基于項目化學習的小學科學單元整體設計

科學課程標準要求，要立足學生核心素養的發展，讓他們在學習科學課程的過程中，逐步形成適應個人終身發展和社會發展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。教師以項目化學習為載體進行大單元整體設計，有助于學生對知識概念形成整體的聯系與認知，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習單元。本單元的活動主題是“自制蒸汽小船”，其目標是讓學生利用工程設計的基本方法，制作滿足任務需求的蒸汽小船，并向同伴展示交流。教材主要包括任務引入、任務實施與拓展延伸三大部分：任務引入通過設置情境，明確設計任務“我的蒸汽船”；任務實施圍繞設計、制作我的蒸汽船，開展前期研究、設計方案、制作模型、測試、改進、展示交流等活動；拓展延伸主要引導學生利用所學解決相似問題，展開自主探究。

教材給學生留下許多可以記錄的地方，用來記錄他們在學習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節（前期研究、設計方案、制作模型和展示交流）進行指導，并由此確定了本項目的主題內容安排。

二、學情分析，確立項目目標

六年級學生經過前期的學習，能夠較好地了解相應的科學觀念；具有一定的科學思維，能夠從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律進行觀察分析；具備了一定的科學探究能力，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，但在大膽質疑、合作分享方面還有所欠缺。

課程標準要求，學生要能夠觀察沉浮現象、導熱性以及主要用途，了解水蒸氣在生活中的實例；知道物質的變化；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化現象；利用多種方式闡明創意，初步設計方案，認同或質疑方案，提出自己的觀點；利用工具制作簡單的實物模型，根據實際反饋結果改進并展示。

由此，我們確定了本單元的教學目標：了解蒸汽船的歷史，明白蒸汽船的原理；知道物質的變化可以產生能量，能量之間可以相互轉換，體驗熱能、內能、動能之間的轉化關系；明確工程設計的一般步驟，經歷工程設計過程，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、質疑，善于和同伴交流合作，具有一定的創新意識。

三、落實目標，設計項目流程

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

1.梳理問題，暴露思維

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

問題清單：蒸汽怎樣產生、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構有什么關系？

面對這一系列的真實問題，學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生是如何解決問題的。例如，學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閱讀單、查閱資料來解決；在分析需要哪些材料時，學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現，學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用各種科學方法。

2.設計方案，集體論證

學生已經根據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，本環節著重討論如何在設計圖中清楚、詳細地表達自己的設計想法，如材料部分，要將使用的材料和工具清楚地呈現出來。設計圖最好能圖文并茂，利用三視圖展示出來，并標明“蒸汽船”的結構及尺寸。學生組內開展頭腦風暴，在傾聽、討論的過程中，對設計圖加以論證，達成共識。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的不同，燃料的選擇涉及物質的變化等。

學生根據設計好的設計圖準備材料，為下節課的制作活動奠定基礎。這不僅包括“蒸汽船”各個結構的材料，還包括各種工具，如剪刀、膠水等。

3.制作、測試，改進方案

在制作之前，教師強調操作注意事項：①嚴格按照自己的設計圖進行制作；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，便于再次改進設計圖。

學生分小組合作，利用工具將設計圖上的“蒸汽船”制作出來并進行測試。學生根據試航情況，發現“蒸汽船”存在的技術問題，如船身不平衡、動力不足等。隨后，小組討論如何完善“蒸汽船”設計圖。教師收集、整理學生存在的問題，進行必要的指導，為下一節課做好必要的知識補充，便于他們更加順利地進行“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，讓學生有充分的時間和空間提升動手能力和設計思維。雖然學生在制作、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。有的學生選擇泡沫板，有的學生選擇塑料瓶，還有的學生選擇木板。用泡沫板制作船身時，有的學生為了讓船身更接近真實的樣子，會用小刀修整泡沫板。當學生發現船身不平衡時，教師通過追問引導他們發現問題：在修整船身時，沒有注意到泡沫板各個部分的厚度應盡可能保持一致。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。很多學生在測試時發現，瓶身與蠟燭的距離并不是隨意的，離得太遠或太近，都不利于加熱。在解決這個問題的時候，學生知道要調整玻璃瓶的高度并固定玻璃瓶。

問題③：“蒸汽船”的動力不足。大部分學生在測試時，發現船幾乎不動。經過思考、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。有的學生通過減少不必要的結構來減輕船身的重量，并將船頭做成箭頭形狀解決船頭阻力太大的問題，有的學生提出換個大瓶多裝點水，有的學生提出用兩個瓶子、兩個蠟燭一起制造水蒸氣。

在不同階段，學生會遇到各種的問題，但很少有人出現畏難情緒，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、引導的作用。

4.展示交流，多元評價

多次測試和改進后，學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品發布會，對學生制作的“蒸汽船”進行評比，評價量表見表1。在舉行發布會之前，學生需要制作一份產品說明書，說說自己的產品簡介、產品參數、制作步驟、故障排查、注意事項等。為給學生提供更好的探究環境，教師可以改進實驗室的布置：桌椅進行了重新排列，中間是“推銷員”的舞臺，投影儀方便展示產品說明書，讓更多的人感受“蒸汽船”的魅力。

5.拓展延伸，應用遷移

在掌握了“蒸汽船”的制作方法之后，學生可以利用課余時間適當拓展，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）

參考文獻

[1]樊婷.融入科學寫作的小學高年級STEM教育活動設計與實施——以“蒸汽船”為例[D].濟南：山東師范大學，2020.