小學二年級科學《折形狀：探秘結構與承重》創新教案

小學二年級科學《折形狀：探秘結構與承重》創新教案

一、教材與學情分析：在結構與功能的交匯處啟航

【基礎】本課教學設計基于教科版小學科學二年級上冊《材料》單元拓展內容，屬于技術與工程領域的啟蒙課。教材的核心在于引導學生通過對紙張這一常見材料的簡單加工——折疊，發現形狀的改變能引起材料性質（尤其是承重能力）的巨大變化。這不僅是對前一課《神奇的紙》中“瓦楞狀紙”特性的深化探究，更是為學生打開了一扇“結構與功能”科學大門的鑰匙。教材意圖通過“問題引發猜想—設計形狀—實測驗證—聯系生活”的探究路徑，讓學生初步體驗工程設計的核心流程，感受科學探究的嚴謹與樂趣。

【非常重要】二年級學生正處于從具體形象思維向初步邏輯思維過渡的階段。他們對周圍世界充滿好奇，樂于動手操作，但注意力易分散，觀察不夠細致，語言表達不夠精準。在知識儲備上，學生已經通過《神奇的紙》一課，親身體驗了將紙折疊成瓦楞狀后，其在彈性、承載力、隔熱性等方面的變化，對“改變形狀可以改變性能”有了最直觀的、感性的認識。然而，這種認識往往是零散的、個別的，尚未上升到“不同形狀結構承重能力不同”的普遍性規律層面。他們的前概念可能是“折疊后的紙更厲害”，但不知道為什么，也不清楚除了瓦楞狀，其他形狀如圓柱形、三角形是否同樣有效，效果又有何差異。因此，本課的教學設計必須基于學生已有的感性經驗，通過精心設計的結構性材料（不同形狀的紙筒）和嚴謹的對比實驗，引導他們從“玩”走向“探”，從“感知”走向“理解”，逐步建構起“改變形狀可以改變物體的承重能力，且不同形狀承重能力不同”的科學概念，并初步領悟到“圓筒形”在結構穩定性上的優越性及其在生活中的廣泛應用。

二、教學目標與核心素養定向

1.科學概念目標：通過實驗探究，認識到改變物體的形狀可以改變其承重能力；知道圓柱形、三角形、四邊形等不同形狀的紙筒承重能力不同，其中圓柱形（或近似圓形的多邊形）承重能力最強。【重要】【難點】

2.科學探究目標：能夠基于生活經驗提出假設，設計出不同形狀的紙筒；能按照實驗要求，控制變量（如紙張大小、厚度、連接方式等），公平地測試不同形狀紙筒的承重能力；能用完整的語言、數據或圖畫等方式記錄和描述實驗現象與結果。【高頻考點】

3.科學態度目標：在小組合作中，樂于交流，善于傾聽，能夠分工協作完成探究任務；培養尊重事實、用數據說話的實證意識；激發對材料科學和結構工程的探究興趣。

4.科學、技術、社會與環境目標：能夠留心觀察生活中運用“改變形狀增加強度”原理的物品，如瓦楞紙箱、紙杯、體育館屋頂、鋼管等，體會到科學技術與日常生活緊密相連。

三、教學準備：結構化材料支撐深度探究

為保障探究活動的嚴謹性與高效性，需要準備以下結構化材料：

1.分組實驗材料（每組一套）：【重要】

廢舊報紙或厚度、大小完全相同的A4打印紙若干張（確保紙張變量唯一）。

透明膠帶、剪刀。

大小相同的科學書或語文書若干本（作為承重物，保證重量一致）。

用于支撐紙筒的平滑底板一塊。

2.演示材料：

多媒體課件（包含不同形狀建筑、物品的圖片）。

瓦楞紙板、紙杯、雞蛋包裝盒等生活實物。

3.記錄單：學生活動手冊或設計好的《形狀與承重探究記錄表》。

四、教學實施過程：四階探究，深度建構

（一）聚焦問題，激活思維：從“紙的力量”說起

1.情境創設：上課伊始，教師神情神秘地拿出一張薄薄的A4紙，向全班發起挑戰：“同學們，在上一節課，我們認識了神奇的瓦楞狀紙，知道它比普通紙能承受更重的訂書機。今天，老師想用這張普通的打印紙來挑戰更重的物體，比如這一大摞科學書。你們猜，一張平鋪的紙能托起哪怕一本書嗎？”

