五年级上科学教参（运动和力）

第8课设计小赛车
（一）背景和目标
在现代生产中，设计已变得必不可少、越来越重要了。指导学生认识、体验设计的过程，是培养科学素养的重要方面。本课指导学生设计、制作小赛车，并在此过程中指导学生应用他们所学的知识和技能。本课有三个活动。
第一，了解工程师是怎样设计真正的赛车的。教科书从四个方面作了介绍，并给出了基本设计程序的方框图，为下面学生设计自己的小赛车做兴趣和方法上的准备。
第二，设计我们的小赛车。教科书提出了设计任务和需要，思考讨论的问题，具体地对学生设计小赛车进行了指导。
第三，展示交流我们制作的小赛车。对学生来说，制作可能比设计更困难一些。通过教科书展示的一些已制作好的小车，可以更直观地启发学生，激发他们制作的兴趣和热情。
科学概念
●技术设计具有一定的程序。
●技术设计需要运用科学概念、相互交流和执行程序。
过程与方法
●设计和制作小赛车。
情感、态度、价值观
●关心科技新产品、新事物，意识到科学技术会给人类与社会发展带来好处。
●发展对技术设计和动手制作的兴趣，激发创新精神。
●尊重自己和他人的劳动成果。
（二）教学准备
教师自己准备：教师自己做的小车或学生做的小车。
学生自己准备：制作小车的材料和工具。
（三）教科书说明
本课先让学生了解一些根据需要设计生产的新型车辆。
太阳能汽车是用太阳能电池板获取电能，用电动机推动的车。月球车是为了人类探索月球的需要，适应月球上特殊条件设计的车（见教学参考资料）。卡丁车是一种新型的比较安全的小赛车，是为了满足更多人想参加赛车的愿望而设计的。随后过渡到我们来设计小赛车。
第一部分：工程师怎样设计赛车
赛车的用途是比赛，对赛车的主要要求是本部分的第一句话。
工程师设计真正的赛车需要思考哪些问题？教科书列举了四个需要思考的方面：动力要大，空气阻力要小，轮胎不打滑，不会翻车，这四个方面都有相应的办法予以解决。
接着用方框图介绍了设计的一般程序，启发学生按这样的程序设计我们的小赛车。
第二部分：设计我们的小赛车
教科书提供了设计任务和要讨论的问题，具体地对学生设计小赛车进行了指导。
设计小赛车很重要的两点是增大动力，减少阻力。教科书提示学生从这两方面思考设计方案。用橡皮筋带动轮子来驱动的小车，可能会遇到车轮打滑的问题，克服的方法是学生学习过的（如车轮粗糙一点，车子稍重一点）。气球小车没有打滑问题，车身越轻越好。教科书提示了这两种小车的不同。要提醒学生回忆和应用本单元学习的知识来设计小赛车。
在讨论的基础上还要分小组进行设计，写出方案，交流和反思改进，这时整个设计的过程才算完成。正因为有了以上过程，本课具有了科学课的性质而不是一般的手工制作课。
第三部分：我们制作的小赛车
这部分实际上是更具体地指导学生设计制作，四个制作好的小车和一个制作过程图肯定能激发起学生的想象力和创造力。筷子小车在规定的尺度内尽量加长了车身，这就增加了橡皮筋的长度，从而增加了动力，小车只有车架，也减少了不必要的重量。立杆式小车构思巧妙，用了一根本身就有弹力的竹条立在车上挂动力橡皮筋，避开了车身对橡皮筋长度的限制。喷气小车用泡沫塑料做车板，使小车重量减到了最轻。螺旋桨小车用饮料瓶做车身，本身重量轻，在车身上部安螺旋桨又恰到好处。
本课最后提议举办一个赛车会，有条件的学校应当安排这个活动。它将把学生的思考和研究延伸到课外，会给学生留下长久的记忆。
制作活动一般都放在课外进行。
（四）教学建议
如果本课安排2课时，第1课时可安排设计，第2课时安排介绍交流制作好的小赛车，进行小赛车比赛。
1.设计、制作小赛车
（1）在学生了解了工程师怎样设计赛车和一般设计程序后，启发提问：我们能不能像工程师一样设计制造一辆小赛车呢？出示设计任务：车长不超过25厘米，用橡皮筋或气球作动力，行驶的路程要足够长。
（2）引导学生讨论教科书上提示的问题。如要增大动力和延长动力时间，可以增加橡皮筋股数和长度；用大气球和长气球，要调整好喷气嘴的大小。要注意到需要减少摩擦力和增加摩擦力的地方等。
讨论这些问题的目的是启发学生在设计中运用已学过的知识和概念。具体怎样做还要小组讨论。
（3）小组讨论设计方案，可以要求组内成员各自贡献一个好主意。要确定动力材料和车体材料，写出设计方案，进行交流和改进。
