2021年新蘇教版科學六年級上冊教材分析專項學習 像工程師那樣一、設計意圖1.主題的提出科學學習不僅包括科學知識的學習，還包括科學方法與技能的學習。科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結出來的正確的思維方式和行為方式，是獲取知識的重要手段，更是培養學生關鍵能力的主要途徑。科學知識和科學方法這兩個方面是一個整體，不可分割。采用某種系統的、顯性化的方法進行科學方法教育，對于小學生掌握基本的科學方法乃至理解科學的本質都是必要的。因此本套教材在每一冊都設計了“專項學習”板塊，以期讓學生有機會經歷一次次豐富而完整的活動過程，并接受專門的、較為系統的能力訓練。教材中，專項學習的活動，不僅包括科學探究活動，還包括工程實踐活動，它們既有所聯系又相互區別，有著同等重要的作用。兩類活動有各自的方法體系，我們有必要對其進行區分，并為其建立能力訓練體系。因此，本套教材專項學習板塊的能力訓練體系分為科學探究能力和工程實踐能力兩個系列。本套教材由上冊“像科學家那樣”的科學探究活動和下冊“像工程師那樣”的工程實踐活動兩大系列組成共12個專項學習板塊，交替安排，各有側重，依據學生的思維特點，確定不同的學習重點和深度，實現學習進階。專項學習的選題基于學生的真實生活，有一定的復雜性和難度，能體現學科的綜合性，學生在經歷完整的科學探究或工程實踐的活動過程中，實現科學探究思維或工程思維的發展，實現深度學習。“像工程師那樣”指向小學科學課程內容標準中增設的“技術與工程”領域。學生通過學習了解與工程技術有關的職業、工程師的基本素養，明確工程設計的一般流程，體驗工程和技術對人類生活和社會發展的重要影響。通過具體的項目(活動)給學生提供經歷完整工程實踐環節的機會、跨學科學習的機會，著重培養學生的設計思維和實踐能力。本冊教材關于工程實踐專項活動的主題是“自制蒸汽船”。海模比賽在小學科技競賽中很常見，本項目通過提出“自制一艘能在80厘米的航道上最快到達終點的蒸汽船”的任務，使學生學會分析任務的具體要求，學會在前期研究時，列出需要研究的問題，根據不同的問題選取合適的方式獲取經驗與知識儲備。在此基礎上，用畫圖的方式來設計蒸汽船的制作方案，并能利用評估表評價選擇最佳方案。依據設計方案，制作能體現結構與功能等核心技術的實物模型，多次測試改進，確定最優方案及作品，最后以完整的工程報告書向同伴們展示交流。從解決問題認知路徑的方法論學習角度上看，從五年級開始是工程實踐活動環節螺旋上升的第三階段，本冊著重對其中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。與低、中年段活動相比，對學生工程實踐能力和工程思維的要求有了進一步的提升。2.對課程標準的落實課程標準將“科學、技術、社會與環境”作為科學課程目標的一個重要方面，提出了“科學、技術、社會與環境”總目標和學段目標。就工程實踐而言，課程標準在課程內容部分增加了“技術與工程領域”，其中的18.1、18.2、18.3特別強調了工程設計的基本步驟及其中設計、制作、評估等環節的重點學習目標。課程標準提出工程設計的四個要素：明確問題、確定方案、設計制作、改進完善。在參考了若干國家的技術與工程教育標準和教材，以及本土的研究的基礎上，教材將工程實踐細化為六個要素，即明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流，并以此為主線，貫穿于包含本活動在內的每個“像工程師那樣”的工程實踐專項學習中。