學生基于經驗，會齊聲回答：“不能！”

教師演示：將一張紙平架在兩個橋墩（兩摞書）之間，放上一本書，紙瞬間塌陷，驗證了學生的猜想。【熱點】學生大笑，但思維已被激活。

2.引出問題：“看來，平鋪的紙確實不堪一擊。但是，如果我們允許對這張紙做一些改變，比如折一折，它是否能創造奇跡，托起一本甚至更多的書呢？你們有什么好辦法嗎？”教師將問題拋給學生，鼓勵他們大膽設想。

學生可能會回答：“折成瓦楞狀！”“折成扇子那樣！”

教師進一步引導：“除了瓦楞狀，我們還能把它折成其他形狀嗎？比如變成一根柱子？”教師順勢出示三角形、正方形、圓形的紙筒模型，“不同的形狀，力量會不會也不同呢？今天，我們就來當一回小小工程師，一起‘折形狀，探秘結構與承重’。”（板書課題）

（二）設計方案，控制變量：像工程師一樣思考

【非常重要】本環節是科學方法滲透的關鍵，核心在于引導學生理解“公平測試”的原則。

1.明確任務：教師發布任務——“我們要用同樣的紙，折成不同形狀的‘紙柱’，來測試它們的力量。看看誰能成為最堅固的‘大力士紙柱’！”

2.頭腦風暴，設計形狀：

各小組利用手中的紙，嘗試折出不同形狀的柱體。教師巡視，鼓勵創新。學生通常能很快折出三棱柱、四棱柱（方形）、圓柱體。【基礎】教師引導：“請你們組折出三種形狀，一種有三條棱，一種有四條棱，還有一種沒有棱，是圓圓的。”

在此過程中，教師需強調“接口”的處理方式：為了保證公平，所有紙柱的接口處必須用一小段透明膠帶固定，且固定方式、膠帶長度應盡量一致。【難點】教師要演示如何將一張紙卷成圓筒并粘貼，以及如何折疊出棱角分明的三棱柱和四棱柱。

3.討論“公平測試”規則：【重要】

教師提問：“如果我們就這樣開始比賽，有的組用厚紙，有的組用薄紙；有的組紙柱矮矮的，有的組紙柱高高的，這樣比出來的冠軍，大家服氣嗎？”

引導學生討論出必須相同的條件：紙張的大小、厚度要一樣；紙柱的高度要一樣；接口的粘貼方式要一樣；放置重物時，要輕輕地、平穩地放，不能扔或推；重物（書本）的大小和重量也要一樣。

教師總結：“對，做對比實驗，除了要研究的那個條件（形狀）可以改變，其他所有可能影響結果的條件都必須保持不變。這就是科學家進行公平測試的原則。”

（三）實測驗證，數據分析：用證據說話

1.預測與記錄：在實驗前，請各小組在記錄單上填寫預測：你們認為哪種形狀最堅固，哪種最脆弱？并簡要說明理由。這能暴露學生的前概念，并與后續實驗結果形成認知沖突。

2.分組實驗，協同探究：【核心環節】占最大篇幅

各小組開始緊張而興奮的測試。教師巡視指導，重點關注以下幾個方面：

操作的規范性：提醒學生將紙柱輕輕放在平板上，然后小心地將書本一本一本地、對稱地加到紙柱頂端。當放上書后，要停留幾秒鐘，觀察紙柱是否變形或倒塌。

安全與耐心：告誡學生在紙柱即將達到極限時，要更加輕柔，避免因操作不當導致提前倒塌。鼓勵小組內分工：一人負責放書，一人負責扶住紙柱（但不施力，以防作弊），一人負責數數并記錄，一人負責觀察和報告紙柱的變化（如“紙柱開始彎曲了！”“接口處要裂開了！”）。