在整个过程中，要注意肯定好的设计思想，提醒有问题的地方。
（4）实际制作一般放在课后进行。这时教师的督促和及时指导显得尤为重要。可以告诉学生，他们的小赛车将作为重要的评价内容。
（5）为了降低学生实际制作的难度，可以根据实际情况采取如下一些方法：
展示自己制作的赛车，给学生介绍自己是怎样思考、设计、制作的。制作的方法仿学生的水平。
看本课插图：四辆制作好的小车。引导学生分析这些车各有什么特点，解决了哪些问题，是怎么制作的。
2.介绍交流我们的小赛车
介绍交流活动可以培养和发展学生表达和评价的能力，加深对设计过程的认识，提高制作科技作品的兴趣。
（1）指导学生准备交流的内容。告诉学生可以从下面几方面来交流。
设计想法是怎样形成的？遇到了什么问题？怎样解决的？
在小车上应用了哪些科学知识和技术？
小组赛车的特点是什么？
想告诉大家的其他有关事情。
不要把内容限制得太死，要让学生有更多发表自己想法的自由。
（2）小组进行介绍交流时，提醒学生认真倾听，提出问题，由发言同学给予回答。教师也要以一个平等的角色询问、插话、由衷地赞叹，创造一个自由讨论的氛围。小组进行介绍交流时，教师要适时地给予鼓励性评价。
（3）最后，组织学生到操场进行赛车，看谁的赛车跑得最远！
四、评价建议
1.依据学生记录单，评价学生认真观察、实验，收集数据的态度。
2.评价学生使用弹簧测力计测量力的大小的技能。
3.评价学生安装小车的操作技能。
4.评价学生制作小赛车的过程和作品。
5.评价学生对科学概念的理解：能否正确使用重力、弹力、反冲力、摩擦力等词进行表述；能否正确认识动力的大小、摩擦力对小车运动的影响。
五、参考资料
力
力是物体之间的相互作用。形象一点说，力就是“推”和“拉”的作用。力的概念最初是从人体用劲使肌肉紧张的感觉中抽象出来的。其实，不但人能够对物体用力，物体对物体也能施加力的作用。
力的作用有两方面。力能使物体的运动状态发生变化（运动或静止、变快或变慢），力也能使物体的形状和体积发生变化（伸长、缩短或弯曲等形变）。本单元的内容主要涉及了力对物体运动状态的改变，弹力和弹簧测力计也涉及了力对物体形状的改变。
力的作用效果和它的大小、方向和作用点有关。力的大小、方向、作用点这三者称作力的三要素。改变任何一个因素，力的作用效果就会改变。例如打乒乓球时，由于乒乓板的击球方向、用力大小和击球点的不同，能击出各种形式的旋转球。本单元明确研究的是力的大小，实际也让学生体验了力的方向和作用点。
由于物体之间作用的方式不同，有各种不同的力。从力的性质来分，力可以分为重力、弹力、摩擦力、电磁力等。本单元向学生介绍了前三种力，重点研究了摩擦力。
我们还听说过很多力的名称。风力、水力、人力是针对施力者来称呼的。推力、拉力、压力、动力、阻力是针对力的效果来命名的。例如，不管是什么性质的力，效果只要是维持或加快物体运动的，就称为是动力；效果是阻碍物体运动的，就称为是阻力。
在国际单位制中和中国的法定计量单位中，力的单位是牛顿（简称“牛”），符号为N。1牛顿的力是使1千克质量的物体获得1米/秒2加速度的力。
轮驱动
轮子和轮驱动方式都是人类的发明。由于有了轮子和轮驱动，才会有今天各式各样的陆上交通工具在公路、铁轨上顺利安全行走。轮驱动的原理是怎样的呢？
我们以骑自行车为例。脚蹬自行车踏板，脚蹬的力通过链条传给后轮，后轮接触地面的圆周部分就产生向后滑动的趋势，但是它与地面的摩擦力（静摩擦力）阻止了这种滑动。这样，自行车给地面一个向后的作用力（摩擦力），地面给自行车一个向前的反作用力（摩擦力），在这个反作用力的作用下自行车前进了。正是因为轮胎与地面存在较大的摩擦力，自行车才能前进。如果自行车前进需要的力较大（如上坡），而地面却摩擦力小（如冰雪地面），自行车得不到足够的反作用力（地面给自行车的摩擦力），就会轮子空转而不能推动车身前进。另一方面，自行车在前进的过程中，轮子与地面仍会产生摩擦力（滚动摩擦力），自行车要克服这个力才能前进。如果我们不再用力蹬自行车，自行车就会逐渐停止下来，就是滚动摩擦力起的作用。简单地说，轮子驱动车子需要静摩擦力，车子前进要克服滚动摩擦力。汽车、摩托车的轮驱动原理和自行车是一样的。
