自制不倒翁教学设计课件

自制不倒翁教学设计教学目标123认知目标技能目标情感目标通过亲身实践，理解不倒翁的物理原理，认掌握不倒翁的制作方法，体验动手操作过程，培养观察能力、团队合作精神和解决问题的识重心、平衡与稳定性的基本概念培养精细动作能力和工具使用技巧能力，增强科学探究兴趣和成就感不倒翁简介不倒翁是中国传统玩具的代表之一，历史可追溯至唐代其特点是无论如何推倒，都能自动恢复直立状态这种神奇的玩具蕴含了深刻的物理学原理，被广泛应用于民间玩具、教学道具和文化创意产品在中国传统文化中，不倒翁象征着坚韧不拔、百折不挠的精神，寓意挫折后能重新站起如今，不倒翁不仅是传统文化的载体，也是科学教育的理想工具，能够形象地向孩子们展示物理原理激发兴趣互动提问探索经验你们以前见过不倒翁吗？它是什么样子的？有没有玩过？思考原理为什么不倒翁无论怎么推，最后都能恢复直立？这背后有什么秘密？联系生活你们在生活中还见过哪些类似不倒翁的物品？它们有什么共同点？激发猜想如果我们自己做一个不倒翁，需要准备哪些材料？怎样才能让它站得稳？观察体验教师演示环节教师展示各种不同材质、不同造型的不倒翁，如传统陶瓷不倒翁、现代塑料不倒翁、达摩不倒翁等，并进行基本操作演示•轻推不倒翁，观察其晃动和自动复原的过程•从不同方向推动，观察其运动轨迹的变化•比较推力大小对不倒翁摆动幅度的影响•展示特殊情况极端角度下不倒翁是否还能复原学生亲身体验每组分发1-2个不倒翁样品，让学生们亲自操作、观察和讨论•触摸不倒翁的不同部位，感受重量分布差异揭秘核心原理重心概念平衡原理重心是物体所有重力作用的等效作用当不倒翁倾斜时，重心偏离支撑点的点，决定了物体的平衡状态不倒翁垂直线，产生一个使其回到平衡位置的特殊设计使其重心始终位于底部，的力矩，这是不倒翁能自动直立的关且低于支撑点键稳定性分析不倒翁具有上轻下重的结构特点，底部半球形设计使其在倾斜时产生恢复力矩，确保稳定性不倒翁的神奇之处在于它能将倾倒的能量转化为使其回到原位的能量当我们推动不倒翁时，它的重心会升高，而当我们松手后，重力会使其重心自动回到最低点，也就是直立位置这一原理在许多工程设计和自然界生物结构中都有应用不倒翁结构解析典型结构特征不倒翁的核心结构特点包括•底部呈半球形或类似曲面，确保与地面接触点可变•底部内嵌有较重物体（如金属块、沙子等），使重心集中在底部•上部结构通常较轻，形状可多样化（人物、动物等）•整体重心必须低于支撑点（即与地面接触的曲面中心）这种特殊结构设计确保了不倒翁在受到外力作用时，能够产生使其回到平衡位置的恢复力矩实物剖面图观察沙子填充不倒翁棉花填充对比铁块配重不倒翁沙子具有可流动性，能均匀分布在底部，但重量单纯使用棉花填充的不倒翁无法保持稳定，因为底部放置铁块或金属配重的不倒翁稳定性最好，相对较轻，适合制作小型不倒翁沙子填充的不棉花密度太小，无法提供足够的重量差异这种恢复速度快，摆动次数少由于金属密度大，即倒翁摆动恢复较慢，运动轨迹平缓填充方式通常需要在底部额外添加重物才能实现使体积小也能提供足够的重量差异，是理想的配不倒翁效果重材料通过观察不同填充物的剖面图，我们可以清楚地看到重心位置的差异重心必须低且靠近底部，才能保证不倒翁的稳定性填充物的选择直接影响不倒翁的性能表现，这也是我们制作过程中需要重点考虑的因素物理知识链接重心与力的作用线重心是物体重力的等效作用点，可以将物体的整体重力简化为在此点上的一个力当物体受到外力时，如果外力作用线不通过重心，就会产生力矩，使物体旋转在不倒翁中，当我们推动它倾斜时，重心位置会偏离垂直支撑线，地面支撑力与重力之间形成一个力矩，这个力矩