小学科学五上教科版《制作月球小车》AI赋能教学设计40分钟课时

一、课题基本信息

二、教材分析

这一课是第三单元的收口，前五课学的东西全部要用上。学生手里那些零散的结论，到了这一页忽然变成一张任务单、一张材料清单、一张设计图、一份组装说明，从会做实验变成会做东西。

第 86 页的引导段很轻，我们已经学习了运动和力的有关知识，下面就开始制作我们的"月球小车"吧。轻是因为前一课已经量到底了，这一课要换一种方式使劲。

同页「明确任务」把话说实了，通过研究，我们知道了小车的运动受多种力的影响。现在需要综合前面所学的知识，设计并制作我们的"月球小车"。任务框里三条约束是这一课的全部难点，设计和制作一辆"月球小车"，该小车模型能载重 1 块橡皮，穿过凹凸不平的沙地（模拟月球表面）。材料价格不超 100 元；质量不大于 100 克；能载重 1 块橡皮，在 10 秒内通过测试沙坑。三条里前两条是花钱和重量，第三条是要过测试，三条同时成立才算做成。

同页那个气泡要说一句，价格要在真实调查的基础上确定。这里的"100 元"只是一个虚拟数据。教材自己承认这个价格是虚拟的，也自己要求去真实调查，这一句正好给 AI 留了位置。同页备注还放宽了一句，任务中的数据指标可以根据学校的具体情况进行调整。

第 87 页是本课的骨架，「完成一项工程任务的基本步骤」五步循环，明确任务、制订方案、实施方案、测试与改进、展示与交流。每一步下面都有一句解释。明确任务问的是要求是什么，制订方案问的是可能遇到什么问题、怎么解决、哪个方案最优，实施方案讲的是团队协作与加工组装，测试与改进讲的是按任务要求测试、反思、调整，展示与交流讲的是交流经验、评价并改进。这五步不是五个环节名，它是一个圈，测试不过就得回到方案上去改。这一课只能走完前三步，后两步留给下一课。

同页的备选材料图是一个塑料收纳盒，里面装着黄色塑料梁、齿轮板、车轮、小电动机、太阳能电池板、电池盒、导线、扎带、剪刀、螺丝刀。这些材料不是随便凑的，每一种都有两个档次可选。

第 88 页三句气泡讲的是设计图，从多个角度画出小车设计图，可以更全面地反映它的结构。如果能标注一下主要部件的尺寸就更好了。这两句是本课唯一对图提出要求的地方，多角度和标尺寸，缺一个图就不合格。同页那张设计图样例上标了太阳能板、支撑杆、小电动机、太阳能车体、车轮（四个），五个标注就是样例给出的标准。

同页材料清单是全课最值钱的一页。太阳能电池 A 能量 5、长方形、25 克一对、40 元；太阳能电池 B 能量 3、正方形、20 克一对、30 元。车轮 A 加车轴 A 尺寸大、10 克一对、15 元；车轮 B 加车轴 B 尺寸中、8 克一对、10 元。小电动机 A 规格大转速快、20 克、15 元；小电动机 B 规格小转速慢、15 克、10 元。车身支架 10 克 10 元，齿轮 2 克 2 元，螺丝螺丝刀扎带等工具全套使用 0 元。三类部件各两个档次，加上必须买的支架和齿轮，四轮要两对，这些数摆在一起，就构成了一道真实的取舍题。

第 89 页是组装说明四步，做车架、安装轮子和小电动机、固定太阳能电池、连接太阳能电池和小电动机并安装绝缘套。每一步都配了实拍图。同页那个气泡是全单元的收口，为什么不用重力和弹力驱动小车？这一问看着小，答起来要把前面三课全翻一遍。

