【教材分析】

《認識工程》從學生對第1課房屋建造工程的回顧入手，引出本課對其他工程的學習和認識。本課主要包含三個活動：第一個活動是讓學生通過搜集、分析資料的方式了解港珠澳大橋的建設目的、意義，實際建設中受到的限制、挑戰(zhàn)，以及工程師攻克難關的過程和勇于創(chuàng)新的精神。第二個活動是在了解房屋和港珠澳大橋的建設過程后，讓學生采用歸納的方法對工程建設過程的相似步驟進行梳理。第三個活動是通過分析每一項工程的建設過程，讓學生了解工程與科技進步的關系。

【學生分析】

經過第1課的學習后，學生對工程有了較高的學習興趣，并且能夠在小組活動中表現出一定的表達、傾聽、溝通和調整的能力。學生對于港珠澳大橋的認識，大多來源于新聞報道。因此，搜集資料、處理信息是本課的主要學習方式。在搜集文獻資料時，學生應重點關注港珠澳大橋、“中國天眼”、高鐵、鳥巢、空間實驗室等宏大工程的規(guī)劃、建設歷程及其過程性資料。本課有助于培養(yǎng)學生搜集和分析處理信息的能力。

【教學目標】

科學概念目標

1.許多發(fā)明創(chuàng)造來源于對生活的觀察，可以在自然界找到原型。

2.工程建設需要運用相關科學知識以及技術的支撐來完成。

3.工程需要在一定的限制條件下完成任務，要經歷類似的建設過程。

科學探究目標

1.能通過閱讀資料知道工程建設需要面臨的限制條件有哪些，又是怎樣解決難題的。

2.能根據工程案例歸納出工程建設過程的相似步驟。

3.能了解工程建設所需的科學技術支持，分析工程與科學技術的關系。

科學態(tài)度目標

1.認識到工程建設的艱難，從而產生對建設者的敬仰之情。

2.進一步喚起學習工程的興趣，激發(fā)做一名小小工程師的愿望。

科學、技術、社會與環(huán)境目標

1.進一步認識到科學技術與工程的相互關系。

2.進一步認識到科學技術對社會發(fā)展的重要作用，人類的好奇心及社會的需求對科學技術發(fā)展的積極促進作用。

【教學重難點】

重點：根據港珠澳大橋工程案例，了解工程建設的艱巨與復雜，歸納工程建設過程的相似步驟。

難點：根據四大工程案例分析工程與技術的關系。

【教學準備】

為學生準備：港珠澳大橋相關資料、學生活動手冊。

教師準備：港珠澳大橋文字與視頻等資料，鳥巢、“中國天眼”、高鐵、空間實驗室的照片、技術簡圖等資料，班級記錄表、教學課件。

【教學過程】

一、聚焦

（一）教師出示上節(jié)課的班級記錄表，引領學生回顧前知

談話：我們先觀察上節(jié)課的班級記錄表，你們能回憶起上節(jié)課的知識嗎？住房有哪些主要的結構與系統(tǒng)？建造住房具體的實施過程分哪些步驟？

（一塊磚，一面墻，一個房間，一個單元，一層樓，一幢樓，一個小區(qū)，一個區(qū)域）

（水電系統(tǒng)，網絡系統(tǒng)）

（設計規(guī)劃，投標，論證，實施）

預設學生回答：住房有很多復雜的結構與系統(tǒng)，包括承重結構、供電系統(tǒng)、上下水系統(tǒng)等。實施過程主要包括規(guī)劃、設計、施工等步驟。

（二）聚焦本課話題

談話：港珠澳大橋工程的建設過程又是怎樣的？它們在建設過程中有什么共同特點？我們帶著問題開始學習吧。

設計意圖：引導學生將學習視角從住宅工程聚焦到港珠澳大橋工程。比較住房工程與港珠澳大橋工程，感受小型工程與大型工程的區(qū)別，進一步提升學生的學習興趣。

（在家堆積木建設房屋，你們很在行，港珠澳大橋試試唄，未來的工程師們）

? ? 二、探索

（一）閱讀或觀看港珠澳大橋的相關資料，試著整理和歸納下面的問題

1.利用教科書圖片引入。

談話：我們一起通過圖片來感受港珠澳大橋的宏偉。

2.學生閱讀資料。

學生閱讀教科書文字資料，思考以下四個問題。

（1）為什么要建造港珠澳大橋？

（2）大橋的建造面臨了哪些限制和挑戰(zhàn)？

（3）這些問題都是怎樣解決的？

（4）大橋的建造經歷了哪些主要過程？

3.教師指導學生逐一研究，解釋每個問題的指向。

問題一：為什么要建造港珠澳大橋？

談話：第一個問題指向建造港珠澳大橋的目的和意義，主要從政治、經濟、文化、交通現狀等資料中篩選。

問題二：大橋的建造面臨了哪些限制和挑戰(zhàn)？

談話：第二個問題指向大橋的建造面臨的限制和挑戰(zhàn)，可以從周邊地理環(huán)境特點、建設施工標準等方面進行總結；也可以根據文中提供的線索，尋找建設橋、島、隧一體大橋的原因。

