小小黏合剂工程师：“糨糊斗士”的诞生与优化-四年级下册综合实践活动教学设计

小小黏合剂工程师：“糨糊斗士”的诞生与优化——四年级下册综合实践活动教学设计一、教学内容分析  本课隶属于小学四年级下册综合实践活动课程，核心主题围绕“黏合剂的初步探究与简单制作”展开。从《中小学综合实践活动课程指导纲要》审视，本课处于“设计与制作”活动方式的关键节点，要求学生经历“明确问题构思方案动手制作测试优化”的完整过程。在知识技能图谱上，它上承对常见材料属性的认识，下启对简单工程设计流程的理解，其认知要求从“识记”黏合剂种类，跃升到“应用”配比原理并“创造”出满足特定功能的作品。过程方法路径上，本节课是科学探究方法与简易工程思维（如迭代优化）的绝佳融合载体。学生将通过控制变量实验探究配比与性能的关系，体验从“动手做”到“动脑优化”的思维升级。其素养价值渗透深远：在亲手调制、反复测试中，培养学生严谨求实的科学态度与不畏失败的探索精神（科学精神）；在小组协作解决“如何粘得更牢”的真实问题中，发展沟通协作与创新实践能力（实践创新）；通过了解黏合剂从古至今的演变，感受科技改善生活的力量，初步建立产品设计与用户需求的联系（技术应用与社会责任）。  基于“以学定教”原则，进行如下学情诊断：四年级学生已具备基本的小组合作能力与动手操作热情，对“粘”这一现象有丰富的生活经验，但经验往往停留在感性层面，对黏合剂的成分、原理及影响其效能的因素缺乏理性认知。可能存在的认知障碍在于：难以将“粘性”这一抽象性能与具体配比（如水分、淀粉量）建立定量关联；在测试时易满足于一次成功，缺乏主动优化迭代的意识。因此，过程评估设计将贯穿全程：通过导入提问诊断前概念；在探究环节观察记录学生的实验设计严谨性与数据记录习惯；在制作与测试环节，通过巡回指导关注学生遇到问题时的解决策略。教学调适策略将据此展开：为思维严谨性较弱的小组提供“变量控制提示卡”；为动手能力强的学生提供拓展性材料（如思考添加其他天然材料改良性能）；为全体学生搭建从“描述现象”到“分析原因”的表达支架，如提供“我发现……因为……”的句式。二、教学目标  知识目标：学生能解释自制淀粉糨糊的基本成分与黏合原理，理解水分、淀粉比例与黏合剂性能（粘性、干燥速度）之间的定性关系，并能用科学的语言描述其配制流程与测试结果。  能力目标：学生能够以小组为单位，遵循简易工程设计流程，合作完成一份“糨糊斗士”产品的设计、制作、测试与初步优化报告，重点发展制定简单实验计划、规范操作、观察记录及依据数据做出初步判断的能力。  情感态度与价值观目标：在反复测试与改进“糨糊斗士”的过程中，培养学生面对失败时的耐心与坚持，体验技术改进带来的成就感；在小组协作中，能积极倾听同伴意见，共同为达成团队目标而努力。  科学（学科）思维目标：重点发展“变量控制”与“迭代优化”的工程思维。学生能尝试在测试中识别影响黏合效果的关键变量，并有意识地进行调整；初步建立“产品性能需服务于特定需求”的设计思维。  评价与元认知目标：引导学生依据清晰的自评与互评量规，对小组的最终作品与过程表现进行评价；能够反思在制作过程中遇到的主要困难及采取的解决策略，说出“如果重做一次，我会在……方面改进”。三、教学重点与难点  教学重点：经历“设计制作测试优化”的简易工程实践循环，理解配比变化对黏合剂性能的影响。其确立依据在于，此过程是综合实践活动核心方法“设计与制作”的具象化体现，也是培养学生工程思维（系统思考、权衡优化）和实践创新素养的关键路径。它直接对接课标中“运用已有知识做出初步设计，并利用工具动手制作，在试验后改进”的能力要求。  