功能”的邏輯關系，體現(xiàn)科學原理的應用。六、教學反思與改進本設計通過“觀察—探究—設計”的階梯式活動，將抽象的力學原理轉化為直觀的實踐體驗。教學中需注意：①實驗材料的安全性（如木棍邊緣打磨）；②對“材料特性”的探究可結合簡單的拉力/壓力測試，增強