一、實(shí)驗(yàn)背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問(wèn)題的自然萌發(fā)演講人04/：固定材料03/實(shí)驗(yàn)實(shí)施：從假設(shè)到驗(yàn)證的科學(xué)探究循環(huán)02/實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：從目標(biāo)到細(xì)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)劃01/實(shí)驗(yàn)背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問(wèn)題的自然萌發(fā)06/拓展應(yīng)用：從實(shí)驗(yàn)室到生活的遷移實(shí)踐05/數(shù)據(jù)分析：從現(xiàn)象到規(guī)律的思維躍升目錄07/總結(jié)：科學(xué)探究的種子在此萌芽2025四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)材料的承重能力實(shí)驗(yàn)課件作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：最好的科學(xué)課，是讓孩子用雙手觸摸知識(shí)，用眼睛發(fā)現(xiàn)規(guī)律，用大腦建構(gòu)認(rèn)知。今天要和大家分享的“材料的承重能力實(shí)驗(yàn)”，正是這樣一節(jié)融合生活觀察、動(dòng)手實(shí)踐與科學(xué)思維的典型課例。接下來(lái)，我將從實(shí)驗(yàn)背景、準(zhǔn)備、實(shí)施、分析到拓展，帶大家完整梳理這一教學(xué)過(guò)程。01實(shí)驗(yàn)背景：從生活現(xiàn)象到科學(xué)問(wèn)題的自然萌發(fā)1生活中的“承重”觀察每次路過(guò)學(xué)校走廊的公告欄，我總會(huì)聽(tīng)到孩子們的討論：“為什么貼照片的卡紙會(huì)往下彎？”“教室的木書(shū)架放了那么多書(shū)怎么沒(méi)塌？”“操場(chǎng)的鐵欄桿掛個(gè)書(shū)包都晃，籃球架卻能撐住那么大的球框？”這些看似零散的疑問(wèn)，實(shí)則指向一個(gè)核心科學(xué)概念——材料的承重能力。對(duì)四年級(jí)學(xué)生而言，“承重”是具象的：書(shū)包帶的寬窄會(huì)影響肩膀的壓力，疊紙飛機(jī)時(shí)厚紙更“結(jié)實(shí)”，搭積木時(shí)木片比塑料片更穩(wěn)……但他們尚未形成“材料特性決定承重能力”的系統(tǒng)認(rèn)知。此時(shí)設(shè)計(jì)“材料承重能力實(shí)驗(yàn)”，既是對(duì)生活經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)提煉，也是培養(yǎng)“提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—驗(yàn)證結(jié)論”科學(xué)思維的重要契機(jī)。2教材與課標(biāo)要求根據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》“物質(zhì)與材料”領(lǐng)域要求，四年級(jí)學(xué)生需“通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)等方法探究常見(jiàn)材料的物理性質(zhì)，如硬度、承重能力等，并了解其在生活中的應(yīng)用”。本實(shí)驗(yàn)正是落實(shí)這一目標(biāo)的典型載體——通過(guò)控制變量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀感知不同材料的承重差異，進(jìn)而理解“材料選擇需考慮其物理特性”的工程思維。02實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：從目標(biāo)到細(xì)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)劃1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)分層設(shè)定為確保實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，我將目標(biāo)分為三個(gè)維度：能力目標(biāo)：掌握控制變量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)使用砝碼、電子秤等工具測(cè)量承重，能通過(guò)表格、圖表記錄并分析數(shù)據(jù)；知識(shí)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)常見(jiàn)材料（紙、木片、塑料片、金屬片）的承重能力差異，理解“承重能力”與“材料種類”的關(guān)聯(lián)；素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度（如重復(fù)實(shí)驗(yàn)減少誤差）、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力（分工操作與記錄），以及“用科學(xué)解釋生活”的應(yīng)用意識(shí)。