3.在整套教材中的地位低年級：中高年級：本冊的專項活動“像工程師那樣”指向工程實踐能力的專門訓練。如上圖所示，我們將工程實踐細化為六個要素：明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流，讓學生經歷工程活動的完整過程。其中前期研究、設計方案、制作模型、測試改進是由低年級第二階段的設計制作要素擴展出來。本冊的專項學習在學生親歷工程活動的完整步驟和程序的基礎上，重點指導其中的四個要素前期研究、設計方案、制作模型和展示交流。雖然這些要素在先前的年級中均已出現過1-2次的指導，但本學期是在先前的基礎上，或補充、或遞進，對學生的工程實踐能力提出了更高的要求。比如：前期研究環節，本冊要重點指導學生通過檢索關鍵詞的方法進行前期研究。設計方案環節本冊在三年級頭腦風暴選出最佳方案的基礎上，進一步指導學生學會用評估表等方法評價選擇最好的設計方案。制作模型環節，除了四、五年級對材料、結構等的指導，本冊更強調重點關注模型的核心技術的有效性，制作工藝要提高。展示交流環節，本冊是小學階段的第二次指導，在四199年級提倡展示方式多樣性的基礎上，本冊進一步指導學生像真正的工程師一樣，以工程報告書的形式進行展示，工程報告書中包括設計步驟、草圖、解釋和說明、制作過程、測試信息和改進過程，強調工程實踐要素的完整呈現。工程報告書的制作是在工程實踐的每一個步驟和程序中進行的，教師要及時進行有關工程報告書的指導。4.學習內容的構成及邏輯關系本冊是小學階段最后一次工程實踐活動的專項學習，學習內容主要由兩部分組成。第一部分是帶領學生一起回憶做過的所有專項學習活動，在此基礎上閱讀教材，整理歸納，呈現工程師設計開發或改進產品時一系列的步驟和程序。在這一過程中，學生體會到每一次的工程任務都不是一蹴而就的，其中“設計方案、模型制作、測試改進”這三個要素要用充足的時間進行迭代循環，當模型的測試結果與任務需求不一致時，需要重新設計方案、重新制作模型并再次測試，直到最終做出符合任務需求的作品才能進行下一步的展示交流。第二部分，以小學生科技活動中常見的航模競賽為落腳點，提出了“自制一艘能在80厘米的航道上最快到達終點的蒸汽船”的任務，通過明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進，最終向同伴展示交流。在前期研究中，學生在列出需要研究的問題后，可以通過實驗研究、圖書館查閱或在網上搜索“蒸汽動力”、“蒸汽船原理”、“載人蒸汽小火車”等關鍵詞，查詢有關蒸汽船的類型、影響蒸汽船行駛的因素等信息，提取有用的部分啟發完成蒸汽船的設計。在設計方案時，每一種設計方案都要繪制設計圖，對多種方案要先制定評估標準，再通過評估表評價選擇出小組內都認可的最優方案。在制作模型環節，要更關注其結構與功能，以便測試核心技術，只做蒸汽動力部分和船身的結合，可以節省時間成本等，提高效率。在展示交流環節，需要展示工程報告書，報告書的制作是在制作蒸汽船的每一個步驟中進行的，要能呈現完整的工程實踐要素。學生像工程師一樣，經歷完整的制作蒸汽船的工程實踐活動，形成明確問題分析問題解決問題的一般認知路徑。二、教學目標動手動腦，設計合適的方案，制作出滿足需求的蒸汽船，并向同伴展示交流。能夠明確工程任務，在實踐中經歷工程活動的完整過程，重點領會前期研究、設計方案、制作模型和展示交流四個要素的基本方法。通過回顧與閱讀，歸納概括工程師設計開發或改進產品時一系列的步驟和程序。三、單元活動框架圖四、課時建議等1.