【教学目标】

科学观念：1.外形为弧形的建筑结构称为拱。2.薄壳结构具有优越的受力性能，且轻便省料。

科学思维：对比蛋壳和拱形，找出两者之间的关系，从而认识薄壳结构。

探究实践：观察蛋壳，发现蛋壳的特点；尝试用握、戳等方式破坏蛋壳，直观感受蛋壳的稳固；通过拱形承重实验，知道拱桥的称重能力大于平桥。

态度责任：产生对工程设计的兴趣。

【教学重点】

探究蛋壳和拱形的承重能力。

【教学难点】

探究拱形的承重能力。

【教学准备】

教师：完好的鸡蛋，蛋壳，平板，纸张，铅笔、吸管瓶盖、相关拱形建筑的视频或图片等。

学生：记录册。

【教学时间】

1课时

【教学过程】

一、导入        

观察鸡蛋壳，描述其特点

1.交流：鸡蛋大家都熟悉都了解，仔细观察鸡蛋的蛋壳形状有什么特点？

2.为什么不是球形的呢？（播放视频）现在你们知道了吗？

3.除了鸡蛋以外，还有很多动物的蛋，它们的形状都类似，这不是偶然的巧合，里面蕴含着科学道理，它有什么特点呢？

【设计意图】鸡蛋对学生来说再熟悉不过了，但蛋壳的形状是什么样的，它有什么样的特点，学生也许从来没有思考过。所以引导学生仔细观察，并学会描述是进入本话题研究的基础。

二、探索

         探究蛋壳结构的精妙

1.鸡蛋vs大力士

我请班里的大力士上来和鸡蛋比试一下，请你用手包裹住鸡蛋，均匀用力，不能用手掐哦。（生展示握鸡蛋）鸡蛋真的那么厉害吗？我们再去自然界中去看看更多动物的蛋。（播放视频）

2.鸡蛋从外面握不碎，但是从里面轻轻一啄就破了，这是怎么回事？

活动一：研究蛋壳的抗击打能力

1.假如要研究这个问题的话，你觉得可以怎么做？（模拟实验）用什么模拟小鸡的嘴呢？（铅笔尖）

2.实验步骤：

①吸管平的一头紧贴蛋壳

②铅笔尖在三处高度进行自由下落

③记录在哪个高度被戳破

注意事项：不能借助外力

3.学生实验，将实验结果记录汇总到黑板上

4.观察全班记录表，你有什么发现？（开口向下的蛋壳不容易戳破），那么你觉得蛋壳的外部有怎样的特点？（抗击打）

活动二：研究蛋壳的承重能力

1.老师这还有4枚鸡蛋，现在往上面放这本书，可以吗？继续放这么多书会怎样（破，不破）放上去，没问题。

2.可以继续放吗？（可以）放一个人可以吗？（不行，有点难）老师准备了一盒鸡蛋，可以了吗？谁愿意来试试（学生拖鞋带鞋套踩在鸡蛋上）哇，成功了，看来蛋壳还有什么特点？（能承重）

【设计意图】学生的已有经验是蛋壳很容易敲碎，可是它在什么情况下很不容易碎呢？，大多数学生是猜不出结果的，这个活动里的几个环节，将逐步把学生引向对拱形结构的蛋壳不宜碎的研究。

三、思考蛋壳与拱形的相似之处，了解薄壳结构

1.蛋壳这么薄，却能承重又能抗击打，这里有什么科学道理呢？我们继续来研究，老师这有一张白纸，将它平放在两个木块上，一块橡皮都不能承受，（边说边演示）你能根据蛋壳的形状特点得到一些启发，想办法改造一下这张白纸，让它的承重能力提高吗？（将纸拱起来）请你上来试一试。

2.这种形状我们科学上称为拱形结构，请三位同学和老师一起利用白纸制作拱形，我和你组合下，你们一起来组合，下面的同学，仔细观察，有什么发现？（组合成了半个蛋壳）

3.那你知道蛋壳和拱形之间有什么关系了吗？（多个拱形组成了蛋壳）是啊，蛋壳是由多个拱形组合成的薄壳结构。

【设计意图】从蛋壳到拱形，再从拱形认识薄壳结构，就是从蛋壳的构造过渡到对薄壳结构的认识，这是本课探究过程的转折点，也是引导学生对又一对仿生事例的研究。

三、研讨小结

         拱与薄壳结构在生活中的运用

1.同种材料制作成拱形后，承重能力变强了，而且由于它的形状特点——薄，所以还很节省材料。因此很久以前，古人就从蛋壳的形状特点得到启发，将这种结构运用于建筑中。

2.中外古代拱形、薄壳结构建筑欣赏

出示古代西方建筑：古罗马万神殿，西班牙引水渠，古罗马斗兽场，巴黎凯旋门

出示中国古代建筑：陕西窑洞、长城、北京永定门城楼

3.智慧的中国古人利用拱形还设计制作了一种特别的建筑——无梁殿，等会我们通过视频一起涨知识，观看前我想请一位同学用ipad拍下视频中出现的拱形结构。投屏：你们找到了吗？

4.中国的桥：赵州桥

拱形建筑不仅用于房屋建筑，还应用于桥梁建筑当中，我们中国有一座闻名世界的拱桥，它历经千年屹立不倒，谁知道是哪座桥？（赵州桥）仔细观察，你会发现它由大大小小的拱形组成，这些敞开的小拱在减轻桥身的重量同时，又起到减少流水冲力的作用。

5.张家港的桥：青龙桥，富明桥

这是北方的桥，我们张家港作为江南水乡有没有这样的拱桥呢？（有）

6.欣赏了那么多，可以发现拱和薄壳结构一直是世界各地建筑上面的关键元素，不仅在古代，其实在现代应用更为广发，还玩出了新花样，老师给大家准备了资料卡，请大家阅读资料，划出关键词，找一找图片中的薄壳结构，还可以用笔画一画。（生活动）

7.薄壳结构是不是只用在建筑中呢？其实我们生活中随处可见，教室里找。（举起灯泡）你看这上面有吗？

8.出示各种头盔：这是什么？（头盔）无论是古代还是现代，国外还是我们中国，虽然头盔的材料造型各不相同，但它们的共同点都是采用了薄壳结构的设计。

9.出示一辆现代汽车：我们再来看这里汽车，这上面有拱形吗？

10.可乐瓶中有吗？每小组观察可乐瓶中的薄壳结构。

【设计意图】更多地了解拱形与薄壳结构，需要去发现生活中的拱形、薄壳结构建筑和物品，这是对所学知识的一次应用和复习，同时可以扩充学生的认知面。

四、拓展        

1.回家用你的眼睛继续找拱形，用拍照或者画图的方式记录。

2.刚才我们从蛋壳身上，得到些启发，模仿蛋壳外形或特点，制作了拱形，这个过程就是上节课我们所学习的“仿生学”。神奇的仿生学还有哪些？下节课我们继续研究。

【板书设计】

蛋壳与薄壳结构

形状       特点       启发

椭球体     抗击打     拱形

薄       能承重