2實(shí)驗(yàn)材料的精心選擇1考慮到四年級(jí)學(xué)生的操作能力與安全性，實(shí)驗(yàn)材料需滿足“常見(jiàn)、易獲取、對(duì)比明顯”的特點(diǎn)。我最終選定以下材料：2基礎(chǔ)材料：A4打印紙（厚度約0.1mm）、楊木片（厚度2mm，長(zhǎng)寬15cm×3cm）、PVC塑料片（厚度2mm，同尺寸）、不銹鋼片（厚度0.5mm，同尺寸）；3測(cè)量工具：50g砝碼（20個(gè)）、電子秤（精度0.1g）、亞克力支架（固定材料兩端，跨度10cm）、直尺（測(cè)量材料彎曲程度）；4輔助工具：記號(hào)筆（標(biāo)記材料位置）、實(shí)驗(yàn)記錄表（含“材料種類”“承重?cái)?shù)值”“彎曲度”“備注”等欄目）、護(hù)目鏡（防止金屬片滑落）。5選擇不同厚度的金屬片（0.5mm）是為了對(duì)比更明顯——盡管金屬片更薄，但其承重能力仍可能優(yōu)于厚木片，打破學(xué)生“越厚越結(jié)實(shí)”的固有認(rèn)知。3安全預(yù)案與分工指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)前需重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)安全事項(xiàng)：砝碼需輕拿輕放，避免掉落砸傷手指；金屬片邊緣可能鋒利，操作時(shí)佩戴護(hù)目鏡并保持手部遠(yuǎn)離邊緣；材料彎曲超過(guò)30時(shí)需停止加砝碼，防止斷裂飛濺。團(tuán)隊(duì)分工建議：2人一組，1人負(fù)責(zé)放置砝碼（勻速、居中），1人記錄數(shù)據(jù)（每增加50g記錄一次彎曲度），1人觀察異常（如材料滑動(dòng)、支架傾斜）。通過(guò)明確分工，既能提高效率，也能培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)。03實(shí)驗(yàn)實(shí)施：從假設(shè)到驗(yàn)證的科學(xué)探究循環(huán)1問(wèn)題提出與假設(shè)建立課上，我先展示四組“材料挑戰(zhàn)”場(chǎng)景：場(chǎng)景1：用1張A4紙做“橋”，跨度10cm，能承重多少？場(chǎng)景2：同樣跨度的木片“橋”，承重會(huì)比紙大嗎？場(chǎng)景3：塑料片和木片相比，誰(shuí)更“能扛”？場(chǎng)景4：最薄的金屬片，會(huì)是“承重冠軍”嗎？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出假設(shè)：“金屬＞木頭＞塑料＞紙”。此時(shí)我追問(wèn)：“為什么？”有學(xué)生說(shuō)：“我家炒菜鍋是金屬的，很重都沒(méi)變形”；有學(xué)生補(bǔ)充：“塑料尺子一壓就彎，木尺子更硬”。這些樸素的解釋，正是科學(xué)假設(shè)的起點(diǎn)。2變量控制：實(shí)驗(yàn)的核心邏輯“要公平比較材料的承重能力，我們需要控制哪些條件？”這是實(shí)驗(yàn)前必須突破的認(rèn)知難點(diǎn)。通過(guò)小組討論，學(xué)生逐步總結(jié)出需控制的變量：形狀：所有材料均為長(zhǎng)條狀（15cm×3cm），避免“拱形”“波浪形”等特殊形狀干擾；跨度：支架間距固定為10cm（材料兩端各伸出2.5cm固定），確保受力長(zhǎng)度一致；放置方式：砝碼需垂直放置在材料中點(diǎn)，避免偏移導(dǎo)致單側(cè)受力；環(huán)境條件：實(shí)驗(yàn)在同一教室完成，避免溫度、濕度變化影響材料性能（如紙張受潮變軟）。我特別用對(duì)比實(shí)驗(yàn)演示“變量失控”的后果：將一張紙折成波浪形，其承重能力遠(yuǎn)超平展的紙。學(xué)生直觀看到：“原來(lái)形狀也會(huì)影響結(jié)果，所以必須保證形狀相同！”3操作步驟：從規(guī)范到熟練的過(guò)程實(shí)驗(yàn)分四步進(jìn)行（以木片為例）：04：固定材料：固定材料將木片兩端卡在支架凹槽中，用記號(hào)筆標(biāo)記中點(diǎn)（7.5cm處），確保砝碼放置位置準(zhǔn)確。第二步：初始狀態(tài)記錄用直尺測(cè)量木片中點(diǎn)與桌面的垂直距離（初始高度），記錄為“0g承重時(shí)彎曲度=0cm”。第三步：逐步添加砝碼從1個(gè)50g砝碼開(kāi)始，輕放于中點(diǎn)，等待5秒（讓材料充分受力），測(cè)量此時(shí)的彎曲度（初始高度-當(dāng)前高度）；繼續(xù)添加砝碼，每增加50g重復(fù)記錄，直至材料彎曲超過(guò)30或斷裂，記錄“最大承重值”。：固定材料第四步：重復(fù)實(shí)驗(yàn)每組材料需重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)（更換新材料），取平均值作為最終數(shù)據(jù)。