問題三：這些問題都是怎樣解決的？

談話：第三個問題指向解決辦法和克服困難的過程，大橋的建造需要巧妙的設計規(guī)劃和先進的技術做支持。

問題四：大橋的建造經歷了哪些主要過程？

談話：第四個問題指向建造大橋的主要過程，需要從不同的資料中提煉，包括規(guī)劃準備階段和建設階段的重要時間節(jié)點。

4.小組進行資料整理、分析。

學生按照上一環(huán)節(jié)獲得的提示，處理文獻資料。小組內學生補充各自課前搜集到的各種信息。組內交流分享，共同完善本組答案。

（以上信息如何通過，老師通過幻燈片，視頻播放，緩緩提醒，然后讓學生自己感知，總結？）

5.全班共同研討交流。

問題一：為什么要建造港珠澳大橋？

教師引導：大家通過觀看珠三角兩岸城市群地圖、土地面積占比與GDP占比、大灣區(qū)經濟圈概念等資料文獻，能說說為什么要建造港珠澳大橋嗎？

預設學生回答：在經濟、政治、文化方面有不同意義。

問題二、三：大橋的建造曾面臨哪些限制和挑戰(zhàn)？這些問題都是怎樣解決的？

學生活動：搜集信息，以“限制和挑戰(zhàn)”“解決辦法”兩項內容對應排列。

限制和挑戰(zhàn)

解決辦法

大橋要經過通向香港的唯一航道，橋面高度必須要超過80米，橋塔高度超過200米，而香港機場不允許有超過88米的建筑物出現

在這片水域上修建六七千米長的海底隧道和22.9千米長的跨海大橋

橋梁和隧道需要用島嶼連接，但這片海域上沒有任何可用的島嶼

修建人工島

建島的海床上有15到20米深的淤泥，機械會滑出，移走淤泥又會對海洋造成毀滅性污染

用圓鋼筒圍島

問題四：大橋的建造經歷了哪些主要過程？

提問：我這有新聞報道，大家能從中篩選出建設施工中的重要節(jié)點嗎？

學生交流匯總：

2009年12月15日，港珠澳大橋正式開工建設。2015年2月23日，青州航道橋56號墩索塔“中國結”結形撐首個節(jié)段（J3節(jié)段）吊裝成功。

2015年8月23日，江海直達船航道橋首個“海豚”塔成功吊裝。

2015年9月6日，主體工程220座墩臺全線完工。

2016年6月29日，港珠澳大橋主體橋梁合龍。

2016年9月27日，港珠澳大橋主體橋梁全線貫通。

2017年7月7日，港珠澳大橋海底隧道正式貫通。

2018年2月，港珠澳大橋主體工程通過交工驗收，具備通車試運營條件。

6.教師總結。

談話：大家回顧整理出的資料，再次感受大橋建造過程的困難與復雜。

小結：從前期準備到建設完成的十余年間，港珠澳大橋在建造過程中遇到的困難還有很多。工程團隊不斷突破技術難關，才解決了這些難題。完成這類宏大的工程，依賴的核心是技術。

設計意圖：本環(huán)節(jié)需要學生與教師共同從搜集的資料中整理、分析出四個問題的答案。通過學生明確信息尋找方向、拓展多種資料、整理處理信息、分析得出結論這一活動過程，培養(yǎng)學生搜集、處理、分析文獻資料并從中獲取信息的科學探究能力，加強對工程復雜性、科學性、系統(tǒng)性的理解。

（問自己:如何選擇資料，約家長一起參與，還是老師提前準備好。）

（二）梳理工程建設過程的相似步驟

1.教師引導：通過上一環(huán)節(jié)中的時間線，我們梳理了港珠澳大橋建造的主要過程。對比上節(jié)課房屋建造的過程，我們來歸納一下工程建設過程要經歷的步驟。

2.小組討論交流：通過建造房屋工程與港珠澳大橋工程的對比，總結出兩個工程的相同點，即都需要規(guī)劃設計和施工建造兩大過程。

3.教師點撥：通過港珠澳大橋工程案例中的時間點，計算整個工程所用的時間和從開工到竣工所用的時間，然后對所用的時間進行比較分析。

預設學生發(fā)現：施工階段在整個工程中所占時間并不是最多的，占用時間最多的是前期的規(guī)劃和設計階段，如分析工程中的限制和挑戰(zhàn)以及研究相應的解決辦法。