缆车、马车前进是拉力拉动车身，车身把车轮带动，不是轮驱动。我们推着自行车走也是这样的。
摩擦力
相互接触的两个物体，在接触面上发生的阻碍相对运动的力。摩擦力的方向总是跟物体相对运动的方向相反，或者跟物体间的相对运动的趋向相反，大小主要与两物体间接触面的压力、物体的材料和表面情况有关。
摩擦力分静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力三种。例如，当用不大的力去拉静止在地面上的物体时，物体虽有作相对滑动的趋势，但并不开始运动，这是因为拉力和物体与地面间的摩擦力互相平衡了，所以物体仍为静止状态，这个摩擦力称为“静摩擦力”。当拉力逐渐增大到一定程度时，物体将要开始滑动，这表明静摩擦力有一个最大的极限，达到这一极限的摩擦力称为“最大静摩擦力”（或称“起动摩擦力”）。物体开始滑动后，两个接触面之间的摩擦力称为“滑动摩擦力”。滑动摩擦力比最大静摩擦力要小一些。如果物体不是滑动而是滚动（例如球或轮子在地面上滚动），这时的摩擦力称为“滚动摩擦力”。滚动摩擦力在其他条件相同的情况下要比滑动摩擦力小得多，如火车车轮沿铁轨滚动时，滚动摩擦力约为滑动摩擦力的百分之一。
最大静摩擦力和滑动摩擦力与接触面上正压力成正比，比例系数分别称“静摩擦系数”和“滑动摩擦系数”。比例系数的大小主要决定于接触面的材料、光洁程度、干湿程度，也和相对运动的速度、接触面的大小等因素有一定关系。
上述是固体之间的摩擦力，另外，当固体在流体（液体、气体等）中运动时，或流体之间相对运动时，运动物之间存在着另一种摩擦力——黏滞阻力。黏滞阻力的大小主要取决于运动的速度，但也与固体的形状、流体的性质等因素有关。在运动速度不大时，黏滞阻力（如空气阻力）可以忽略不计。
汽车行驶与摩擦力有什么关系
1.汽车从静止到运动，需要利用轮子与地面的摩擦力，如果轮子与地面滑动摩擦力很小就没有办法运动起来。比如汽车在冰面上或泥泞地上，车轮常常会打滑空转，而汽车却很难运动起来。
2.汽车前进要受到滚动摩擦力的阻碍，如果关闭发动机，汽车会逐渐停下来。所以发动机必须不间断地工作来克服摩擦力，汽车才能继续前进。
3.运动的汽车要很快地停下来，更是离不开轮子与地面的摩擦力。如果轮子与地面滑动摩擦力太小，即使刹车轮子不转了，汽车轮子也要滑行着不断向前，这就很危险了。
所以，摩擦力对汽车的行驶来说，既有利又有弊，如果离开了摩擦力，汽车还寸步难行呢！
月球车简介
为了帮助宇航员们在月球上工作，科学工作者设计出一种叫“月球漂流者”的车辆。它大到足够乘载两名宇航员、他们的装备和许多月球岩石标本。
这个月球车的设计要求是什么呢？
月球车必须足够轻，以便火箭可以把它发射出地球。这个车在地球上重210千克，在月球上只有35千克。
月球上没有氧气，汽油发动机无法工作。月球车在每个轮子上用的是电动机，电能来自电池组。
月球的表面是粗糙不平的。月球车的轮胎要足够大，以使车能碾过地面的凸起和裂沟。为了减轻重量，工程师们用金属丝做成轮胎，看起来就像铁丝笼。
月球车需要慢慢走，以便节约电池，慢慢走也有利于宇航员在凹凸不平的地方控制车辆。所以车速设计为每小时12千米，和一般自行车速度差不多。
工程师们对他们设计的月球车作了非常仔细的记录，也记录下了所有的实验结果，并作了许多次改进，以保证它能在月球上正常的工作。
技术和科学
技术就是人类如何改造周围世界以满足其需要或解决实际问题。它包括的范围很广，从建造房屋、生产机器到设计道路和网络。技术扩大了人的潜力，如果没有它，人们就无法做一些事情。
技术活动具有面向特定目标的目的性和方向性，但有时结果却出人意料。一种特定技术的发展受诸多因素的影响，包括个人、团体、社会的需要以及相关技术要素、设施和系统的发展水平。
科学和技术根本的区别在于二者的目标不同：科学的目标是探知自然界，而技术的目标是对这个世界加以改造使之适应人类需要。
技术与科学是密切相关的。一个单一性的问题常常包含科学和技术这两个方面。出于对自然界的问题研究的需要，导致技术产品的研制；技术上的种种需要，又促进科学研究工作的开展。以设计为特点的技术是同以探究为特点的科学相互并存的。技术产品，从较为简单的铅笔到复杂的计算机，可以为我们提供一些手段和工具，推动我们对自然现象的研究工作。