有學(xué)生疑惑：“為什么不用同一張紙做三次？”我解釋：“材料受力后會(huì)產(chǎn)生‘疲勞’，比如紙第一次承重后會(huì)有折痕，第二次承重能力會(huì)變?nèi)?，所以必須用新的材料保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確?！?5數(shù)據(jù)分析：從現(xiàn)象到規(guī)律的思維躍升1數(shù)據(jù)記錄與可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各小組提交記錄表（表1為某組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）：|材料種類|第一次承重（g）|第二次承重（g）|第三次承重（g）|平均承重（g）|最大彎曲度（cm）||----------|------------------|------------------|------------------|----------------|------------------||A4紙|150|100|120|123|2.8||木片|800|750|780|777|1.2||塑料片|450|400|420|423|1.8|1數(shù)據(jù)記錄與可視化|金屬片|1200|1150|1180|1177|0.5|為更直觀呈現(xiàn)差異，我引導(dǎo)學(xué)生用柱狀圖展示平均承重（圖1：橫坐標(biāo)為材料種類，縱坐標(biāo)為平均承重/g）。學(xué)生驚喜發(fā)現(xiàn)：“金屬片雖然最薄，但承重是紙的9倍！”“木片比塑料片能扛近一倍！”2誤差分析與科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，如某組紙的承重第一次測(cè)到200g，第二次僅80g。我組織學(xué)生討論可能原因：“第一次是不是把紙折了一點(diǎn)？”“砝碼有沒(méi)有放在正中間？”“是不是用了受潮的紙？”通過(guò)分析，學(xué)生意識(shí)到：“科學(xué)實(shí)驗(yàn)不能只看一次結(jié)果，重復(fù)實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)操作很重要！”還有學(xué)生提出：“金屬片的彎曲度最小，是不是彎曲度越小承重能力越強(qiáng)？”這一觀察將“承重能力”與“材料剛性”關(guān)聯(lián)起來(lái)，為后續(xù)學(xué)習(xí)“材料的彈性”埋下伏筆。3結(jié)論提煉：從數(shù)據(jù)到概念的抽象01結(jié)合數(shù)據(jù)與討論，學(xué)生逐步總結(jié)出結(jié)論：不同材料的承重能力差異顯著，金屬＞木＞塑料＞紙；02承重能力與材料的剛性（抗彎曲能力）相關(guān)，剛性越強(qiáng)，相同條件下承重越大；0304實(shí)驗(yàn)需控制變量，否則無(wú)法得出可靠結(jié)論。我補(bǔ)充道：“科學(xué)家也是這樣做研究的——通過(guò)控制變量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找到現(xiàn)象背后的規(guī)律。今天你們就是小科學(xué)家！”0506拓展應(yīng)用：從實(shí)驗(yàn)室到生活的遷移實(shí)踐1生活中的“承重智慧”01為強(qiáng)化“科學(xué)服務(wù)生活”的意識(shí)，我展示了多個(gè)生活案例：02橋梁建造：南京長(zhǎng)江大橋使用高強(qiáng)度鋼，就是利用金屬承重能力強(qiáng)的特性；03家具設(shè)計(jì)：木書(shū)架的層板厚度通常大于塑料層板，因?yàn)槟绢^承重更可靠；04包裝材料：快遞盒用多層瓦楞紙（通過(guò)形狀增強(qiáng)承重），而不用單層紙。05學(xué)生紛紛舉例：“我家的不銹鋼衣架能掛很多衣服，塑料衣架容易斷！”“教室的鐵桌子比塑料桌子重，但更穩(wěn)！”這些分享讓抽象概念落地生根。2延伸探究：形狀對(duì)承重的影響課后，我布置了開(kāi)放性任務(wù)：“如果改變材料的形狀（如折成‘W’形、拱形），承重能力會(huì)如何變化？用今天的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，下節(jié)課分享?！庇袑W(xué)生提前嘗試后興奮地說(shuō)：“把紙折成波浪形，居然能承重500g！比木片還厲害！”這不僅鞏固了“控制變量”的實(shí)驗(yàn)方法，更激發(fā)了“改變材料形狀可以提升性能”的工程思維。07總結(jié)：科學(xué)探究的種子在此萌芽總結(jié)：科學(xué)探究的種子在此萌芽回顧整節(jié)實(shí)驗(yàn)課，我們通過(guò)“觀察生活—提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—驗(yàn)證結(jié)論—拓展應(yīng)用”的完整流程，讓學(xué)生親身體驗(yàn)了科學(xué)探究的魅力。從最初對(duì)“承重”的模糊感知，到通過(guò)數(shù)據(jù)得出“金屬承重最強(qiáng)”的結(jié)論；從手忙腳亂的操作，到熟練控制變量的嚴(yán)謹(jǐn)