立足“做個濾水器”工程微項目探尋教學新思路

〔摘" "要〕" 本文以《把鹽放到水里》一課中做濾水器的教學環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，設(shè)計工程微項目并展開課堂教學研究。以過濾污水為目標，激發(fā)學生認知內(nèi)驅(qū)力，讓學生在設(shè)計濾水器及測試濾水效果中提升科學思維與操作能力，通過個性展示提煉工程體驗，推動項目式學習延續(xù)優(yōu)化，為小學科學微項目式教學提供實踐參考。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學科學；工程微項目；目標驅(qū)動；工程思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）12" " 0044-03

一、案例背景

本課選自蘇教版科學三年級上冊第三單元第11課《把鹽放到水里》的一個教學環(huán)節(jié)，是筆者執(zhí)教的一節(jié)微項目研究課。

在此課中，學生通過把不同的固體放到水里來認識固體有易溶解和不易溶解之分。而做濾水器這一教學環(huán)節(jié)的目的在于幫助學生建立過濾可以分離水中的不溶物這一認知。在以往的教學中，由于時間限制，做濾水器這一活動常常被匆匆?guī)н^。學生少有機會能真的動手制作，深入探尋操作方法、科學現(xiàn)象和背后真理之間的聯(lián)系。

因此，筆者基于教材內(nèi)容和教學目標，摘取這一環(huán)節(jié)，設(shè)計擴充成一個工程微項目，引導(dǎo)學生從觀察身邊的水源中發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題，以將水過濾干凈為目標，驅(qū)動他們像工程師那樣設(shè)計、建構(gòu)濾水器的模型，在反復(fù)試錯和修改中找尋更好的濾水方案并付諸實施，檢視成效。在此過程中，學生的科學思維、操作能力都將得到螺旋式提升。

二、教學研究過程

【教學目標】

通過觀察各種濾水材料，感知顆粒的縫隙大小對濾水的影響；

會設(shè)計簡易的濾水器，選擇材料并制作一個濾水器；

會比較濾水前后水的差別，了解過濾可以分離水中的不溶物。

【教學重難點】

教學重點：會設(shè)計制作一個簡易的濾水器；

教學難點：理解顆粒的縫隙大小對濾水的影響，并據(jù)此設(shè)計濾水器。

【教學準備】

陶粒、麥飯石、竹炭、濾水瓶、礦泉水瓶、污水、比對卡。

【教學過程】

（一）現(xiàn)象導(dǎo)入，目標驅(qū)動

師：同學們，上課之前我們先來看一段視頻（長江取水口視頻）。這里還是我們飲用水的取水口（展示臟水）。有什么想說的？

生：好臟啊，我們平時喝的水不是這樣的。

師：我們的飲用水是干凈清澈的，沒有雜質(zhì)、沒有臭味的……來對比一下（出示比對卡，說明使用方法）。

師：這樣的臟水怎么才能變干凈呢？

生：自來水廠。

師：可我們實驗室沒有專業(yè)的濾水設(shè)備，用身邊常見的東西能不能做到？

生：可以把水過濾一下。

揭題：做個濾水器

設(shè)計意圖：三年級的學生認知水平有限，筆者在選取此次微項目研究的切入點時，力求更貼近生活。視頻中污濁水質(zhì)的視覺沖擊和現(xiàn)實生活中水質(zhì)的對比，讓學生很快聯(lián)想到水是需要凈化的。那么，做個濾水器就自然而然地在他們心中萌動了探究的興趣?！霸鯓釉O(shè)計？”“怎樣制作？”“什么樣的濾水器濾水效果才最好？”就成了這節(jié)課微項目研究的目標。

