基于项目化学习的小学科学单元整体设计

科学课程标准要求，要立足学生核心素养的发展，让他们在学习科学课程的过程中，逐步形成适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。教师以项目化学习为载体进行大单元整体设计，有助于学生对知识概念形成整体的联系与认知，有助于他们能力扎根与生长。

一、教材分析，确立项目主题

“像工程师那样”是苏教版六年级的专项学习单元。本单元的活动主题是“自制蒸汽小船”，其目标是让学生利用工程设计的基本方法，制作满足任务需求的蒸汽小船，并向同伴展示交流。教材主要包括任务引入、任务实施与拓展延伸三大部分：任务引入通过设置情境，明确设计任务“我的蒸汽船”；任务实施围绕设计、制作我的蒸汽船，开展前期研究、设计方案、制作模型、测试、改进、展示交流等活动；拓展延伸主要引导学生利用所学解决相似问题，展开自主探究。

教材给学生留下许多可以记录的地方，用来记录他们在学习过程中遇到的问题以及自己解决问题的思路、方法。从解决问题认知路径的方法论上看，本单元着重对工程实践活动的四个主要环节（前期研究、设计方案、制作模型和展示交流）进行指导，并由此确定了本项目的主题内容安排。

二、学情分析，确立项目目标

六年级学生经过前期的学习，能够较好地了解相应的科学观念；具有一定的科学思维，能够从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律进行观察分析；具备了一定的科学探究能力，但对工程实践探究的一般过程还不够了解；对探究保持着好奇心和较高的热情，乐于探究实践，但在大胆质疑、合作分享方面还有所欠缺。

课程标准要求，学生要能够观察沉浮现象、导热性以及主要用途，了解水蒸气在生活中的实例；知道物质的变化；知道浮力是直接施加在物体上的力；知道能量的形式以及相互转化现象；利用多种方式阐明创意，初步设计方案，认同或质疑方案，提出自己的观点；利用工具制作简单的实物模型，根据实际反馈结果改进并展示。

由此，我们确定了本单元的教学目标：了解蒸汽船的历史，明白蒸汽船的原理；知道物质的变化可以产生能量，能量之间可以相互转换，体验热能、内能、动能之间的转化关系；明确工程设计的一般步骤，经历工程设计过程，在探究实践中提升自己解决问题的能力，获得新知识；能够反思、质疑，善于和同伴交流合作，具有一定的创新意识。

三、落实目标，设计项目流程

教师在课前为每名学生提供了一份“船的发展史”科学阅读单，让他们具备充分的帆船、蒸汽船、现代船舶等背景知识。导入环节，教师播放蒸汽船的发展史以及学校往年举办海模（蒸汽船）比赛的视频，引导学生小组讨论、分享蒸汽船的相关知识，如蒸汽船的历史、蒸汽船的有趣故事以及18世纪蒸汽机在生活中的广泛应用。随后，教师自然地引出活动任务：选择日常生活中易得的材料，设计并制作一艘“蒸汽船”，参加今年学校举办的海模比赛。比赛要求：用自制的“蒸汽船”在80厘米长的航道中航行，看谁最短时间到达终点。

1.梳理问题，暴露思维

明确任务后，学生小组讨论：怎么做一个蒸汽船？学生讨论，形成问题清单，并对问题的解决提出不同的假设。

问题清单：蒸汽怎样产生、怎样收集、怎样成为动力？制作一个蒸汽船需要哪些材料？从哪里能够获得制作所需要的材料？制作过程中可能需要哪些工具？蒸汽船的快慢与船的结构有什么关系？

面对这一系列的真实问题，学生会主动寻找解决问题的方法。在这个过程中教师可以看到学生是如何解决问题的。例如，学生在解决如何知晓蒸汽船的原理时，他们想到的办法就是通过研究科学阅读单、查阅资料来解决；在分析需要哪些材料时，学生通过对原理的理解、剖析得出需要泡沫板、玻璃瓶、蜡烛等材料。从这两个问题的解决可以发现，学生是有能力解决一些常见问题的，他们在解决问题的过程中自然而然地运用各种科学方法。

2.设计方案，集体论证

学生已经根据课前的阅读单了解了蒸汽船，包括研究蒸汽船的历史、蒸汽船的原理等，本环节着重讨论如何在设计图中清楚、详细地表达自己的设计想法，如材料部分，要将使用的材料和工具清楚地呈现出来。设计图最好能图文并茂，利用三视图展示出来，并标明“蒸汽船”的结构及尺寸。学生组内开展头脑风暴，在倾听、讨论的过程中，对设计图加以论证，达成共识。这个过程中，有许多值得探究的问题，如对船体材料的选择涉及物体沉浮的概念，在蒸汽装置材料的选择上涉及物体传热本领的不同，燃料的选择涉及物质的变化等。

