基于項目化學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)單元整體設(shè)計

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，要立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，讓他們在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。教師以項目化學(xué)習(xí)為載體進(jìn)行大單元整體設(shè)計，有助于學(xué)生對知識概念形成整體的聯(lián)系與認(rèn)知，有助于他們能力扎根與生長。

一、教材分析，確立項目主題

“像工程師那樣”是蘇教版六年級的專項學(xué)習(xí)單元。本單元的活動主題是“自制蒸汽小船”，其目標(biāo)是讓學(xué)生利用工程設(shè)計的基本方法，制作滿足任務(wù)需求的蒸汽小船，并向同伴展示交流。教材主要包括任務(wù)引入、任務(wù)實施與拓展延伸三大部分：任務(wù)引入通過設(shè)置情境，明確設(shè)計任務(wù)“我的蒸汽船”；任務(wù)實施圍繞設(shè)計、制作我的蒸汽船，開展前期研究、設(shè)計方案、制作模型、測試、改進(jìn)、展示交流等活動；拓展延伸主要引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)解決相似問題，展開自主探究。

教材給學(xué)生留下許多可以記錄的地方，用來記錄他們在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題以及自己解決問題的思路、方法。從解決問題認(rèn)知路徑的方法論上看，本單元著重對工程實踐活動的四個主要環(huán)節(jié)（前期研究、設(shè)計方案、制作模型和展示交流）進(jìn)行指導(dǎo)，并由此確定了本項目的主題內(nèi)容安排。

二、學(xué)情分析，確立項目目標(biāo)

六年級學(xué)生經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)，能夠較好地了解相應(yīng)的科學(xué)觀念；具有一定的科學(xué)思維，能夠從科學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行觀察分析；具備了一定的科學(xué)探究能力，但對工程實踐探究的一般過程還不夠了解；對探究保持著好奇心和較高的熱情，樂于探究實踐，但在大膽質(zhì)疑、合作分享方面還有所欠缺。

課程標(biāo)準(zhǔn)要求，學(xué)生要能夠觀察沉浮現(xiàn)象、導(dǎo)熱性以及主要用途，了解水蒸氣在生活中的實例；知道物質(zhì)的變化；知道浮力是直接施加在物體上的力；知道能量的形式以及相互轉(zhuǎn)化現(xiàn)象；利用多種方式闡明創(chuàng)意，初步設(shè)計方案，認(rèn)同或質(zhì)疑方案，提出自己的觀點(diǎn)；利用工具制作簡單的實物模型，根據(jù)實際反饋結(jié)果改進(jìn)并展示。

由此，我們確定了本單元的教學(xué)目標(biāo)：了解蒸汽船的歷史，明白蒸汽船的原理；知道物質(zhì)的變化可以產(chǎn)生能量，能量之間可以相互轉(zhuǎn)換，體驗熱能、內(nèi)能、動能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；明確工程設(shè)計的一般步驟，經(jīng)歷工程設(shè)計過程，在探究實踐中提升自己解決問題的能力，獲得新知識；能夠反思、質(zhì)疑，善于和同伴交流合作，具有一定的創(chuàng)新意識。

三、落實目標(biāo)，設(shè)計項目流程

教師在課前為每名學(xué)生提供了一份“船的發(fā)展史”科學(xué)閱讀單，讓他們具備充分的帆船、蒸汽船、現(xiàn)代船舶等背景知識。導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師播放蒸汽船的發(fā)展史以及學(xué)校往年舉辦海模（蒸汽船）比賽的視頻，引導(dǎo)學(xué)生小組討論、分享蒸汽船的相關(guān)知識，如蒸汽船的歷史、蒸汽船的有趣故事以及18世紀(jì)蒸汽機(jī)在生活中的廣泛應(yīng)用。隨后，教師自然地引出活動任務(wù)：選擇日常生活中易得的材料，設(shè)計并制作一艘“蒸汽船”，參加今年學(xué)校舉辦的海模比賽。比賽要求：用自制的“蒸汽船”在80厘米長的航道中航行，看誰最短時間到達(dá)終點(diǎn)。

1.梳理問題，暴露思維

明確任務(wù)后，學(xué)生小組討論：怎么做一個蒸汽船？學(xué)生討論，形成問題清單，并對問題的解決提出不同的假設(shè)。

問題清單：蒸汽怎樣產(chǎn)生、怎樣收集、怎樣成為動力？制作一個蒸汽船需要哪些材料？從哪里能夠獲得制作所需要的材料？制作過程中可能需要哪些工具？蒸汽船的快慢與船的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？

面對這一系列的真實問題，學(xué)生會主動尋找解決問題的方法。在這個過程中教師可以看到學(xué)生是如何解決問題的。例如，學(xué)生在解決如何知曉蒸汽船的原理時，他們想到的辦法就是通過研究科學(xué)閱讀單、查閱資料來解決；在分析需要哪些材料時，學(xué)生通過對原理的理解、剖析得出需要泡沫板、玻璃瓶、蠟燭等材料。從這兩個問題的解決可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生是有能力解決一些常見問題的，他們在解決問題的過程中自然而然地運(yùn)用各種科學(xué)方法。

2.設(shè)計方案，集體論證

學(xué)生已經(jīng)根據(jù)課前的閱讀單了解了蒸汽船，包括研究蒸汽船的歷史、蒸汽船的原理等，本環(huán)節(jié)著重討論如何在設(shè)計圖中清楚、詳細(xì)地表達(dá)自己的設(shè)計想法，如材料部分，要將使用的材料和工具清楚地呈現(xiàn)出來。設(shè)計圖最好能圖文并茂，利用三視圖展示出來，并標(biāo)明“蒸汽船”的結(jié)構(gòu)及尺寸。學(xué)生組內(nèi)開展頭腦風(fēng)暴，在傾聽、討論的過程中，對設(shè)計圖加以論證，達(dá)成共識。這個過程中，有許多值得探究的問題，如對船體材料的選擇涉及物體沉浮的概念，在蒸汽裝置材料的選擇上涉及物體傳熱本領(lǐng)的不同，燃料的選擇涉及物質(zhì)的變化等。