三、学情分析

学生对做东西这件事热情很高，可一拿到任务单就直接动手，十一条约束看两眼就跳过去，装到一半才发现钱花超了。

他们的卡点在算账上：材料清单上三列数字摆着，多数组只会挑看着好的那一个，不会把价格和质量两列并着算总分，也不会想到四个轮子要买两对。

思维上，学生容易觉得指标越高越好，能量大的电池、转速快的电机全都想要，不知道约束之间会打架，剩三元的方案一旦剪坏一根扎带就没退路了。

动手上，扎带往哪个方向穿、齿轮怎么跟齿轮咬上、导线哪根接哪根，这些事他们没做过，第一次装多半装反。

四、教学目标

• 科学观念：知道太阳能电池板在光照下能产生电流，电流让小电动机转起来，电动机带着齿轮和车轴使车轮转动。知道小车运动受多种力影响，设计时既要减小不必要的摩擦，又要让轮子抓得住地。知道工程任务要在给定的价格与质量条件下完成。
• 科学思维：能在材料清单上按价格与质量两条约束算出一套方案的总价和总质量，说出为什么这么选。能比较全选好的与全选省的两种方案各有什么风险。能说出为什么这一辆不用重力或弹力驱动，而是用太阳能加电动机。
• 探究实践：能读懂任务单上的三条约束并逐条对照。能从多个角度画出带主要部件尺寸标注的设计图。能按组装说明四步装出一辆车，装完上秤核对质量、核对总价。
• 态度责任：知道清单上的数与装完的数不一样，装完必须上秤。知道扎带剪坏、导线接错要重来，不将就着装完交差。知道小组内要分工，不是一个人抢着做完。

五、教学重难点

教学重点：在价格与质量两条约束下选出一套可行的材料方案，画出带尺寸标注的设计图，按组装说明装出一辆车。

教学难点：看懂约束之间会打架。学生的卡点是想把好的全要，不知道能量大的电池贵且重、转速快的电机费电、大轮子通过性好但也压重量，选一样就要在另一样上退一步。

判断依据有三条。一是能不能算清本组的总价和总质量，并说出还剩多少钱、多少克，算不出的说明两条约束还没进脑子。二是能不能说出为什么选这一档，选大轮要能说出沙地会陷、选小电机要能说出沙里可能带不动，只说便宜或好看的，说明取舍还没发生。三是装完上秤，实际质量与清单算的差多少，能不能说出差在扎带、导线、绝缘套上，说不上来的，下一课测试出问题就找不着原因。

六、教学准备

教师准备：AI 制作的情境动画《一百元怎么花》、教师自制的"月球小车预算与配重"AI 虚拟实验（勾选太阳能电池、车轮、电动机各选哪一档，价格与质量两个数同步跳动，超过 100 元或 100 克立刻变红；还可切到沙坑测试，看这套配置能不能在 10 秒内过去）、AI 辅助设计图检查工具（拍照上传设计图，只查有没有多角度、有没有标尺寸、四个轮子标全没）、AI 资料助手（查这些材料在网上的真实售价，教材气泡明确要求价格在真实调查的基础上确定）、投屏设备、小组积分榜、强光台灯 2 盏（照太阳能电池板用）、备用电池盒与电池 4 套、电子秤 2 台、沙坑 1 个（长 60 厘米、宽 30 厘米、深 5 厘米，铺细沙，下一课用）。

小组材料：车架底板 1 块、车轴 2 根、车轮 4 个（按本组方案取大号或中号）、小电动机 1 个（按本组方案取）、齿轮 2 个（一大一小）、太阳能电池板 2 块（按本组方案取）、太阳能板支架 1 套、扎带 8 根、螺丝 4 颗、螺丝刀 1 把、导线 2 段、绝缘套 4 个、剪刀 1 把、橡皮 1 块、材料清单 1 张、设计图纸 1 张、铅笔 2 支、直尺 1 把。

安全提示：剪刀只能剪扎带和导线，不许对着人，也不许剪车架。螺丝刀拧螺丝时另一只手别扶在螺丝正下方。扎带剪断后那截带尖，剪完立刻收进废料盒，不许留在桌面上。太阳能电池板是硬脆的，别弯、别压、别叠放。小电动机的导线很细，接线时捏住线头，不许拽线身。强光台灯别对着眼睛照。