会使不倒翁恢复到垂直位置稳定平衡与不稳定平衡不倒翁处于稳定平衡状态，即当受到小的扰动后，会自动回到平衡位置这是因为受扰动时，不倒翁的重心会升高，释放势能的过程会驱动它回到重心最低的平衡位置能量转换原理不倒翁的运动过程涉及能量的转换•推动时外力做功，将能量储存为重力势能•释放时势能转化为动能，使不倒翁摆动•摆动过程能量逐渐耗散（主要通过摩擦和空气阻力）•最终停止回到势能最低的平衡位置这一能量转换过程解释了为什么不倒翁总是会经过多次摆动后最终恢复直立状态日常生活中的重心企鹅行走保龄球企鹅身体结构设计使其重心较低，即使在冰面上行走也能保持稳定，很少摔倒，展示了自然界中保龄球内部重量分布不均匀，底部较重，使球在的重心应用滚动时能够沿特定轨迹前进，这与不倒翁的重心设计原理相似船舶设计船舶底部配有压舱物，使重心低于浮心，确保即使在风浪中倾斜也能自动恢复平衡，避免倾覆赛车设计金字塔赛车底盘较低，发动机位置靠下，降低整车重心，提高高速转弯时的稳定性，减少翻车风险古埃及金字塔底部面积大，向上逐渐收窄，重心低且稳定，使其能够经受数千年而不倒塌重心原理在我们的日常生活中无处不在通过观察这些例子，我们可以发现稳定性的共同点将重心设计在较低位置，使物体在受到外力时能够自动恢复平衡这些实例帮助我们理解不倒翁原理的广泛应用，也让我们认识到物理学知识在生活中的重要性不同材质的不倒翁传统陶瓷不倒翁现代塑料不倒翁创意蛋壳不倒翁陶瓷不倒翁是最传统的形式，由陶土烧制而成，塑料不倒翁是现代常见的儿童玩具形式，材质轻蛋壳不倒翁是一种环保创意设计，利用鸡蛋、鸭通常内部为空心，底部较厚且嵌有金属块或陶土便不易碎，色彩鲜艳，内部通常填充沙子或小钢蛋等蛋壳作为外壳，内部填充沙子或小石子这块作为配重这种不倒翁手感细腻，摆动声音清珠作为配重这种不倒翁制作成本低，安全性高，种不倒翁轻巧美观，是理想的手工DIY教学材料，脆，具有很高的艺术收藏价值适合幼儿使用制作简单且材料易得不同材质的不倒翁各具特色，但都遵循相同的物理原理在我们的制作活动中，将主要采用蛋壳或小塑料瓶等易得材料，既环保又适合孩子们动手操作材质的选择也会影响不倒翁的性能表现，如摆动速度、稳定性和耐用度等材料收集与准备基础材料•外壳材料鸡蛋壳、鸭蛋壳、塑料瓶底部、乒乓球•配重材料细沙、黄豆、小铁块、玻璃弹珠、粘土•装饰材料彩纸、颜料、毛线、贴纸、亮片•连接材料胶水、双面胶、橡皮泥、热熔胶工具准备•安全剪刀、小铲子、小勺子•细毛笔、水彩笔、油画棒•量杯、小漏斗、筷子•纸巾、抹布、报纸（保护桌面）材料准备建议在收集材料时，请注意以下几点•蛋壳需提前清洗干净并晾干，最好使用整个蛋壳的下半部分•配重材料准备充足，不同种类可供选择和对比•装饰材料应丰富多彩，激发创意手工安全提示工具使用安全材料操作安全•剪刀使用时必须坐在座位上，不得随意•沙子、豆子等小颗粒材料不得放入口中走动或鼻中•剪刀递给他人时，手柄朝向对方，刀刃•蛋壳边缘可能锋利，操作时应小心，避朝向自己免划伤•使用尖锐工具时，动作应轻柔，避免用•胶水使用适量，避免接触眼睛和口鼻力过猛•使用胶水后及时盖好盖子，防止干燥和•小铲子、勺子等工具仅用于材料操作，浪费不得用于其他用途环境安全•操作区域应铺设报纸或防护垫，便于清理•材料分区放置，保持桌面整洁有序•活动结束后，确保清理干净所有材料•不使用的工具应放回指定位置，避免散落安全是一切活动的前提在制作过程中，教师应全程监督指导，及时纠正不安全行为鼓励孩子们互相提醒、互相帮助，培养安全意识和团队协作精神对于年龄较小的幼儿，某些步骤可能需要教师或助手提供更多帮助第一步制作外壳外壳选择与准备

