第14課模擬探索：到火星上去（第一課時）教學設計教學目標：科學知識：了解火星探測器的基本信息。科學探究：1.能利用文字與圖案或實物，表達自己的創意與構想，為“火星探測器”設計較為合理的著陸方式。2.了解一項工程需要由多個子系統組成。教學重點：能理解一項工程需要由多個子系統組成，火星探測器由多部分裝置組成。教學難點：能利用文字與圖案或實物，表達自己的創意與構想，為“火星探測器”設計較為合理的著陸方式。教學過程：一、情景引入1.提出問題（1）談話：各位同學們，大家好。上節課我們設計和制作飛行器，你們成功了嗎？想象一下你們制作的“火箭”升空了，你們想乘坐它去探索太陽系的什么地方呢？教師：太陽系哪些行星與地球更為相似？（2）過渡語：通過前一單元的學習，我們了解到火星是太陽系中環境條件與地球比較接近的行星，接下來，讓我們想辦法在火星上“著陸”，并在那里“定居”吧。二、探索與調查1.回顧探索火星的歷程（1）提問：幾千年前人類就已經發現了火星，當時的科技水平比較落后，人類是怎樣認識火星的呢？（2）講解：人類對火星的認識歷程是怎樣的呢？這是一個歷史問題，因此我們可以利用查閱資料的方法。（3）談話：（按時間順序整體的呈現）這組同學搜集到的資料很全面，并通過分析整理后按順序向大家很清晰的進行了介紹，值得我們學習。通過同學們的介紹我們了解到人類認識火星經歷了漫長的歲月，隨著科技水平的不斷進步，人類對火星的也越來越了解。其實認識任何事物也都需要一定過程，我們要以發展的眼光看問題，進而才能不斷發現、不斷進步。（4）提問：利用肉眼、望遠鏡觀察，人類對火星有了一定的了解，同時也提出了不同猜想以及各種疑問。怎樣才能解決這些問題呢？三、拓展與應用1認識火星探測器談話：就像同學們所說的，隨著科技的發展，人類對火星的探索也不局限于用肉眼、望遠鏡來進行觀測。于是，人類開始發射“火星探測器”到火星進行實地考察。自上世紀60年代人類首次實現火星探測開始，迄今為止已經取得了大量有價值的成果，對火星大氣層、地形地貌與地質構造、火星表面物質（巖石、礦物與化學元素）、火星內部結構等方面取得了巨大的成就。2.了解我國的“火星探測器”（1）講解：當然，我國在火星探測領域也有一定成績。2020年7月23日中午12時41分，我國在海南文昌航天發射場，使用長征五號遙四運載火箭將我國首顆火星探測器“天問一號”發射升空。“天問一號”火星探測器順利進入預定軌道，并將完成環繞、著陸、巡視探測目標，開展對火星全球性和綜合性的探測。（2）追問：除此之外，同學們通過新聞還了解到哪些有關“天問一號”的消息？（3）講解：通過新聞我們可以實時獲取準確的信息。目前各國發射使用過的火星探測器可分為環繞探測器、著陸器及巡視器（火星車），而我國“天問一號”則包含這三類功能，這將是一項極為困難的挑戰，但相信通過中國科學家、工程師等航空工作人員的不斷研究，“天問一號”一定可以完成各項任務，為我國、為全世界獲取更多火星的資料。3.探究如何安全著陸（1）談話：自1960年以來，美國、蘇聯/俄羅斯、日本、歐洲和印度先后進行了44次火星探測項目，但成功和部分成功的任務僅有23次，其余很多項目都在著陸過程中損壞，導致未完成探測任務。每臺火星探測器都是相關工作人員夜以繼日付出巨大心血所研發制造的。想要利用“火星探測器”完成探測任務，需要解決很多問題，首先我們要思考如何它在火星安全著陸，同學們有什么辦法呢？