在工程实践中发展科学思维

为切实提高教师素质，响应本学期区教研室工作计划安排，在2022版课程标准的引领下，落实工程实践的培养要求，培养学生自主学习的能力，进一步完善家常课教学机制，形成本校家常课教学方式优化的改革经验，江宁实验小学科学组于11月23日上午，聚焦工程实践中科学思维的发展，开展了主题为“在工程实践中发展科学思维”的集体备课活动。邱绮晖老师执教苏教版小学科学四年级上册《做个发光手环》，科学组教师到场观摩了本次公开教学。

邱绮晖老师以发光手环的图片引入，给学生提供丰富的感性经验，引发学生具象思维，接着出示本节课的课题《做个发光手环》。邱绮晖通过提问学生：制作发光手环需要解决哪些问题？引导学生进行充分的思考。学生提出要让发光手环亮，还要让发光手环在需要的时候亮，在不需要的时候也能关掉。继而引导学生回顾简单电路中学习的知识，尝试应用这些知识解决刚才提到的这些问题。邱绮晖老师给学生提供了多种材料，包括发光二极管、纽扣电池、5号电池，要求学生在观察后动手操作，在操作当中习得材料的使用方法，并进一步提出问题：如何让发光手环更美观？之后给学生提供贴纸，装饰手环。学生在探究活动中，对发光二极管有了更深的了解，对比不同的电池，对他们各自的作用和适用范围也有了更多的了解。学生发现5号电池是无法装进塑料管道的，而为了方便关闭发光手环，也需要缩短导线的长度。通过一系列的核心问题，学生能够制作出简易而实用的发光手环，同时经历了像工程师那样探究的过程，提出有创意的方案，学习技术与工程实践的一般过程和方法，利用工具和材料进行加工制作，在实践过程中发展了学生的科学思维。

本次活动，基于“在工程实践中发展科学思维”的主题，聚焦思维训练，在校本教研中推动科学探究活动的思维历程优化设计研究，进一步推进课程改革，引领教师深入研究课堂，进一步深化共识，提高了教研实效。

撰稿：张牧文

校对：郭永宁

审核：张  骏

附教学设计：

做个发光手环

【课标落实】

科学知识：

1．知道设计成一个LED手环选择合适的材料和工具，依据设计方案进行制作，要考虑很多因素 。

科学探究：

1．动手动脑，选择合适的材料设计和制作满足个性化需求的LED发光手环，并向同伴展示交流。

2．在教师引导下 、能上网查资料或实验探究解决可能出现的问题。

科学态度：

1．能在好奇心的驱使下表现出LED手环的探究兴趣。

2．尝试运用多种材料 、多种思路 、多样方法完成科学探究和多种形式展示成果 ，体会工程实践的乐趣 。

科学、技术、社会与环境：

通过设计制作LED手环和了解工程师具备的素养，进一步激发学生发明创造的愿望。

【教学重点】

重点：在制作LED发光手环的完整过程中领会前期研究、制作模型和展示交流的基本方法。

【教学难点】

难点：选择合适的材料连接LED电路及对手环进行装饰。  

【教学准备】

教师材料：不同工程师的图片和视频。

学生分组材料：纸、绝缘胶带、LED、纽扣电池、铜箔胶带、彩色纸、剪刀等。

【教材分析】

本册的专项学习“像工程师那样”指向工程实践能力的专门训练。正如三年级教材中介绍过的那样，进入中高年段后，我们将工程实践细化为明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流六个步骤，让学生经历工程活动的完整过程。其中的前期研究、制作模型、测试改进是由低年级第一阶段的设计制作环节扩展而来的。

本期的专项学习让学生亲历工程活动过程，并抓住其中的三个环节—前期研究、制作模型、展示交流进行重点指导。在前期研究环节，学生要列出需要解决的问题，并用多种方法查询解决问题的相关知识、别人的做法，从中得到启发。在制作模型环节学生要根据设计方案选择合适的材料制作模型。在展示交流环节，与低年级活动相比，对学生的要求有了进一步的提升，学生可以借助PPT、模型、文字等多种形式进行展示，交流的内容也尽可能全面，包括完成任务的顺序、实际制作的步骤、测试改进的过程等。在展示交流环节，学生还要接受他人的质疑，学会听取他人的意见和建议。

本次专项学习主要有两部分组成。第一部分介绍了不同专业领域的工程师所具有的一些共同素养，例如绘图、制作模型、运用数学和科学、实用工具等，让学生在低年段认识工程师的基础上抽取本质的内容。第二部分从学生喜爱的生活物品出发，提出“制作一个可以发光的LED手环”任务，通过明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进，最终向同伴展示交流。在前期研究环节，强调用多种方法找出可能遇到的问题的解决方案，如上网查阅或实验探究怎么让LED亮起来，去商店调查装饰手环的方法等。在制作模型环节，强调要根据方案制作模型从而检测产品的实际效果。在展示交流环节，强调要用多种形式展示交流制作的LED手环。整个专项学习强调让学生经历一个完整的工程活动过程，逐步学会像工程师一样思考和解决问题。