1.挑选合适的蛋壳或小瓶选择完整无裂缝的蛋壳，或小塑料瓶的底部

2.清洗处理用温水轻轻冲洗蛋壳内部，去除残余物质

3.消毒晾干可用稀释的食用醋轻轻擦拭，然后放置通风处完全晾干

4.检查强度轻按蛋壳，确保强度足够，无明显脆弱点外壳处理技巧•蛋壳边缘可用细砂纸轻轻打磨，避免锋利•如使用塑料瓶，需剪裁成合适高度，边缘要平整•可先在外壳上铺一层白纸底色，便于后续彩绘彩绘装饰初步构思在制作外壳阶段，可以先进行简单的创意构思•确定不倒翁的主题动物形象、卡通人物、传统图案等•规划色彩搭配选择2-3种主要颜色，避免过于复杂•轻轻用铅笔在外壳上勾勒轮廓，为后续彩绘做准备•考虑特殊装饰元素的位置，如眼睛、帽子、胡须等注意彩绘装饰可在填充配重后进行，此阶段重点是外壳的准备第二步填充配重准备配重材料将沙子、黄豆或铁块等配重材料准备好，确保干燥无杂质可以准备小漏斗或自制纸漏斗辅助填充填充底部小心将配重材料填入蛋壳或容器底部，注意控制用量，保证重量集中在底部中央位置测试平衡适量填充后，暂时封住开口，轻轻放置测试其站立和平衡情况，根据测试结果调整填充量固定配重确定配重效果良好后，可用少量胶水固定底部填充物，防止移位，确保稳定性填充配重是制作不倒翁的关键步骤，直接影响成品的稳定性在这一阶段，要特别注意以下几点•配重必须集中在底部中央，不可分散或偏向一侧•填充量要适中，过多会导致不倒翁过重难以晃动，过少则无法提供足够的恢复力•不同材料可以混合使用，如底层放铁块，上层填沙子•在填充过程中多次测试，以找到最佳配重状态第三步粘贴封口封口材料选择•硬纸板剪成圆形，略大于开口，提供结构支撑•彩色卡纸美观且易于粘贴，可作为底座装饰•软橡皮泥可塑性好，填补不规则缝隙•硬石膏稳固耐用，适合作永久性封口封口步骤详解

1.准备适合大小的封口材料，确保能完全覆盖开口

2.在开口边缘均匀涂抹胶水，注意不要过量导致溢出

3.小心按压封口材料，确保无缝隙，防止填充物漏出

4.用橡皮泥或额外的胶水填补可能的空隙和缝隙

5.将封好的不倒翁放置一段时间，等待胶水完全干燥固化第四步外观美化基础装饰个性化设计创意材料运用为不倒翁添加基本的面部特征，如眼睛、嘴巴等根据创意构思，添加个性化的装饰元素，如头发、尝试使用多种材料进行混合装饰，如亮片、纽扣、可以使用彩色贴纸、水彩笔或丙烯颜料进行绘制帽子、胡须等这些细节可以使用彩纸剪贴、毛羽毛等这些材料可以增加作品的立体感和质感，注意笔触要轻柔，避免损坏外壳面部表情可以线粘贴或直接绘制的方式完成鼓励孩子们发挥但要注意控制重量，避免顶部过重影响平衡材选择不同情绪，增加作品的趣味性想象力，创造独特的形象料应牢固粘贴，防止脱落外观美化是展现个性和创意的阶段，也是孩子们最喜欢的环节鼓励他们根据自己的想象进行设计，不必拘泥于现实形象在装饰过程中，要随时关注作品的平衡性，避免装饰物过重或分布不均完成装饰后，可以涂一层透明亮光漆保护表面，增加光泽和耐久性第五步初步试验基础测试项目