課時建議：2-3個課時。2.重點與難點重點：在制作蒸汽船的過程中，領會前期研究、設計方案、制作模型和展示交流的基本方法。難點：設計蒸汽船，對制作的蒸汽船進行測試和改進。3.教學準備教師準備：教學課件。學生準備：熱熔膠槍、蠟燭、火柴、木板、小瓶子、吸管、鐵絲、塑料塊等。五、參考資料瓦特瓦特(JamesWatt，17361819)英國發明家、工程師。1736年1月19日生于蘇格蘭的一個小鎮格里諾克。他從小體弱多病，由父母進行了啟蒙教育。父親是個具有多種手藝的工匠，受其影響瓦特從小就有實驗的興趣和才能。傳說他小的時候，曾用布把壺嘴堵死，看到蒸汽的力量把壺蓋沖開。這一現象激發了他的探索精神。1756年瓦特在格拉斯哥大學當了儀器修理員，這是他一生的轉折點。一方面該校具有較完善的儀器設備和先進技術，為他的工作創造了良好的技術條件。更重要的是他在這里結識了英國化學家、物理學家J.布萊克等著名學者，他可以經常跟他們討論改進蒸汽機的理論和技術問題，這對他后來的發明工作影響很大。1763-1765年，瓦特得知格拉斯哥大學有一臺紐科門蒸汽機(Newcomensteamengine)，但是正在倫敦修理，他請求學校取回了這臺蒸汽機并親自進行了修理。修理后這臺蒸汽機勉強可以工作，但是效率很低。經過大量實驗，瓦特發現效率低的原因是由于活塞每推動一次，氣缸里的蒸汽都要先冷凝，然后再加熱進行下一次推動，從而使得蒸汽80%的熱量都耗費在維持氣缸的溫度上面。他想到將冷凝器與氣缸分離開來，使得氣缸溫度可以持續維持在注入的蒸汽的溫度，并在此基礎上很快建造了一個可以連續運轉的模型。冷凝器的發明在蒸汽機的發展中起了關鍵性的作用。經過他的一系列重大的發明和改進，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，而且配套齊全、性能優良、切合實用。瓦特由此博得了第一部現代蒸汽機高效率瓦特蒸汽機的發明者稱號。很快，瓦特蒸汽機在紡織、采礦、冶煉和交通運輸等方面得到了廣泛應用，極大地推動了英國和歐洲的第一次工業革命，使世界進入了“蒸汽時代”。蒸汽火車蒸汽輪船很快便相繼問世。蒸汽機在交通運輸業中的應用，使人類邁入了“火車時代”，迅速的擴大了人類的活動范圍。蒸汽船的發展和原理人類使用船舶作為運輸工具的歷史，幾乎和人類文明史一樣悠久。在經歷了人力槳的驅動，自然風力的推動之后，隨著蒸汽機的出現，人們也想將它應用在船上，作為新的動力。1783年，一位叫約翰菲奇的美國人成功制作了”實驗”號蒸汽船。他用蒸汽帶動一根鐵桿做水平運動，再用鐵桿帶動6支船槳劃水，搭載了33名旅客。但這還稱不上是真正的輪船，真正意義上的輪船要到1807年由富爾頓制造的“克萊蒙特號”，他采用了槳輪，就是在船舷兩邊裝了兩個大輪子，以蒸汽機為新的動力系統，以螺旋槳為新的推進系統，驅動兩舷的明輪，由此開創了造船史的新紀元。這樣的明輪蒸汽輪船在19世紀已航行于世界各地的內河和大海。蒸汽輪船是將蒸汽的能量轉換為機械能來驅動的。通過燃燒，把水變為蒸汽作為動力。蒸汽船中最重要的動力裝置就是蒸汽機。蒸汽機由三個部分組成：蒸汽爐、汽缸和冷凝器。在蒸汽爐中，通過燃燒過程水沸騰為蒸汽。蒸汽通過管道被送到汽缸。蒸汽在汽缸內推動活塞做功，將活塞的上下運動轉化為船軸的旋轉運動。冷卻的蒸汽通過管到被引入冷凝器重新凝結為水。這個過程在蒸汽機運動時不斷重復。有的蒸汽船中包含了一個小的渦輪機，從汽缸中出來的蒸汽還可以利用它的余熱在推動這個渦輪機來提高整個驅動裝置的效率。這個渦輪機也與船的螺旋漿軸相連，提高其運轉效率