【学情分析】

针对四年级学生，基于学生在三年级体会到工程实践活动的过程，掌握了一些方法的情况，本册的活动与三年级上册的活动相比，对学生进行工程实践的能力要求又有了进一步的提升。

在前期研究环节，要会列出完成这个任务可能遇到的问题有哪些；用多种方法查找有助于完成任务的相关知识，了解别人是怎么做的；想一想这些学习对自己有什么启示。在制作模型环节，要求制作的模型可以检测未来产品的实际效果；根据任务的具体情况，确定模型的大小、应重点呈现的部分等；要选择合适的材料和工具，依据设计方案进行制作。在展示交流环节，可以采用PPT、模型、文字等多种形式展示成果；交流的内容包括：完成任务的程序、实际制作的步骤、测试改进的过程等；还要解答他人的疑问，听取他人的意见和建议。 

【教学目标】

1．能动手动脑，选择合适的材料，制定设计方案，制作出满足需求的LED手环，经过测试改进，最终向同学展示，互相评价；

2．在实践中经历工程活动的六个基本环节：明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进和展示交流，体验像工程师那样工作；

3．通过设计制作LED手环和了解工程师具备的素养，进一步激发学生发明创造的愿望。

【教学过程设计】

一、谈话导入

做一个LED手环，我们一起来回忆一下工程师是怎样工作的？

生：明确问题—前期研究—设计方案—制作模型—测试改进—展示交流

下面我们就按照这六个步骤来工作吧。

1．明确问题

（1）手环很漂亮，希望晚上戴时也能闪闪发光。于是，各种LED发光手环应运而生。

教师出示课件，出示各种LED手环的图片。

（2）我们也来尝试制作一个能发光、有个性的LED手环。

教师出示课件，引导学生明确工程任务与要求。

［设计意图：为了让学生理解工程师的工作方法，需要让学生经历一个完整的工程实践过程，重点对六个环节进行指导：明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进和展示交流。首先要明确问题。教师创设一个真实的生活情境，引导学生明确了工程任务——做一个能发光、有个性的LED手环。在真实情境下提出的任务会让学生更加投入。]

2．前期研究

（1）头脑风暴，要完成这个任务可能遇到的问题有哪些？小组讨论。

①怎样让LED亮起来？

②怎么加入开关？

③可以选用哪些材料做装饰？

（2）能用多种方法查找有助于完成任务的相关知识，了解别人是怎么做的。（会使用搜索引擎和互联网搜索信息，会在图书馆查找资料，将信息和资料分类整理、保存。）

教师出示纸电路作品的图片和相关材料，引导学生认识材料、动手尝试、提出初步想法。可组织学生查阅电路、纸电路、安全用电的相关资料。

①怎样让LED亮起来？——电路怎么连接？

生：像前面学过的简单电路一样，做实验来探究正确的连接方法；初步设计电路，画电路图，按照电路图进行连接

②怎么加入开关？——开关、导电胶布和电池怎样连接才能既美观又安全可靠？

生：上网查资料，看看有什么材料可以代替导线和开关。把开关换成回形针或铝片。。。。

③可以选用哪些材料做装饰？——选择装饰材料时应注意什么？

生：a注意不要选择具有导电性的装饰材料。

b佩戴手环有哪些习惯？尽可能让佩戴者舒适、方便。

c到商店里看看，那些商品是用什么方法装饰手环的.

（3）想一想这些学习对自己有什么启示。

教师出示课件，引导学生思考问题、提出初步想法。

［设计意图：聚焦“怎样让LED亮起来”、“怎么加入开关”、“可以选用哪些材料做装饰”等问题，进行前期研究。]

3．设计方案

（1）我们可以利用以下材料和工具做一个LED手环。这些材料和工具分别是电线、LED、纽扣电池、电路开关、剪刀、彩色胶带、彩色细绳、彩色丝带等。根据刚才的前期研究，选择其中几个材料和工具进行设计、制作。像前面学的简单电路一样，做实验来探究正确的连接方法，小组每个成员先在纸上画出设计图。