1.直立测试将不倒翁放在平整表面，检查是否能稳定直立

2.倾斜恢复测试从不同角度轻推不倒翁，观察其恢复直立的能力

3.摆动持续性测试轻推后，记录摆动次数和时间，了解动态特性

4.极限角度测试慢慢增加倾斜角度，找出不倒翁能自动恢复的最大角度可能问题及解决方案•不能直立底部可能不平，或重心位置不正确，需重新调整配重•恢复缓慢可能配重不足，或底部曲率不合适，增加底部重量•偏向一侧配重分布不均匀，需重新分配内部填充物•摆动过度底部可能过重，减少配重或调整形状测试记录与分析小组合作制作分组与角色分配合作流程设计小组比赛规则•每组4-5名学生，确保能力均衡•先集体讨论设计方案，达成共识•最稳不倒翁测试能恢复直立的最大倾斜角度•指定组长负责协调和进度把控•分工准备材料和工具•分配专门角色材料管理员、组装专家、装•按步骤协作完成制作过程•最持久不倒翁测试一次推动后能摆动的最长时间饰师、测试员•共同测试和改进•鼓励轮换角色，让每个人都有机会参与不同•准备作品展示和讲解•最创意不倒翁评选外观设计最独特的作品环节•最佳团队合作评选合作最默契的小组小组合作制作不仅能提高作品质量，还能培养孩子们的团队协作能力和沟通技巧在合作过程中，教师应注意观察各小组的互动情况，及时给予指导和帮助鼓励孩子们相互学习、相互启发，共同解决遇到的问题比赛环节不宜过于强调输赢，重点在于激发兴趣和促进交流出现问题怎么解决问题不倒翁无法站立问题推倒后不能恢复可能原因底部不平整、重心过高或配重不足可能原因重心位置不当、底部形状问题、倾斜角度过大解决方法解决方法•检查底部是否平整，必要时重新修整•增加底部配重，确保重心位置足够低•重新分配内部配重，确保重心在底部中心•调整底部形状，使曲率更合适•修改底部形状，增加曲率•检查配重是否集中在中心位置•减少顶部装饰物重量•控制推动力度，避免超过恢复极限问题不倒翁总是偏向一侧可能原因配重分布不均、外形不对称、底部不规则解决方法•重新分配内部配重，使重心居中•调整外部装饰，平衡两侧重量•修整底部形状，确保对称均匀•在轻的一侧适当增加配重问题解决是科学探究的重要环节，也是培养孩子解决问题能力的好机会当不倒翁出现问题时，引导孩子们分析原因，提出解决方案，并进行验证这个过程让孩子们理解试错-改进的科学方法，体验解决问题的成就感教师可以适当提供指导，但应尽量让孩子们自己思考和尝试，培养独立思考能力成品展示与讲解展示准备•为每个不倒翁制作简单的名牌，写明名称和创作者•按小组或主题分类摆放作品•准备展示台或专门区域，确保光线充足•可制作简单海报介绍制作过程和特色讲解要点指导学生准备简短讲解，包含以下内容