七、教学方法

任务驱动法、约束条件下的方案比选法、图纸表达法、示范组装法、工程流程法、AI 虚拟实验辅助决策、AI 辅助图纸检查、AI 资料检索辅助。

八、教学过程

▍ 一、聚焦：一百元，一百克（4 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 86 页题图与引导段，我们已经学习了运动和力的有关知识，下面就开始制作我们的"月球小车"吧。2. 出示「明确任务」那段话，问一句：前面五课学的东西，能不能装成一样东西？3. 出示任务框三条，价格不超 100 元、质量不大于 100 克、载 1 块橡皮在 10 秒内通过测试沙坑。4. 念一遍气泡，价格要在真实调查的基础上确定，这里的"100 元"只是一个虚拟数据。5. 播放 AI 制作的情境动画《一百元怎么花》。6. 揭示课题：今天不写笔记，今天做东西。开启小组 AI 积分。

学生活动

看见题图那辆黄色太阳能小车，觉得眼熟，跟第 66 页拆的那辆不一样。读任务三条，有人先问 100 克是多少，掂了掂橡皮。看完情境动画发现三组都卡住了。

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情境动画里三组各报一套方案。第一组把好的全挑上，太阳能电池要两对、电机要大的，一算一百三十七元，超了。第二组全挑便宜的，装完推到沙里，轮子直打滑，十秒过去还在原地。第三组混着来，可四个轮子两个大两个中，车一走就往一边歪。三组谁也不服谁，老师只说一句，任务单上那三条，你们先看哪一条。预设：有学生说那就挑最便宜的，反正能用。请他想一件事，任务里除了价格，还有哪两条要过。

▍ 二、探索 1：任务单上那三条（6 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 87 页「完成一项工程任务的基本步骤」五步图，一圈讲下来，明确任务、制订方案、实施方案、测试与改进、展示与交流。2. 讲清这是一个圈，不是一条线。测试不过就得回到方案上改，改完再测。3. 讲清这一课只能走到第三步，测试和改进、展示与交流，下一课全班一起做。4. 拿出沙坑给全班看一眼，说清这一课先不看它，可心里要一直装着它。5. 追问一句：第三条约束为什么写成十秒内通过沙坑，不写成跑得越快越好？6. 归一句：工程任务给的不是一个方向，是一组必须同时成立的数。

学生活动

认五步流程，发现它首尾能接上。明白今天只走前三步。看见沙坑，用手按一按沙子，感觉出它不是平的。答出十秒是个门槛，过了就行，快得没边反而容易翻。

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五步流程要讲成圈，讲成线学生就会以为做完就完事。沙坑这一眼很重要，后面选轮子大小全靠它。预设：有学生以为方案定下来就不能改。请他看五步图上的箭头，测试那一格是不是又指回去了。

▍ 三、探索 2：清单上的每一次二选一（10 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 88 页材料清单，逐行讲清三列，性能及质量、价格、需要数量。2. 讲清清单里三类各有两个档次，太阳能电池分 A 与 B，车轮分大号与中号，小电动机分大转速快与小转速慢。3. 讲清一件容易漏的事，四个轮子要买两对，车轴跟着轮子一起算。4. 各组按自己的方案勾选，算出总价和总质量，填在清单最下面两格。5. 追问一句：全挑好的那套算下来九十七元，只剩三元，这三元意味着什么？6. 讲清这一处。三元等于没有余量，剪坏一根扎带要重买、导线短了要重接，都从这三元里出，一分退路都没有。工程上叫留余量，钱和重量都要留一点在手里，不能把账算到最后一分。7. 各组把本组方案再校一遍，看还有没有能省的。8. 各组把勾选结果输进虚拟实验核对，看两个数是不是真的没超。

学生活动

逐行读清单，发现三类都有两个档次。算出本组总价与总质量。算出全选好的那套是九十七元七十七克，只剩三元，觉得挺紧。有人想把两对太阳能电池都买上，一算一百三十七元，明白了钱不够。输进虚拟实验，看见超过一百元那一栏变红。