（二）觀察材料、設(shè)計濾水器

1.觀察材料

師：要做濾水器，先從設(shè)計和選材料開始。你們想選擇什么材料？

生：小石子、沙子、棉布……

師：我們來仔細觀察這些材料。它們有什么不同？

生：顆粒大小不同、顏色不同、材質(zhì)不同……

2.初步設(shè)計

師：就用剛才那些材料，你想怎么設(shè)計濾水器？

（小組討論，畫設(shè)計圖）

交流：你們是怎么設(shè)計的？為什么這樣設(shè)計？

3.討論修改

師：大家的設(shè)計大致可以分成兩種類型：一種是把大顆粒地放在最下面，一種是放在最上面。這會帶來什么不同呢？

演示實驗1：（下陶粒，上竹炭，竹炭漏下來）

觀察發(fā)現(xiàn)：顆粒大的縫隙大，擋住大粒的雜質(zhì)；顆粒小的縫隙小，擋住小粒的雜質(zhì)。上大下小能先層層排除雜質(zhì)的影響。

師：現(xiàn)在你會怎么調(diào)整（大顆粒在上，小顆粒在下）？但直接把小顆粒放在最下面會漏下去，我們可以將棉片墊在最下層。請修改你們的設(shè)計圖紙。

設(shè)計意圖：制作濾水器的設(shè)計要從觀察材料、選取材料開始。觀察材料時，可以讓學生看一看、摸一摸，感受濾水顆粒之間的各種不同。和現(xiàn)實生活中的工程施工類似，科學微項目的設(shè)計方案往往要經(jīng)歷反復(fù)的修改、多次實驗才能得以確定?；谟^察的結(jié)果進行初步設(shè)計時，學生很可能形成顆粒從下往上越來越大或者越來越小兩種方案。那么，哪種排布方案更有利于濾水？師生討論后，通過演示實驗試錯后明確設(shè)計思路，再次修改完善設(shè)計方案。

（三）制作濾水器

師演示：鋪一層竹炭。

各組小組長領(lǐng)取材料、制作簡易濾水器。

（四）濾水

師：濾水器做好了，下面我們檢驗一下濾水效果。

說明步驟：

用比對卡比對臟水的清澈度，填表；

將臟水倒進濾水器過濾，觀察過濾效果；

過濾完成后，比對濾水的清澈度，填表；

讀出濾出水的水位高度，填表。

小組活動。全班小組展示，找找濾水效果好的濾水器有何優(yōu)點（上大下小，排布均勻……）。

設(shè)計意圖：重新設(shè)計，確定方案后“工程”要進入實際操作實施環(huán)節(jié)。為確保濾水器的制作不出現(xiàn)操作問題，需要指導(dǎo)鋪設(shè)材料的方法。污水過濾后如何才能看清效果？筆者特意設(shè)計了比對卡，將污水與過濾后的水進行比對，看清差別明顯，也能對比出不同小組的濾水效果，從而進一步分析濾水效果更佳的小組在操作中的優(yōu)點，如材料使用的比例、排布的均勻程度等等。

（五）拓展

師：我們剛才過濾出的水可以喝嗎？（不可以）剛才只是初步凈化了水。自來水廠里處理水需要多次過濾、層層凈化和消毒后，才能飲用。

如果是海水，過濾后能不能用呢？

生：不能，因為水里有鹽。

師：那又該怎么進一步分離出鹽，讓海水變成淡水呢？下節(jié)課我們再接著學習。

設(shè)計意圖：此時學生已經(jīng)通過制作濾水器這一微項目的研究認識到過濾可以分離水中的不溶物，但學習目標的完成并不意味著研究的結(jié)束。筆者的演示實驗顯示，多種不同大小的顆粒分層排布設(shè)計出的濾水器濾水效果更佳，學生會因此聯(lián)想污水處理廠的工作也需要經(jīng)歷多級過濾、反復(fù)過濾。

三、教后反思

（一）目標驅(qū)動：探尋微項目研究的原動力

美國認知教育心理學家奧蘇貝爾認為，學習情景中的成就動機至少包括三方面的內(nèi)驅(qū)力，其中就有認知內(nèi)驅(qū)力。認知內(nèi)驅(qū)力多半從學生好奇的傾向中派生出來，是學生渴望了解和理解知識的最重要而穩(wěn)定的動機。微項目的研究比普通的科學課聚焦的問題點更小，切入得更深。這就更要求教師在選取研究目標時要貼近學生的認知水平，兼顧可研究性。