1.创作灵感和设计理念

2.所用材料及选择原因

3.制作过程中的特别之处

4.遇到的问题及解决方法

5.作品的特色和创新点互动环节设计展示不仅是展示成果，更是交流学习的机会•设置互动问答环节，让观众提问•组织猜猜我的配重游戏，让观众猜测各不倒翁使用的配重材料•举行即兴挑战赛，如最稳不倒翁评选•邀请其他班级或家长参观，扩大影响•鼓励学生相互学习，借鉴优秀作品的设计理念拆解与比对分析配重位置比对填充物材质比较底部形状研究选取几个表现不同的作品进行拆解，观察其内部比较不同填充物的效果沙子填充的不倒翁摆动观察不同底部形状的影响完美半球形底部提供配重位置的差异让学生发现配重越靠近底部平稳但恢复力较弱；铁块或弹珠填充的恢复力强最佳平衡；过于平坦的底部难以自动恢复；过于中心，不倒翁的稳定性越好；配重分布不均匀，但摆动较快；黄豆等颗粒状填充物则表现中等尖锐的底部则摆动过度这一比较帮助学生理解会导致不倒翁偏向一侧；配重过高则难以恢复直通过对比，理解材料密度与不倒翁性能的关系曲率与稳定性的关系，以及形状设计的重要性立拆解分析环节是科学探究的深化，通过实物对比帮助学生从现象到本质，理解不同设计对不倒翁性能的影响教师可引导学生记录观察结果，尝试总结规律，如重心位置与稳定性的关系、材料密度与恢复力的关系等这种基于证据的分析培养了学生的科学思维和逻辑推理能力经验交流与思考组织讨论与分享引导学生围绕以下问题展开讨论•为什么有的不倒翁非常稳定，而有的容易倒下不能恢复？•我们使用的不同材料对不倒翁性能有什么影响？•在制作过程中，你发现了哪些关键因素决定了不倒翁的表现？•如果再做一次，你会有哪些改进？为什么？•你认为不倒翁的原理可以应用到生活中的哪些方面？通过这些开放性问题，鼓励学生反思整个制作过程，总结经验教训，深化对科学原理的理解关键发现记录引导学生整理活动中的重要发现推广拓展玩法迷你不倒翁挑战巨型不倒翁实验尝试制作更小型的不倒翁，如使用鹌尝试使用大型材料如篮球、塑料桶等鹑蛋壳或乒乓球作为外壳小型不倒制作巨型不倒翁大型不倒翁需要更翁制作难度更大，对精细操作能力和多配重和更精确的计算，可作为小组配重精确度要求更高，适合高年级学合作项目，探索尺寸变化对物理原理生或进阶挑战应用的影响不同形状实验尝试制作非传统形状的不倒翁，如锥形、椭圆形或不规则形状这类实验探索了形状对平衡的影响，挑战学生对重心概念的理解，激发创新思维拓展活动不仅增加了趣味性，也深化了学习通过改变尺寸、形状和材料，学生能更全面地理解物理原理，发现更多变量对不倒翁性能的影响教师可以根据班级情况选择适当的拓展活动，也可以鼓励学生自行设计新的玩法和实验这些活动培养了学生的创新精神和实验设计能力，是STEAM教育的重要组成部分科学原理升华力与反作用力稳定与不稳定平衡不倒翁的工作原理涉及牛顿第三定律作用力与反作用力当我们推动不倒翁时，施加了一个作用力；当松手后，重力与支撑面的反作用力产生力矩，使不倒翁回到平衡位置这一原理在日常生活中随处可见•走路时脚对地面的作用力与地面对脚的反作用力•划船时桨对水的作用力与水对桨的反作用力•火箭发射时燃气喷出的作用力与推动火箭的反作用力通过不倒翁实验，学生能直观地理解这一抽象的物理概念不倒翁展示了三种平衡状态的区别稳定平衡受到扰动后，物体会自动回到原来的平衡位置，如不倒翁的直立状态不稳定平衡受到微小扰动后，物体会离开原来的平衡位置，如铅笔尖立中性平衡受到扰动后，物体在新位置仍保持平衡，如球在水平面上滚动理解这些概念有助于学生分析日常生活中的平衡问题，如建筑结构设计、交通工具稳定性等创意发散不倒翁绘画比赛创新功能设计不倒翁故事创作组织学生进行不倒翁创意设计绘画活动，鼓励他挑战学生思考如何为不倒翁添加新功能，如发声以自制的不倒翁为角色，创作简短的故事或表演们发挥想象力，设计各种有趣、新颖的不倒翁形不倒翁、变色不倒翁、夜光不倒翁等引导学生小剧场这一活动将科学与语文、艺术相结合，象可以设置不同主题，如未来不倒翁、动物思考材料特性与功能实现的关系，培养创新思维培养学生的综合素养学生可以创作关于不倒不倒翁、职业不倒翁等，激发创意思维优秀和问题解决能力鼓励他们尝试将这些创意付诸翁的冒险、不倒翁的秘密等主题故事，并用自设计可以实际制作出来实践制的不倒翁进行表演创意发散活动打破了学科界限，将科学与艺术、文学结合起来，培养学生的跨学科思维能力这些活动不仅巩固了对不倒翁物理原理的理解，还发展了学生的想象力、创造力和表达能力教师应鼓励多元化的思维方式，欣赏每个学生的独特创意，营造宽松、自由的创新氛围结合STEAM技术Technology应用工具和测量技术科学Science•使用数字工具记录和分析数据探索物理学原理重心、平衡、力矩、能量转换•测量角度和时间•重心位置对稳定性的影响•尝试使用简单传感器测量运动•力的作用与反作用•动能与势能的转换工程Engineering设计与优化结构•材料选择与性能关系•结构稳定性设计数学Math•问题识别与解决测量与数据分析艺术Arts•几何形状与对称性美学设计与创意表达•重量与比例关系•造型设计与色彩搭配•数据收集与图表分析•装饰技巧与材质运用•文化元素融入不倒翁制作活动是一个完美的STEAM整合项目，它将科学、技术、工程、艺术和数学五个领域自然地融合在一起学生在动手实践中，同时发展了多学科能力和跨学科思维这种整合式学习符合现代教育理念，培养学生的综合素养和创新能力，为未来的学习和发展奠定基础教学反思与改进常见问题汇总教学策略调整•时间控制不当部分环节耗时过长，导致后续•优化时间分配关键环节预留充足时间，设置活动仓促弹性缓冲区•材料准备不足特别是配重材料种类单一，限•完善材料准备提前收集多样化材料，准备足制了比较实验量备用品•分组不均衡能力差异导致部分小组进展缓慢•改进分组方式能力互补原则，确保每组有引领者•安全问题尖锐工具使用不当，造成安全隐患•概念理解困难低年级学生对重心等物理概念•强化安全教育设立专门安全监督员，定期提醒理解有限•简化概念讲解低年级使用更多类比和直观展示内容优化建议•增加差异化设计根据年龄段设计不同难度的制作方案•加强科学记录设计简单的观察记录表，培养记录习惯•扩展延伸活动设计家庭作业，延续学习兴趣•增加现代技术结合简单编程或传感器，提高科技含量•加强学科整合更有意识地融入数学、美术等学科元素教学反思是提升教学质量的重要环节通过总结经验教训，针对性地改进教学设计，可以使不倒翁制作活动更加完善教师应保持开放的心态，听取学生反馈，观察活动中的问题点，并在下次教学中有针对性地调整这种持续改进的态度也是我们希望传递给学生的科学精神家庭延伸活动亲子共创活动鼓励学生将学校学到的不倒翁制作知识带回家，与家长共同完成以下活动•设计家庭专属不倒翁以家庭成员或宠物为原型•收集家中废旧材料制作环保不倒翁•举办家庭不倒翁比赛，邀请亲友参与•创作不倒翁故事或绘本，记录制作过程•探索家中其他应用了相似物理原理的物品这些活动能够加强家校联系，让家长参与到孩子的学习过程中，共同体验科学探究的乐趣生活原理探索引导家庭将不倒翁原理延伸到更广泛的生活场景