教学难点：从定性经验迈向半定量分析，即依据测试结果，有理有据地调整配方以实现性能优化。预设依据源于学情分析：四年级学生的思维正从具体运算向形式运算过渡，主动设计对比实验、从数据中归纳规律存在跨度。常见表现是“我觉得多加粉就行”，但缺乏系统验证。突破方向在于提供结构化实验记录单和关键设问引导，如“你这次调整是为了改变它的哪个特性？怎么证明它确实改变了？”四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：教学课件（含黏合剂发展微视频、流程图示）、不同黏合剂（胶水、双面胶、成品浆糊）实物展示板。  1.2实验材料包（按组）：食用淀粉、冷水、热水、搅拌棒、带刻度的小烧杯或量筒、一次性塑料杯若干、酒精灯（或恒温水浴锅）、防护手套。  1.3测试材料包（按组）：不同材质纸片（打印纸、卡纸、宣纸）、小木片、布料边角料、砝码或回形针（用于简易承重测试）。  1.4学习工具：项目任务书、实验记录单（含配比表、性能测试观察记录区）、小组合作评价量规。2.学生准备  预习了解生活中常见的黏合剂，思考其优缺点；分组并确定初步角色（记录员、操作员、汇报员等）。3.环境布置  教室布置为46人合作小组的“工程工坊”模式；黑板划分出“问题区”、“探究区（配比性能关系图）”、“成果展示区”。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与冲突激发：“同学们，咱们教室的‘物品修复站’接到了紧急任务！”（展示一张脱页的旧书、一个开裂的纸盒）“看，这些都需要‘粘起来’。我这里有几样‘法宝’（展示胶水、双面胶、固体胶），它们都能粘，但对付不同的‘伤员’，是不是最好的选择呢？大家有没有想过，古人没有这些现成的胶水，他们用什么来粘东西？”2.驱动问题提出与旧知唤醒：在学生讨论后，播放简短视频，展示从动物胶、糯米浆糊到现代合成胶的发展。“今天，我们就化身‘小小黏合剂工程师’，回到一种非常经典的黏合剂——糨糊，但我们不是简单模仿，我们的使命是：研发并优化一款属于自己的‘糨糊斗士’！让它能在特定任务中表现出色。”“大家猜猜，用最普通的淀粉和水，我们能调出强大的‘糨糊斗士’吗？它的‘战斗力’由什么决定？”3.路径明晰：“要完成这个工程挑战，我们需要闯过三关：第一关，探秘配方，找到配比与性能的‘密码’；第二关，动手制作，根据任务需求制作我们的初代‘斗士’；第三关，测试优化，像真正的工程师一样，让它越变越强。我们先从最基本的科学探究开始。”第二、新授环节任务一：探秘“配方密码”——配比如何影响性能？1.教师活动：首先明确探究问题：“淀粉与水的比例如何影响糨糊的黏性和干燥速度？”教师演示标准配制方法（冷水调匀淀粉浆，缓缓倒入沸水并搅拌至透明糊状），强调安全与操作规范。随后，提出引导性问题：“如果我们想比较‘稠一点’和‘稀一点’的糨糊谁粘得更牢，该怎么公平地比？只改变一个条件，其他都相同，这个方法叫什么？”分发预制的不同配比（如淀粉:水=1:3,1:5,1:8）的糨糊样品给各小组，引导他们设计简易对比测试。“注意，我们不只是用手感觉‘粘不粘’，还要设计小实验来‘说话’。比如，用同样的纸、同样的糨糊量，粘好后挂重物，看谁坚持得久？”2.学生活动：回顾“控制变量法”。小组领取样品和测试材料，讨论并确定本组的测试方法（如粘合相同纸片后的承重测试、观察干燥时间等）。合作进行测试，在实验记录单上详细记录不同配比样品的测试现象与结果（如：1:3样品很稠，涂刷困难，粘合后初粘力强但纸易皱；1:8样品很稀，涂刷顺滑但粘合力弱，干燥慢）。