學(xué)生根據(jù)設(shè)計好的設(shè)計圖準(zhǔn)備材料，為下節(jié)課的制作活動奠定基礎(chǔ)。這不僅包括“蒸汽船”各個結(jié)構(gòu)的材料，還包括各種工具，如剪刀、膠水等。

3.制作、測試，改進(jìn)方案

在制作之前，教師強(qiáng)調(diào)操作注意事項：①嚴(yán)格按照自己的設(shè)計圖進(jìn)行制作；②在制作過程中，注意工具使用安全以及用火安全；③測試時，有序排隊進(jìn)行試航；④試航完畢，完成試航記錄單，描述清楚“蒸汽船”的試航情況，便于再次改進(jìn)設(shè)計圖。

學(xué)生分小組合作，利用工具將設(shè)計圖上的“蒸汽船”制作出來并進(jìn)行測試。學(xué)生根據(jù)試航情況，發(fā)現(xiàn)“蒸汽船”存在的技術(shù)問題，如船身不平衡、動力不足等。隨后，小組討論如何完善“蒸汽船”設(shè)計圖。教師收集、整理學(xué)生存在的問題，進(jìn)行必要的指導(dǎo)，為下一節(jié)課做好必要的知識補(bǔ)充，便于他們更加順利地進(jìn)行“蒸汽船”的迭代工作（如圖1）。第二次的制作、測試活動可以安排在課外，讓學(xué)生有充分的時間和空間提升動手能力和設(shè)計思維。雖然學(xué)生在制作、測試過程中會遇到一系列的問題，但通過思考、小組討論基本能夠自主解決問題。

問題①：船身材料的選擇。有的學(xué)生選擇泡沫板，有的學(xué)生選擇塑料瓶，還有的學(xué)生選擇木板。用泡沫板制作船身時，有的學(xué)生為了讓船身更接近真實的樣子，會用小刀修整泡沫板。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)船身不平衡時，教師通過追問引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題：在修整船身時，沒有注意到泡沫板各個部分的厚度應(yīng)盡可能保持一致。使用塑料瓶、木板也會遇到不同的問題。使用塑料瓶的學(xué)生必須思考如何安置蒸汽裝置，他們想到的辦法是：削去瓶身一部分，把削去那部分放入船身作為放置蒸汽裝置的平臺，再利用細(xì)鐵絲或膠帶將蒸汽裝置固定在瓶身中間。使用木板做船身的學(xué)生遇到的問題是：船身不防水，容易滲水或漏水。他們也想了很多辦法來解決這個問題，有的用膠帶包裹船身四周，有的附上一層鋁箔紙，再用塑膠槍密封連接的地方等。

問題②：蠟燭與瓶身的距離。很多學(xué)生在測試時發(fā)現(xiàn)，瓶身與蠟燭的距離并不是隨意的，離得太遠(yuǎn)或太近，都不利于加熱。在解決這個問題的時候，學(xué)生知道要調(diào)整玻璃瓶的高度并固定玻璃瓶。

問題③：“蒸汽船”的動力不足。大部分學(xué)生在測試時，發(fā)現(xiàn)船幾乎不動。經(jīng)過思考、討論，他們覺得可能是船身太重、水蒸氣太少、船頭阻力太大等原因。有的學(xué)生通過減少不必要的結(jié)構(gòu)來減輕船身的重量，并將船頭做成箭頭形狀解決船頭阻力太大的問題，有的學(xué)生提出換個大瓶多裝點(diǎn)水，有的學(xué)生提出用兩個瓶子、兩個蠟燭一起制造水蒸氣。

在不同階段，學(xué)生會遇到各種的問題，但很少有人出現(xiàn)畏難情緒，更沒有人放棄制作，他們總是充滿熱情、興致勃勃地嘗試解決。在解決問題的過程中，學(xué)生的動手能力和工程思維得到了極大的提升，而教師只需起組織、引導(dǎo)的作用。

4.展示交流，多元評價

多次測試和改進(jìn)后，學(xué)生基本上得到了一個較為滿意的“蒸汽船”（如圖2）。教師可以舉行一次產(chǎn)品發(fā)布會，對學(xué)生制作的“蒸汽船”進(jìn)行評比，評價量表見表1。在舉行發(fā)布會之前，學(xué)生需要制作一份產(chǎn)品說明書，說說自己的產(chǎn)品簡介、產(chǎn)品參數(shù)、制作步驟、故障排查、注意事項等。為給學(xué)生提供更好的探究環(huán)境，教師可以改進(jìn)實驗室的布置：桌椅進(jìn)行了重新排列，中間是“推銷員”的舞臺，投影儀方便展示產(chǎn)品說明書，讓更多的人感受“蒸汽船”的魅力。

5.拓展延伸，應(yīng)用遷移

在掌握了“蒸汽船”的制作方法之后，學(xué)生可以利用課余時間適當(dāng)拓展，自主研究其他的動力船，并記錄自己的研究過程，通過視頻或者圖文結(jié)合的方式分享到班級群，師生一起評價。這樣可以豐富動力船的類型，讓學(xué)校的海模比賽更加豐富多彩。

（作者單位：江蘇省海安市城南實驗小學(xué)）

參考文獻(xiàn)

[1]樊婷.融入科學(xué)寫作的小學(xué)高年級STEM教育活動設(shè)計與實施——以“蒸汽船”為例[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2020.