教學中，筆者結(jié)合教材內(nèi)容和學校緊鄰長江取水口的地域特點，聚焦問題設(shè)計，選取了制作濾水器過濾污水這一目標作為工程微項目的研究目標。視頻中污水奔騰，現(xiàn)實里清水澄澈，視覺的沖擊激起學生思維的波瀾，啟發(fā)他們積極參與到此次研究中去。明確的目標和成功的欲望會驅(qū)使他們主動地完成制作濾水器這個學習任務(wù)，成為探尋此次微項目研究的原動力。

（二）思維導(dǎo)向：培養(yǎng)百折不撓的工匠精神

工程微項目雖然切入點小、歷時較短、研究難度較低，但研究的歷程和工程問題是一致的，都需要經(jīng)過設(shè)計、試驗和反復(fù)地修改、調(diào)試，才能在失敗中總結(jié)經(jīng)驗，找到最佳解決方案。

學生在微項目研究的活動中經(jīng)歷和體驗失敗也是不可避免的，真實的試錯和適度的挫敗感更容易激勵他們繼續(xù)深入探究。活動中，學生的想法和解決方案都是他們當前認知水平的真實體現(xiàn)，教師應(yīng)該重視學生的整個探索經(jīng)歷，并賦予他們“犯錯誤”的權(quán)利，接納他們“錯誤”的理解，耐心傾聽學生的回答，悉心觀察學生的行為，直面學生的困難，結(jié)合具體情況有針對性地提供知識和技能的輔助，幫助他們樹立信心、一步步前進，直到問題解決。

本課教學時，筆者發(fā)現(xiàn)學生的設(shè)計大致分成了兩類，顆粒排布時從上往下要么越來越大，要么越來越小。兩種方案的設(shè)計者各執(zhí)一詞，都能說出自己的“道理”。引導(dǎo)他們找到正確方案的最佳辦法就是試錯。演示實驗中小顆粒在上時很快漏進下層的大顆粒中，這樣設(shè)計顯然行不通。再從理論層面結(jié)合示意圖來分析，發(fā)現(xiàn)顆粒大小與過濾之間的聯(lián)系，從上往下越來越小才能實現(xiàn)逐層過濾、效率提升。

工程問題要用工程思維來解決，工程的實施本就不可能一蹴而就。難點的突破讓學生有茅塞頓開的喜悅感，失敗后的成功更加珍貴。研究歷程中的反復(fù)和挫折讓學生的知識和能力在學習中螺旋式提升，有助于培養(yǎng)學生百折不撓的工匠精神。

（三）個性展示：激勵項目式學習延續(xù)優(yōu)化

科學課上，工程微項目的可視化成果就是工程模型的成功建立，但本課中濾水器制作完成并不代表濾水結(jié)束、研究截止。

課堂上，筆者組織濾水效果好的小組進行展示，說說成功的經(jīng)驗。其實，如果時間和空間允許，也可以進行全班的分小組展示，組織學生參觀每個小組的濾水器，優(yōu)劣自分。效果不好的小組可以觀察優(yōu)質(zhì)的濾水器，對比找找自身的不足，教師也要進行充分的肯定和鼓勵。個性化的展示模型，不論成功與否，都能提煉出寶貴的工程體驗。

最后，筆者演示了用自制的多層材料濾水器來過濾污水，濾出的水質(zhì)清澈，效果很好。這直觀地向?qū)W生指引了進一步優(yōu)化自制濾水器的方向。不溶物質(zhì)可以用過濾的方法去除，那么可溶物質(zhì)又該怎么辦？新問題又將推動新的微項目，新的微項目也有了研究目標。研究不止，思維不止。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]郝京華.科學教師教學用書：三年級上冊[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2017.