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清单必须让学生自己按计算器算，不能老师报数。虚拟实验只用来核对，不许当成算答案的工具，先算后验，次序反了这一步就白做。预设：有学生误以为质量那一列写的是单件。请他把四行的质量加起来，再跟一百克比一比。

▍ 四、探索 3：画一张别人能照着装的图（6 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 88 页三句气泡与设计图样例，从多个角度画出小车设计图，可以更全面地反映它的结构。如果能标注一下主要部件的尺寸就更好了。2. 讲清标准两条。多角度，至少画一个俯视和一个侧视；标尺寸，主要部件要写数。3. 指着样例上的五个标注念一遍，太阳能板、支撑杆、小电动机、太阳能车体、车轮（四个）。4. 讲清为什么非要两个角度。俯视看得出四个轮子的位置和车轴，侧视看得出轮子多大、车身多高、太阳能板架多高，一个角度画不出另一件事。5. 各组画图、标注、写日期。6. 巡视。第 4 组只画了一个俯视，让他们补一张侧视，并在侧视上量出轮子直径。第 6 组标了尺寸可没标单位，让他们统一写成厘米。7. 拍照上传，工具只查标注全不全，不评画得好不好。

学生活动

画图，先画俯视再画侧视。量轮子直径、量车架长宽，把数字写在图上。发现侧视图上才看得出太阳能板比车身高出多少。被要求补图的那组补出侧视，量出大轮直径。

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工具只勾三件事，有没有两个角度、有没有尺寸、四个轮子标全没，画得好不好不看。这张图下一课还要用，图上少了数，下一课测试出问题就查不出改哪儿。预设：有学生觉得画图是多余的，直接装更快。请他拿自己的图给隔壁组看，看隔壁组能不能照着装出来。

▍ 五、探索 4：照着图装（9 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 89 页组装说明四步，做车架、安装轮子和小电动机、固定太阳能电池、连接导线并装绝缘套。2. 讲清第一步最容易错，扎带要从方块那一头穿进去、从齿那一面拉出来，穿反了拉不紧，车架一推就散。3. 讲清第二步的齿轮。车轴上那个齿轮要跟电动机轴上那个齿轮咬上，一大一小，齿对着齿，不咬上车就不动。4. 讲清第四步的导线与绝缘套。太阳能电池两根线分别接电动机两根线，接头处套上绝缘套，铜丝露在外面碰到一起就不转了。5. 各组按图装，组内分工，一个人管车架、一个人管轮子和电动机、一个人管太阳能板和导线。6. 巡视。第 2 组扎带穿反了，车架一推就散，让他们剪掉这一处重做。第 5 组齿轮没咬上，通电后电动机转、车不动，让他们把电动机位置挪近、这一处再做一遍。第 3 组导线接反，车往后跑，让他们对调两根线头重做。第 7 组没套绝缘套，两根铜丝碰在一起车不动，让他们补上绝缘套、再做一遍。7. 装完各组上台称重、核总价，两个数填在清单最下面。8. 追问一句：清单上算的是七十七克，秤上怎么是八十四克？多出来的七克是什么？各组一处一处找，扎带几根、导线两段、绝缘套四个，逐样补算回清单。再把橡皮放上去称一次，两个数都记下。真有哪组超了一百克，就一样一样称着减，大轮换中轮、大电动机换小的。

学生活动

分工装车，抢着做车架的最多。有人扎带穿反，剪掉重来。有人齿轮没咬上，电动机空转车不走。有人导线接反，车往后退，全组笑。有人发现不动是因为没套绝缘套。装完上秤，发现比清单上算的重了几克。一处一处找，明白多出来的是扎带、导线和绝缘套。放上橡皮再称一次，记下两个数。

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教室里日光灯照不动太阳能板，必须开强光台灯，或者先用电池盒把车跑通再换太阳能。这一步要在讲台上先示范一次，让全班看见台灯一照轮子就转。预设：有学生以为车不动是马达坏了。请他把耳朵凑近听，电动机在响，说明电通了，问题在齿轮上。