（2）提問：同學們你們也是這樣想的嗎？這些方法是否可行呢？我們如何來求證？學生：可以通過實驗的方式來測試。（3）追問：你們想怎樣做呢？（4）追問：你認為可以利用什么物品來代替探測器模型來進行測試呢？（5）談話：請同學們用畫圖及簡單文字的方式來設計方案保護雞蛋。（會補充更詳細的材料、尺寸、畫圖等）（6）提示語：同學們的方案能否讓雞蛋安全著陸呢？我們可以通過實踐來測試。為了實驗更公平，我們需要注意什么？【預設學生回答】學生：雞蛋的起始高度需要一致，這樣才設置出相同的實驗環境。（7）過渡語：條件一致才能測試出哪種方法更可行，那我們一起來試一試哪組的裝置能讓雞蛋安全著陸。（學生測試視頻）（8）交流：通過測試我們發現有些方法非常有效的保護了下落的雞蛋，但有些組的方案在這次實驗中沒有讓雞蛋完全安全著陸，因此還需要進一步完善方案，請同學們說一說你們準備怎樣調整自己的方案。（9）小結：同學們在交流的過程中相互學習、取長補短，將自己的方案進行改進，相信經過大家不斷的完善，最終一定可以讓雞蛋安全著陸。當實驗失敗時，科學家會分析原因，找出問題，從而將方案不斷完善。科學家在實際發射前也會做無數次的模擬實驗，以保障提高最終的成功率。同學們通過設計雞蛋安全落地裝置對“火星探測器”安全著陸問題進行了探究，我們來看看科學家實際是怎樣解決這些問題的。（“火星探測器”著陸方式介紹視頻）4.分析火星探測器（1）提問：除了以上提到的減速、緩沖方法，大家還可以發揮創造力，想出其他切實可行的著陸方法。著陸問題其實只是“火星探測器”中的一個問題，當“火星探測器”安全到達火星后將開展哪些工作呢？（2）追問：想要了解哪些信息就裝配相關的裝置，這些裝置想要工作運行就需要能量，因此我們還需要考慮選擇怎樣的能源裝置。而且火星很大，“火星探測器”只停留在一個位置能行嗎？（3）追問：有了合適的行駛裝置“火星探測器”的探測范圍就能夠有效增大，收集到更全面的信息。火星離地球最近也都5500萬公里，我們怎樣獲取這些信息呢？5.關聯第二課時談話：通過這節課發現同學們的很多想法與科學家不謀而合，所以大家要相信自己，并且通過學習增加知識，爭取在不久的未來為我國航空航天技術領域貢獻自己的力量。發射“火星探測器”是為了對火星進行實地考察，了解火星的基本情況，為到“火星定居”收集信息做準備。請同學們課下搜集火星的相關信息，為我們下節課制定“火星定居計劃”做準備。今天的科學探究就到這里。板書設計第14課模擬探索：到火星上去（第二課時）教學設計教學目標：科學知識：了解火星與地球基本條件的區別。科學探究：1.能根據所學知識利用文字與圖案或實物，表達自己的想法，設計較為合理的“火星定居計劃”。2.了解一項工程需要由多個子系統組成，如實現“火星定居計劃”需要考慮供氧、供水、供暖、食物補給系統等。科學態度：能大膽質疑，從不同視角提出研究思路。教學重點：根據所學知識制定“火星定居計劃”。教學難點：能利用文字與圖案或實物，表達自己的創意與構想，從多方面制定有理有據的“火星定居計劃”。一、情景導入1.聯系上節課內容，提出新問題提問：各位同學們，大家好。上節課我們利用“火星探測器”成功在火星上“著陸”了，那我們可以搭載火箭直接到火星上居住嗎？二、探究與實踐1.提出問題提問：通過之前的學習我們了解到雖然火星與地球有一些相似和很多不同，因此想要在火星上“定居”我們首先需要進一步了解火星，關于火星，你們最想要了解什么問題？