（2）请小组讨论，填写设计方案。在设计中提出要求：

①设计方案时，首先要经过头脑风暴，就是小组内成员要充分、自由地发表各自的想法。②根据任务中的要求，选出最好的想法。

③用画图的方式呈现设计方案。

查阅资料

铝箔胶带和铜箔胶带的区别

（1）其实这两种材质就不一样，颜色也不一样多，很好区别的，其它工艺也是一  样的。性能也差不多一样，铝箔胶带的宽度可以做到1米，可铜箔胶带只有600mm。

（2）相对铜的会好一点，铜的导电性能比较好。屏蔽性能铜箔胶带也会好一点。

（3）铜箔胶带价钱会比铝箔胶带贵很多。他们的基材不一样，铜也比铝贵。

（4）如果要求不高，选择铝箔胶带会好一点。如果产品算是精品，要更突破一定要选择铜箔胶带，铝箔胶带采用优质压敏胶，粘性好，附着力强，抗老化等功效!保温性能大大提高,规格有(0.05mm-0.08mm)各种宽度和长度，铝箔胶带配合所有铝箔复合材料的接缝粘贴，保温钉穿刺处的密封以及破损处的修复是冰箱、冰柜生产厂的主要原辅材料，也是保温材料经销部门必购原料。

选择

（1）铝箔的成本比铜箔胶带便宜一些，如果成本有限就选择铝胶带，要求性能比较强的高端的产品多会选择铜箔胶带。

（2）铜箔的导电性能比铝箔胶带高一些，还有环保也会比铝箔胶带好。

（3）柔软度强一些，很多线路板上面多选择了铜箔胶带。

生1：先画一个设计图（它的原理和简单电路一样）

生2：查查资料，看看有什么材料可以代替导线和开关。

生3：把小电珠换成LED。

生4：把电线换成铜箔胶带。

生5：根据每个人的喜好、个性要求和手腕粗细设计LED手环的尺寸、颜色、形状、装饰方式。

生6：把开关换成回形针或铝片。。。。

实验器材：纸、绝缘胶带、LED、纽扣电池、铜箔胶带、彩色纸、剪刀等。

建议做一个使用说明书，内容包括使用方法、注意事项、安全提示等。

［设计意图：引导学生认识材料、选择材料、考虑所用材料和制作步骤，制定完整的设计方案，强调根据需求进行设计。在整个过程中强调小组合作，提升合作学习意识。［设计意图： ]

4．制作模型

总体要求制作的模型可以检测未来产品的实际效果。

（1）准备材料和工具。（2）按设计方案进行连接。

（3）测试时注意安全。

［设计意图： 引导学生按照设计方案制作LED手环，在整个过程中强调小组合作，提升合作学习意识。]

5．测试改进

注意安全，一定不能套在手上进行测试！

（1）首先共同商定一个测试方法。

（2）然后进行反复多次的测试，根据测试得到的信息，判断是否满足任务要求。

（3）把测试时遇到的问题写出来，再下次测试时加以改进。

问题如下：

a．发现每个人的手环一圈的长度不一样，需要调整。

b．纽扣电池与二极管的两个脚要固定好，否则接触不良，手环不亮。

c．手环的两个接触点可以用导电胶布连接。

d．为了使手环看上去更漂亮，更有整体感，可以在网上去买铝胶带或铜胶带。

e．与手腕接触的地方要绝缘……

［设计意图： 先制定测试方法，再进行反复多次的测试，对达不到要求的部分进行改进，进一步提升学生迭代的工程思想。]

6．展示交流

下面请各小组依次展示自己的作品。在展示中需要：

a．可以采用PPT、模型、文字等多种形式展示成果。

b．交流的内容包括：完成任务的程序、实际制作的步骤、测试改进的过程等。

c．要解答他人的疑问，听取他人的意见和建议。（我们按什么标准来评价别人的作品？手环的功能、外形、创意、使用体验等）

组1：我来展示我们小组的手环，欢迎大家提意见！

我们小组先画草图；接着根据草图按顺序把实物一个个连接起来；然后把手环首尾两端连起来；手环亮了。

组2：你们小组是怎么处理手环两端的交接处的？

每个人的手腕不一样粗，你们小组是怎么处理的？。。。

生：首先欢迎你对我们组质疑，怎么处理手环两端的交接处的，我们组用铝片，由于铝片轻，易导电，易变形；每个人的手腕不一样粗，我们组用回形针，把回形针拉直，根据每人手腕的不同进行调节。

［设计意图：向全班同学演示产品并互相进行评价。“做一个LED手环”仅是专项学习的内容载体，重要的是让学生经历工程技术的全过程，对一些具体问题进行指导。切勿操之过急，影响活动的开放性。]

二、总结全课

1．通过两节课我们学着像工程师那样工作，经历了哪六个过程？每个过程中有哪些要求？

2．制作LED手环，你有什么感受？

3. 在学生活动手册上针对此次专项活动进行自评。

［设计意图：引导学生总结全课，巩固所学知识，回顾与梳理整节课的工程实践过程，加深学生对工程实践过程的认识。在学生活动手册上针对此次专项活动进行自评，让学生了解自己在整个工程实践活动过程中在哪些环节和细节上还需注意，今后努力做到更好。]

【板书设计】

做个发光手环

  明确问题

前期研究

设计方案

制作模型

测试改进

展示交流