学生根据设计好的设计图准备材料，为下节课的制作活动奠定基础。这不仅包括“蒸汽船”各个结构的材料，还包括各种工具，如剪刀、胶水等。

3.制作、测试，改进方案

在制作之前，教师强调操作注意事项：①严格按照自己的设计图进行制作；②在制作过程中，注意工具使用安全以及用火安全；③测试时，有序排队进行试航；④试航完毕，完成试航记录单，描述清楚“蒸汽船”的试航情况，便于再次改进设计图。

学生分小组合作，利用工具将设计图上的“蒸汽船”制作出来并进行测试。学生根据试航情况，发现“蒸汽船”存在的技术问题，如船身不平衡、动力不足等。随后，小组讨论如何完善“蒸汽船”设计图。教师收集、整理学生存在的问题，进行必要的指导，为下一节课做好必要的知识补充，便于他们更加顺利地进行“蒸汽船”的迭代工作（如图1）。第二次的制作、测试活动可以安排在课外，让学生有充分的时间和空间提升动手能力和设计思维。虽然学生在制作、测试过程中会遇到一系列的问题，但通过思考、小组讨论基本能够自主解决问题。

问题①：船身材料的选择。有的学生选择泡沫板，有的学生选择塑料瓶，还有的学生选择木板。用泡沫板制作船身时，有的学生为了让船身更接近真实的样子，会用小刀修整泡沫板。当学生发现船身不平衡时，教师通过追问引导他们发现问题：在修整船身时，没有注意到泡沫板各个部分的厚度应尽可能保持一致。使用塑料瓶、木板也会遇到不同的问题。使用塑料瓶的学生必须思考如何安置蒸汽装置，他们想到的办法是：削去瓶身一部分，把削去那部分放入船身作为放置蒸汽装置的平台，再利用细铁丝或胶带将蒸汽装置固定在瓶身中间。使用木板做船身的学生遇到的问题是：船身不防水，容易渗水或漏水。他们也想了很多办法来解决这个问题，有的用胶带包裹船身四周，有的附上一层铝箔纸，再用塑胶枪密封连接的地方等。

问题②：蜡烛与瓶身的距离。很多学生在测试时发现，瓶身与蜡烛的距离并不是随意的，离得太远或太近，都不利于加热。在解决这个问题的时候，学生知道要调整玻璃瓶的高度并固定玻璃瓶。

问题③：“蒸汽船”的动力不足。大部分学生在测试时，发现船几乎不动。经过思考、讨论，他们觉得可能是船身太重、水蒸气太少、船头阻力太大等原因。有的学生通过减少不必要的结构来减轻船身的重量，并将船头做成箭头形状解决船头阻力太大的问题，有的学生提出换个大瓶多装点水，有的学生提出用两个瓶子、两个蜡烛一起制造水蒸气。

在不同阶段，学生会遇到各种的问题，但很少有人出现畏难情绪，更没有人放弃制作，他们总是充满热情、兴致勃勃地尝试解决。在解决问题的过程中，学生的动手能力和工程思维得到了极大的提升，而教师只需起组织、引导的作用。

4.展示交流，多元评价

多次测试和改进后，学生基本上得到了一个较为满意的“蒸汽船”（如图2）。教师可以举行一次产品发布会，对学生制作的“蒸汽船”进行评比，评价量表见表1。在举行发布会之前，学生需要制作一份产品说明书，说说自己的产品简介、产品参数、制作步骤、故障排查、注意事项等。为给学生提供更好的探究环境，教师可以改进实验室的布置：桌椅进行了重新排列，中间是“推销员”的舞台，投影仪方便展示产品说明书，让更多的人感受“蒸汽船”的魅力。

5.拓展延伸，应用迁移

在掌握了“蒸汽船”的制作方法之后，学生可以利用课余时间适当拓展，自主研究其他的动力船，并记录自己的研究过程，通过视频或者图文结合的方式分享到班级群，师生一起评价。这样可以丰富动力船的类型，让学校的海模比赛更加丰富多彩。

（作者单位：江苏省海安市城南实验小学）

参考文献

[1]樊婷.融入科学写作的小学高年级STEM教育活动设计与实施——以“蒸汽船”为例[D].济南：山东师范大学，2020.