▍ 六、研讨：为什么不用重力和弹力（3 分钟）

教师活动

1. 出示教材第 89 页那个气泡，为什么不用重力和弹力驱动小车？2. 先请学生说，多数组会说太阳能更高级、更环保。3. 讲清这一处。重力驱动要靠一兜子垫圈往下掉，垫圈落到地上就用完了，只能跑一次，跑第二次得整兜重挂；弹力驱动要每次重新绕橡皮筋，绕上几圈才有劲，绕几次橡皮筋就松了，跑的远近一次比一次不准。太阳能加电动机不带消耗品，有光就能接着跑，跑完一次再跑一次，还是那么多电。4. 再补一层，这一辆模拟的是月球上的车。月球上没有加油站，没有人上去给它绕橡皮筋，也没有风，可它白天长、没有云挡着，太阳一出来就能一直发电。选太阳能不是因为它高级，是因为到了那儿只有这一样东西能一直给。5. 追问一句：那我们前五课学的重力和弹力，白学了吗？

学生活动

说出太阳能不用加油、干净。听完才明白重力和弹力一次性用完就没了。想到月球上没有加油站也没有人。答出没白学，重力和弹力是拿来量、拿来比、拿来弄懂力怎么让车动起来的，真正要开到月球上去，得靠能一直有的那一份。

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这一问是全单元的收口，必须答透，答成太阳能更高级就白问了。要点在持续性，不在先进不先进。追问那一句是为下一课铺垫，学生不能觉得前面五课白做。预设：有学生说太阳能最好，别的都不行。请他看情境动画里第二组那辆全挑便宜的，便宜不代表跑得动。

▍ 七、课堂小结：把账和秤都过一遍（1 分钟）

教师活动

1. 各组把剩余材料收回材料盒，剪断的扎带尖收进废料盒，剪刀收好。2. 提一句：车先别拆，贴上组号摆在窗台上，下一课全班一起过沙坑。3. 提一句：今天最要紧的一句话不是装成了，是清单上的数和秤上的数不一样。4. 板上添一句，工程任务不是把东西做出来，是在给定的数里做出来。

学生活动

收材料、扫废料、贴组号、把车摆上窗台。说出自己组比清单算的重了几克，差在扎带和导线上。

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车不能拆，下一课测试还要用同一辆。废料盒要当堂清，剪断的扎带头掉进抽屉里，下一课有人摸到会扎手。

▍ 八、课堂评价（1 分钟）

教师活动

AI 积分结算，看四项：总价与总质量是否算清、设计图是否有两个角度并标了尺寸、组装时是否按图操作、装完是否上秤核对。积分不排名，只记本组这一次比上一次多了哪一项。

学生活动

看本组这一课的积分变化，说出自己补上了哪一项。

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积分只作为自己和自己比的凭据，不公布名次。

九、板书设计

　◆ 任务三条，一条都不能破 　　　价格 ≤ 100 元　　质量 ≤ 100 克 　　　载 1 块橡皮，10 秒内过沙坑  　◆ 工程五步是个圈，不是一条线 　　　明确任务 → 制订方案 → 实施方案 → 测试与改进 → 展示与交流 　　　测试不过，回到方案上改  　◆ 每一次都是一个二选一 　　　太阳能电池　A 40 元 25 克 能量 5　　B 30 元 20 克 能量 3 　　　车轮车轴　　A 15 元 10 克 大　　　　B 10 元 8 克 中 　　　小电动机　　A 15 元 20 克 快　　　　B 10 元 15 克 慢 　　　必买：车身支架 10 元 10 克　齿轮 2 元 2 克 　　　四个轮子要买两对  　　　全选好的：97 元　77 克　只剩 3 元 　　　全选省的：72 元　63 克　沙里可能没劲 　　　混着来：87 元　73 克  　◆ 要留余量 　　　账算到最后一分，剪坏一根扎带就没退路  　◆ 清单上的数 ≠ 秤上的数 　　　扎带、导线、绝缘套都带重量，装完必须上秤  　◆ 为什么不用重力和弹力 　　　垫圈落地就用完了，只能跑一次 　　　橡皮筋绕几次就松，一次比一次不准 　　　太阳能加电动机，有光就能接着跑