1.观察家中物品的稳定性如书架、花瓶等

2.讨论交通工具的平衡设计自行车、汽车等

3.探索建筑结构中的稳定性原理

4.研究运动中的平衡技巧如溜冰、骑车等

5.收集与重心相关的趣味小实验通过这些延伸活动，帮助学生将课堂知识与日常生活联系起来，培养观察和思考习惯，发现科学就在身边总结与互动提问个步无数15核心原理制作流程创意可能不倒翁的核心原理是重心低于支从外壳准备、配重填充、封口固不倒翁的设计和应用可能性是无撑点，使其在受到外力时能自动定、外观美化到功能测试，每一限的通过这次活动，我们打开恢复平衡这一简单而深刻的物步都是科学探究的过程，培养了了创新思维的大门，激发了更多理原理，贯穿了整个学习过程动手能力和解决问题的技巧探索科学奥秘的兴趣互动反思问题•在这次活动中，你学到了什么最重要的科学知•这次活动中，你遇到了什么困难？你是如何解识？决的？•制作过程中，哪一步让你印象最深刻？为什么？•和同学一起合作的过程中，你有什么新的发现？•如果让你再做一次不倒翁，你会有哪些改进的•你能用自己的话解释不倒翁为什么能自动站起想法？来吗？•你能想到哪些其他物品也应用了不倒翁的原理？•你想要设计一个什么样的新型不倒翁？它有什么特别之处？通过不倒翁的制作与探究，我们不仅学习了物理知识，还培养了动手能力、团队协作精神和创新思维希望这次活动能够激发大家对科学的兴趣，养成观察、思考和探究的习惯，将科学精神带入日常生活中记住，就像不倒翁一样，无论遇到什么困难，都要勇敢面对，坚持不懈，最终一定能够站起来！。