通過“設計并制作一輛氣球動力小車”活動培養學生技術與工程素養

〔摘" "要〕" 本文以“設計并制作一輛氣球動力小車”活動為例，圍繞《義務教育科學課程標準（2022年版）》的要求，通過工程實踐活動整合技術與工程素養，探索小學科學項目化學習的有效途徑。活動設計基于明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善和發布成果的工程設計流程，注重學生實踐能力、創新能力及合作能力的培養。通過任務驅動和分組協作，學生經歷了從創意到成品的全過程，理解了技術與工程的基本原理，體驗了工程設計對生活發展的促進作用。該活動可有效培養學生的技術與工程素養，為小學科學課程改革提供實踐參考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；技術與工程素養；項目化學習

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0058-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）提出，小學科學教學應通過項目化學習和實踐活動，培養學生的科學探究能力以及技術與工程素養。技術的核心是發明，工程的核心是建造，它們通過設計和實施解決實際問題，影響著人類生產和生活。本課例以蘇教版科學一年級上冊《小小工程師》一課為例，以“氣球動力小車”工程實踐活動為載體，通過項目化學習活動，引導學生在動手實踐中提升創新能力、設計能力和合作能力，為全面落實《課程標準》提供了實踐方案。

一、明確問題

課堂開始，教師通過一個趣味性的演示引發學生的關注——將一個充氣的氣球捏住，再松開手，氣球迅速向前飛出。學生被氣球飛行的現象吸引，紛紛討論這是為什么。教師借此引導學生思考：“氣球的動力能否用來推動一輛小車？”并將問題引向工程實踐活動的主題——“設計并制作一輛氣球動力小車”。

為了進一步幫助學生聚焦任務，教師明確活動目標：制作一輛氣球動力小車，并讓小車能向前跑3米以上。通過任務布置，學生意識到他們需要結合氣球釋放氣體的原理，以及小車結構設計的合理性，完成這一目標。接著，教師引導學生從多角度分析任務要求：小車需要具備哪些基本結構？氣球動力如何影響小車的運行？氣球的出氣方向與小車的運動方向有何關系？這些問題幫助學生初步形成工程設計的思路，明確了需要面對的技術挑戰。

為了讓學生更深入地理解任務的復雜性，教師鼓勵學生小組討論，列出設計和制作中可能面臨的具體問題。例如，小車的底盤材料如何選擇才能既輕便又結實？車輪應該怎樣安裝以確保平穩運行？氣球的固定位置是否會影響小車的運行距離？通過引導學生自主提出問題并分解任務，教師培養了學生的問題意識和邏輯分析能力，為后續活動奠定了基礎。

二、設計方案

在明確問題之后，設計方案成為工程實踐活動的核心環節，直接影響到活動的成效。通過精心設計、有效引導、任務分解，幫助學生完成從概念到方案的轉化，培養他們的工程思維。為此。教師先要引導學生探討設計一輛氣球動力小車需要解決的核心問題。例如，氣球的固定位置與方向如何選擇？車輪的材料和大小是否會影響小車的運動效果？小車的重量如何控制？這些問題的提出，幫助學生明確了設計方案需要考慮的關鍵因素。隨后，教師通過提問的方式激發學生深入思考，例如，“氣球的出氣方向與小車的前進方向有何關系？”“如何固定氣球才能讓動力充分發揮？”等，引導學生逐步聚焦問題并提出初步解決思路。

在問題分析基礎上，學生分組討論并嘗試設計小車的草圖。各小組結合討論結果，在草圖上標注出小車的基本結構、氣球的固定位置及方向、車輪的安裝方式等重要細節。教師鼓勵學生多角度思考，并適當給予指導。例如，對于車輪的設計，教師可以建議學生嘗試不同材質的車輪對摩擦力和穩定性的影響；對于氣球的固定方式，教師可以演示不同工具（如橡皮筋、吸管）的固定效果，幫助學生理解如何利用材料特性改進設計。

三、實施計劃

（一）材料分配

教師提前準備好制作氣球動力小車所需的氣球、吸管、塑料瓶蓋、竹簽、膠帶、剪刀、橡皮筋等，并根據每組設計方案的不同特點，分配特定的額外材料。學生結合自身設計方案，列出需要的具體材料清單，由教師審核后統一分配。教師在分發材料時，還應強調資源的合理利用和廢棄材料的回收，培養學生的環保意識。

（二）任務分解

為了提高制作效率并鍛煉學生的團隊合作能力，各小組需要將制作任務分解為多個步驟，并為每個成員分配明確的職責。例如，一名學生負責剪裁材料，一名學生負責組裝車輪，一名學生負責固定氣球。此外，還需要一名學生記錄制作過程中的問題與改進想法，為后續方案改良提供依據。教師在巡回指導中，提醒學生注意分工合作，遇到問題及時溝通解決。

（三）操作指導

在制作過程中，教師為學生提供詳細操作指導，特別是涉及剪刀、竹簽等工具的使用時，須強調注意事項以確保安全。教師還應提醒學生按照設計方案一步步完成制作，避免急于求成而導致失敗。

（四）進度管理

為保證制作任務按時完成，教師為每組分配明確的時間節點。前15分鐘完成車輪和底盤的制作，接下來的20分鐘完成氣球的固定和組裝，最后10分鐘進行初步測試和調整。教師在這一過程中作為時間管理者，隨時提醒各組掌握進度，并提供技術支持。