追問：這些問題可以通過什么方法解決呢？學生：可以利用查閱書籍、網絡等資料的方法解決。2.對比火星與地球談話：請同學們利用查閱資料的方法將收集到的信息填寫在表格中。過渡語：通過調查我們了解到火星與地球有這么多的相似之處，這些也印證了同學們提出的火星與地球很相似的說法。但火星與地球也有所不同，讓我們繼續對比火星與地球。火星表面平均氣壓約為地球的0.6%。有95%的二氧化碳，3%的氮氣，1.6%氫氣，很少的氧氣、水汽、一氧化碳等。小結：同學們收集的信息很豐富，總結出很多火星與地球的區別，除此之外，火星與地球還有很多不同之處。比如：地球與火星的土壤存在明顯的不同。地球的土壤是由砂、黏土、腐殖質、水和空氣組成。火星土壤中含有大量的鐵銹，硫含量為地球的100倍，鉀含量僅為地球的五分之一,沒有腐殖質。3.確定問題，探究解決方案談話：通過對比火星與地球，我們發現火星與地球的環境存在一些不同，請你說說我們在火星上生活會遇到哪些問題？引導語：通過對比火星與地球，同學們提出了各種問題，想要在火星上定居就要解決這些問題，想想哪些方法可以使火星的環境變得和地球一樣適合我們居住。選擇一個你最感興趣的問題試著提出解決方案。提問：同學們提出的方法都有一定的可操作性，當然也有一些想法聽起來天馬行空很難實現，但隨著我們對宇宙的不斷探索、科技的不斷發展，相信在未來我們能夠慢慢實現各自的想法，把不可能變成可能。剛剛大家提出了解決溫度、水、空氣問題的方法，食物這一問題同學們有什么辦法可以解決呢？4制定火星定居計劃引導語：我們通過分析、對比火星與地球的環境，發現了很多火星與地球的不同之處，隨后同學們根據這些客觀的不同條件提出相應的實際問題，之后大家利用所學知識和收集到的各種信息提出了較為合理的解決方案。了解想要在火星定居有哪些需求后，接下來請同學們以組為單位設計一份火星定居計劃。（學生畫草圖視頻）過渡語：讓我們來看看同學們的設計圖，聽聽他們的設計思路吧。提示：組內確定方案后，就可以進行搭建了，從而使我們的設計表達更加直觀、形象。在搭建過程中會用到各種工具，請同學們正確操作、注意安全。（學生參考設計圖擺沙盤視頻）交流：請第一組同學為大家詳細介紹他們的方案。過渡語：我們再來聽聽其他組的想法吧。談話：針對這一組用沙盤呈現的火星定居方案，請其他同學進行評價。引導語：除了利用沙盤搭建，我們還可以自制模型進行搭建。（學生制作模型視頻）交流：請這組同學為我們詳細介紹他們的想法。追問：聽完同學們的評價，你們準備怎樣改善呢？提示：同學們也可以積極與其他同學進行交流，聽取他人有益的建議，進而完善自己的方案。小結：想要完成“火星定居計劃”這一工程，首先需要了解人類在火星居住有哪些需求，然后根據需求進行設計，確定設計方案后就可以進行模擬建造，最后讓使用者進行評估，提出新的問題、新的需求，再進行完善不斷循環這四個環節，就可以不斷優化工程了。談話：同學們提出了很多精彩的構想，接下來，我們來看看科學家們對于火星定居都有哪些設想。（視頻）三、單元總結過渡語：接下來，我們一起回顧本單元進行過哪些探究。講解：在解決各種問題過程中，我們需要靈活運用到科學、技術、工程和數學的相關技能，進而才能完成各項任務。小結：通過這一單元的學習我們對宇宙進行了初步的探索，暢想了奇妙的太空旅行。希望同學們在課下可以繼續探究，更深入的了解宇宙的無窮奧秘。今天的科學課就上到這里！板書設計