3.即时评价标准：1.实验设计是否体现了“公平比较”（控制了哪些变量）。2.操作过程是否安全、有序，废弃物是否妥善处理。3.记录是否及时、准确，能否用对比性语言描述现象。4.形成知识、思维、方法清单：1.5.★核心原理：淀粉糊化是糨糊产生黏性的关键过程，热水促使淀粉颗粒膨胀、破裂。2.6.★变量关系：淀粉与水的比例是影响糨糊性能（粘稠度、初粘力、干燥速度）的核心变量。通常，淀粉比例越高，糊体越稠，潜在粘合力可能越大，但流动性和涂刷性变差。3.7.▲学科方法：控制变量法是进行科学对比实验的基础思维。“记住，一次只改变一个你想研究的因素，才能看清它到底起了什么作用。”4.8.◉实践认知：没有“万能”的最佳配比，性能之间常存在“权衡”（Tradeoff），如粘合力与涂刷便利性的矛盾，需根据使用需求取舍。任务二：定义“斗士”使命——明确产品需求1.教师活动：发布“客户需求单”：①修复精装书皮（需要粘合力强、干燥后平整）；②制作手工褶皱纸花（需要慢干、便于调整）；③粘贴轻质木片模型（需要一定的初粘力防止滑落）。“我们的‘糨糊斗士’不能是模糊的‘好’，必须要有清晰的‘作战目标’。请各小组选择一项‘使命’，讨论：完成这个任务，你最看重糨糊的哪个或哪几个性能指标？”2.学生活动：小组讨论，分析不同任务对黏合剂性能的侧重要求。例如，修复书皮可能最看重“最终粘合强度”和“不易使纸张变形”；制作纸花可能最看重“保持湿润时间长”、“易涂刷”。形成小组的《“糨糊斗士”设计需求简报》。3.即时评价标准：1.需求分析是否紧密结合任务情境。2.能否将模糊的“好用”转化为具体的性能指标描述。4.形成知识、思维、方法清单：1.5.★工程设计起点：任何产品或解决方案的设计，都应始于对用户需求的明确界定与分析。2.6.★性能指标：黏合剂的常见性能指标包括：初粘力、最终粘合强度、干燥时间、涂刷性、渗透性等。3.7.◉思维转化：从“我想做一个糨糊”到“我需要为某个特定任务制作一个具有特定性能特征的糨糊”，这是从制作到设计的关键思维跃迁。任务三：研制“初代斗士”——依据需求配制1.教师活动：基于任务一的探究结论和任务二的需求分析，指导学生制定初步配方。“现在，你们是研发工程师了。请根据你们选定的‘使命’，参考我们刚才的‘配比性能关系图’，商定一个初版配方。淀粉多少克？水多少毫升？打算用冷水还是热水？为什么？”巡回指导，重点关注小组决策是否有依据。“别忘了在记录单上写下你们的选择理由，这是工程师的研发日志。”2.学生活动：小组合作，商议并确定初始配比（如选择淀粉:水=1:4用于修复书皮，追求较强粘合力）。按照安全规程，协作完成初代“糨糊斗士”的配制。在记录单上准确记录配方和操作步骤。3.即时评价标准：1.配方决策是否与之前的需求分析、探究结论相关联。2.配制操作是否规范、安全，团队分工是否协调。3.记录是否完整、清晰。4.形成知识、思维、方法清单：1.5.★实践流程：配制淀粉糨糊的标准化流程：称量→冷水调浆→沸水冲烫→匀速搅拌至透明。2.6.★决策依据：将前期探究获得的“知识”（配比影响性能）应用于解决具体问题（满足需求），是学以致用的核心。3.7.▲安全规范：使用热水和加热器具时必须佩戴防护手套，搅拌时动作平稳，防止烫伤和飞溅。任务四：“实战”测试与问题诊断1.教师活动：组织各小组使用自制的初代产品，完成其所选定的任务进行测试。“‘是骡子是马，拉出来遛遛。’用你们的‘糨糊斗士’真正去执行任务吧！仔细观察：它完成任务顺利吗？效果理想吗？遇到了什么问题？”