四、檢驗作品

（一）制定檢驗標準

在開始檢驗前，教師和學生共同討論并制定氣球動力小車的檢驗標準，例如，小車是否能跑直線，方向是否穩定？小車是否能夠達到3米以上的運動距離？小車在測試過程中是否存在結構松動或動力不足的問題？這些標準既明確了檢驗的重點，也為學生提供了具體的改進方向。

（二）測試安排

教師在教室或操場上設置專門的測試區域，并用卷尺或標尺標記出清晰的距離線。每組依次將自己的小車放入測試區，按照氣球充氣、釋放小車的步驟完成測試。各小組需安排一名學生操作小車，其他成員負責記錄測試數據（如運行距離、偏移方向等）和觀察運行效果。

（三）多次測試

為確保測試結果的準確性，每組小車至少應測試3次。學生通過對比不同測試結果，觀察是否一致或存在異常現象，并記錄每次測試的關鍵數據。記錄表如表1。

五、改進完善

（一）回顧測試結果

教師引導學生回顧測試數據和觀察記錄。通過分析記錄表中“運行距離”“偏離情況”和“問題描述”欄，找出影響小車性能的主要問題。例如：動力不足，氣球的固定方式不合理或氣球容量不足；方向偏移，車輪不對稱或小車重心不穩；結構問題，車身松散或摩擦力過大。學生結合問題進行小組討論，嘗試分析問題背后的原因，并明確改進方向。

（二）提出改進方案

根據測試反饋，每組學生制定相應的改進方案。教師可以通過以下問題加以引導：如何增加小車的動力？是否可以更換更大的氣球或調整出氣口的方向？如何讓小車保持直線運行？是否需要重新調整車輪或優化車身設計？如何減少小車的摩擦力？是否可以改善車輪材質或增加潤滑措施？學生需在討論后畫出改進設計圖，并對新的方案進行簡要說明，確保每個組員都明確分工與任務。

（三）進行改良制作

小組成員按照新設計方案對小車進行改良。調整車身結構，加固松散部分，確保小車在運行過程中穩定；優化氣球安裝，嘗試更換更大的氣球或調整出氣口的角度，確保氣流能夠充分推動小車；重新調整車輪，校正不對稱的車輪或更換摩擦力較小的材料。在改良過程中，教師巡回指導，提醒學生注意安全，尤其是使用剪刀或膠槍等工具時要小心操作。

（四）進行二次測試

改良完成后，各小組再次測試優化后的小車，并記錄測試數據，與初次測試結果進行對比。教師可以指導學生使用以下表格進行對比分析，如表2。

六、發布成果

（一）規劃展示形式

教師引導學生討論并選擇適合的成果展示形式。通過現場操作展示氣球動力小車的運行效果，讓其他小組和教師直觀感受作品的性能。分組說明從設計到改進的全過程，包括遇到的問題、改進措施及優化結果。展示設計圖紙、測試記錄表和改進前后的對比分析數據，以直觀形式說明作品的性能優化過程。

（二）小組展示作品

每個小組依次進行成果展示，將小車放置于展示區域，演示其動力和運行效果（能否跑過3米）。結合測試數據表，說明是如何解決原有問題并改進性能的，介紹作品中的獨特設計或創新點。

（三）教師評價反饋

展示結束后，組織其他小組對展示進行評價，提出建議或表揚創新點。評價可以圍繞以下問題展開：小車是否能穩定跑過3米？運行效果如何？設計方案是否合理？是否充分體現工程設計的核心要素？改進過程是否體現了創新與問題解決能力？教師根據各組表現進行總結性評價，肯定小組中的亮點和創新點，同時針對共性問題提出改進建議。

（四）回顧反思案例

教師引導學生回顧整個活動過程，圍繞以下問題展開反思：在整個設計、測試和改進過程中，哪些環節最具有挑戰性？是如何克服的？學到了哪些技術與工程知識？如果再次進行類似的設計活動，哪些方面可以做得更好？

（五）表彰激勵學生

為鼓勵學生的積極參與和團隊合作，教師可以設置多種表彰類別，例如：最佳性能獎，獎勵運行效果最佳的小車；最佳設計獎，獎勵設計方案最有創意的小組；最佳團隊合作獎，獎勵分工明確、合作默契的小組。

通過此次氣球動力小車的設計與制作活動，學生不僅掌握了基礎的技術與工程知識，更在實踐中體驗到了從問題提出到方案設計、實施、測試和改進的完整工程過程。這一項目化學習活動，不僅鍛煉了學生的動手能力和創新思維，更讓他們理解了科學、技術與工程之間的緊密聯系，以及這些領域如何共同推動問題的解決。通過分組合作和不斷優化改進，學生學會了如何在團隊中協作，如何從失敗中汲取教訓，并不斷完善自己的設計。在整個過程中，學生不僅參與了具體的工程實踐，還通過討論與展示，培養了批判性思維、問題解決能力和溝通表達技巧。教學活動的最終成果展示，不僅是對學習過程的總結，也為學生提供了一個展示自我、互相學習的機會，從而增強了他們的自信心。

【本文系江蘇省中小學教學研究立項課題“指向探究實踐素養培養的小學科學項目化學習研究”的階段性研究成果，課題編號2023JY15-L132】

參考文獻

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