觀察與思考：引導學生不僅關注“放了多少本”，更要關注“紙柱是怎么倒的”。是攔腰折斷了？是接口處崩開了？還是慢慢彎曲變形了？這些細節都是寶貴的科學證據。

數據記錄：要求學生在記錄單上詳細記錄每種形狀紙筒承受的書本數量，至少測試兩次，取最大值或比較穩定的數據。

教師觀察到的典型場景：當測試圓柱形紙筒時，隨著書本一本本加上去，學生往往瞪大眼睛，發出陣陣驚呼。“哇！還能放！第5本了！”“第8本了！”“紙筒有點扁了，但還沒倒！”而當測試三棱柱或四棱柱時，可能在只放了2、3本書時就瞬間坍塌。這種強烈的反差會給學生留下極其深刻的印象。

3.數據匯總與分析：【高頻考點】

實驗結束后，教師組織各小組匯報數據。教師在黑板上或利用Excel表格現場匯總全班數據。

展示樣例：

小組三棱柱四棱柱圓柱

第一組3本5本11本

第二組2本4本9本

第三組4本6本15本

引導學生觀察數據：“請大家仔細觀察這些數據，你發現了什么共同的規律？”

學生通過對比，能清晰地發現：圓柱形（或近似圓柱形）的紙筒承重能力最強，四棱柱次之，三棱柱最弱。【非常重要】這個結論不是老師告訴的，而是學生自己通過實驗數據發現的。

教師追問：“為什么圓柱形會這么強呢？大家結合剛才觀察到的紙柱倒塌時的樣子想一想。”

引導學生理解：圓柱形的側面沒有棱角，重量被均勻地分散到了整個圓弧面上，每個點承受的壓力都差不多；而有棱角的形狀，比如三棱柱，壓力會集中在棱上，這些地方最容易先被壓彎或撕裂。【難點】教師可以借助多媒體動畫或比喻（如“就像大家排隊，分散站（圓柱）比擠在墻角（棱角）更不容易被擠倒”）幫助學生理解。

（四）聯系生活，拓展應用：從課堂走向世界

1.尋找“大力士”的影子：【熱點】

教師展示一系列圖片和實物：巨大的煤氣罐、高聳的煙囪、雄偉的體育館穹頂、雞蛋的薄殼結構、建筑工地上的腳手架、飲料瓶、瓦楞紙箱、紙杯、裝雞蛋的紙托、一次性餐盒上的加強筋等等。

引導學生辨認和討論：“這些物體都運用了我們今天發現的什么科學原理？它們為什么要做成這種形狀？”

學生能夠發現，生活中許多物品都巧妙地運用了“改變形狀以增強強度”的原理。例如，瓦楞紙箱的瓦楞結構不僅增加了承重，還起到了緩沖作用；雞蛋的拱形結構能承受很大的外部壓力；飲料瓶的圓形瓶身既節省材料又堅固耐用。

2.微項目化學習延伸：【基礎】

教師提出挑戰：“今天我們只測試了三種基本形狀，生活中還有很多復雜的形狀，比如拱形、工字型、蜂窩狀。請同學們在課后繼續扮演‘材料工程師’，利用互聯網或圖書館，查閱資料，了解為什么大型橋梁和飛機機翼的骨架常常被設計成‘工’字形或蜂窩狀？它們比我們的圓柱形還要厲害嗎？下節課我們來舉辦一個‘結構與形狀’小型發布會，分享你們的發現。”

這個拓展任務將課堂探究延伸至課外，鼓勵學生進行跨學科學習（科學、技術、工程、藝術），培養信息檢索和自主學習能力。

五、板書設計：思維可視化

一、折形狀

（主板書區）（副板書區：生成性記錄）

探究問題：公平測試：相同條件

形狀如何影響承重能力？紙張大小、厚度、接口方式

書本大小、放置方式

實驗結論：【非常重要】……

圓柱形（圓筒形）>四棱柱>三棱柱

原因：力量均勻分散

應用：瓦楞紙、體育館、柱子……

六、教學反思與預設

本課設計以“高階思維”和“深度探究”為目標，通過層層遞進的問題鏈和結構化材料，引導二年級學生經歷了一次完整的科學探究與工程實踐雛形。重點在于將認知沖突（預測與結果的差異）轉化為探