4.歸納工程建設過程的相似步驟。

（1）明確一個要解決的問題。

房屋：解決住房問題，保證住宅安全、適用、衛(wèi)生、經濟。

港珠澳大橋：建造一座跨海大橋，連通珠三角地區(qū)東西部，縮短行程，為政治、經濟、文化的傳遞提供一個紐帶。

（2）在限制條件下進行設計。

限制條件包括時間、費用、可用材料、環(huán)境、抵抗自然界的破壞能力等。

（3）制作一個模型，測試這個模型，評估并改進。

制作房屋模型，對樓體高度、結構形式進行測試，確保建筑物的堅固性和安全性，從各個方面驗證建筑物的應力。

談話：以評估港珠澳大橋的四個可選方案為例，取舍原因如下。斜線方案會導致大橋阻水率過高，造成大橋周圍沉積沙土，伶仃洋可能變?yōu)榱尕旰?；西側垂直線方案會割裂珠海市空間或破壞珠海沿海景觀；東側垂直線方案在港珠澳大橋東人工島的基礎上，修一條垂直連接線通往深圳蛇口，將擋住航道。因此舍棄了三種雙Y模式設計，最終確定采用Y型線路，分別連接香港、珠海和澳門三地。

設計意圖：通過房屋與港珠澳大橋的對比，引導學生思考，設計完成后并不能直接施工，而是要按照設計制作模型，再對模型進行測試、評估和改進，循環(huán)往復，直到設計達到各種限制條件的要求，趨于完美，萬無一失。

（4）實施建設。

在實施建設過程中，要嚴格按照設計來施工，不可隨意更改。如果遇到設計中未出現的情況，要重新進行規(guī)劃設計，確定可行性后再進行施工。

5.學生完成活動手冊記錄。

學生跟隨教師一起完成活動手冊記錄。

教師重點提示：要加強對設計在工程環(huán)節(jié)中的重要性的認識。

設計意圖：教科書呈現了一個工程建設過程的簡要步驟示意圖，意圖有兩點：一是給學生提供一個歸納總結的參考；二是重點強化設計的往復過程，通過大橋的多個設計方案的取舍和改進實例，引起學生對設計在工程環(huán)節(jié)中的重要性的認識，指向工程的關鍵是設計這一核心概念。

（三）了解這些宏大工程與科技進步的關系

1.提問：回顧房屋和港珠澳大橋的建造過程，你知道工程中可能用到哪些技術嗎？

預設學生回答：運輸、制造、冶煉、力學、建筑、電子、燃料、機械、通信等技術。

2.觀察教科書中“天眼”、高鐵、“鳥 巢”體育場和“天宮”空間站四大工程的圖片，結合課前搜集的資料，分析這些工程分別采用了哪些技術。

3.小組研討。

師生共同總結：每一項宏大的工程都采用了大量上述技術，證明了工程離不開技術的支持。

4.教師進一步舉例，列舉工程推動技術發(fā)展的例子。

例如，建造鳥巢所需鋼材要求輕便且荷載能力大，國內鋼鐵廠便專門研制了Q460E-Z35鋼材。又如，港珠澳大橋橋梁焊接的技術標準高，中鐵山橋集團便研發(fā)了世界上規(guī)模最大、精度最高的機器人焊接系統(tǒng)。

5.提問：工程與技術有什么關系？

學生開展自由討論。

小結：工程利用了大量技術成果，建設工程的過程中遇到的難題也推動了技術的發(fā)展。

6.總結：通過分析每一項工程的建設過程，我們都可以感受到科學技術在其中發(fā)揮的重要作用。每一項工程都包含了大量的科學原理，應用了大量的科學技術，沒有科學技術的支撐，就不可能完成如此浩大的工程。與此同時，工程實施過程中面臨的各項困難和技術難關也是對科學技術提出的更高要求，推動著科學技術不斷發(fā)展?？梢哉f，科學技術進步支持工程的實施，工程也推動著科學技術不斷發(fā)展。

設計意圖：小組分析討論的結果并不需要真正選擇出所有需要的技術，而是通過這種形式使學生主動感受到工程采用了大量技術，深化學生對工程與技術關系的認知。

三、研討

（一）通過兩節(jié)課的學習，我們對工程有了哪些認識？這些認識的依據是什么？

學生圍繞這個問題開展交流討論。教師引導學生理解以下兩個方面的內容。

1.工程是一項復雜、整體、協(xié)調的工作。

2.設計與施工同等重要，甚至設計更為重要。

（二）完成一項工程要經歷哪些重要的工作階段？

1.學生開展自由討論。教師引導學生利用活動手冊梳理工程步驟并進行總結。

2.師生交流總結：完成一項工程要經歷重要的工作階段，包括明確一個要解決的問題；在限制條件下進行設計；制作一個模型；測試這個模型，評估并改進；再重新設計建立模型，再測試，再改進完善。循環(huán)往復，直到設計達到各種限制條件的要求，才開始實施建設。

（三）工程與技術的關系是怎樣的？

1.學生交流討論。

2.小結：工程項目包含大量的科學原理，利用大量的科學發(fā)現，不斷推動技術的發(fā)展。技術與工程是相互促進、相輔相成的關系。

（四）假如讓我們做一名小小的工程師，我們都要完成哪些工作呢？

1.教師引導學生積極討論，自由交流。

2.學生匯報：發(fā)現建造工程的每個階段都很重要，都需要有專業(yè)知識和技能的工程師去做。最重要的是設計。