引导学生在测试中聚焦问题，例如：“粘书皮时，是不是涂得太厚反而让纸翘起来了？做纸花时，是不是干得太快还没来得及塑形？”“失败和问题不是终点，恰恰是工程师最宝贵的‘改进通知书’。”2.学生活动：小组应用自制糨糊进行真实任务操作。密切观察操作过程和最终效果，记录任何与预期不符或效果不佳的现象（如：粘不住、干得太快、涂抹不均、纸张严重变形等）。尝试初步分析问题可能的原因。3.即时评价标准：1.测试过程是否认真观察，能否准确描述产品在实际应用中的表现。2.能否将“效果不好”的具体现象，与糨糊的某项性能指标联系起来进行初步归因。4.形成知识、思维、方法清单：1.5.★核心概念：测试是检验设计是否满足需求的唯一标准。2.6.★问题诊断：性能缺陷（如粘合力不足）可能源于配比不当（淀粉太少）、糊化不完全（水温不够或搅拌不足）或操作方法有误（涂布量不当）。3.7.◉科学态度：正视测试中的问题，将其视为宝贵的反馈信息而非单纯的失败，是科学探究与工程实践必备的态度。任务五：优化迭代——“斗士”升级计划1.教师活动：主持“工程优化研讨会”。引导各小组分享测试中发现的问题。“针对这些问题，我们的‘斗士’如何升级？是调整配比，还是改进操作方法，或者……我们能不能大胆创新，尝试加入一点点其他‘秘密材料’（如少量盐、糖）来改变性能？当然，任何改变都需要理由和（如果时间允许）验证。”提供“优化策略提示卡”：A.微调配比；B.改变水温或搅拌方式；C.添加极少量其他物质（需说明假设）。“记住，优化是一个循环过程。有了新想法，就可以制作‘二代产品’，然后再次测试。”2.学生活动：小组基于测试反馈，讨论优化方案。形成具体的“优化计划”：打算调整哪个或哪些因素？调整的方向是什么（如增加淀粉量5%）？预期改善哪方面性能？记录优化思路。若时间允许，可进行快速验证。3.即时评价标准：1.优化方案是否针对已发现的具体问题。2.提出的调整是否有合理的解释或假设。3.能否理解优化是一个持续的过程。4.形成知识、思维、方法清单：1.5.★工程思维精髓：基于测试反馈的迭代优化是工程设计的核心循环。设计制作测试优化，循环往复，直至逼近目标。2.6.▲创新思维：在基础配方上进行合理化、有依据的改良（如添加少量食盐可能影响干燥速度），是技术创新的萌芽。3.7.★元认知提示：“回顾一下，我们从拿到任务到计划优化，经历了哪些步骤？这个‘流程’本身，是不是比做出一瓶完美的糨糊更有价值？”第三、当堂巩固训练  设计分层、聚焦应用的巩固任务：1.基础层（全体必做）：请你担任“技术顾问”，向一位想用糨糊粘贴海报的同学提出三条关键建议，并说明理由。（考查核心知识迁移）2.综合层（小组协作）：各小组基于今天的全过程，完成一份简短的《“糨糊斗士”项目简报》，需包含：①产品使命；②初代配方及理由；③测试主要发现；④优化计划。“看哪个小组的简报最像一份专业的工程报告！”3.挑战层（个人或小组选做）：提出一个关于改良淀粉糨糊性能的大胆假设（例如：加入少量____可能使其更具____性），并设计一个极其简单的验证实验思路。  反馈机制：基础层建议通过同桌互评交流；综合层简报选取23组进行全班展示，师生依据“表述清晰、有据可循、反思深入”等要点进行点评；挑战层想法由教师快速浏览，给予鼓励性评价和课外探究建议。第四、课堂小结  “同学们，今天我们的‘糨糊斗士’可能还没有达到完美，但我们收获了一个更强大的‘思维斗士’！”引导学生共同梳理：1.知识整合：师生共同完善黑板上的“探究区”图表，形成从“配比”到“性能”再到“应用需求”的关联网络图。2.方法提炼：“今天我们像工程师一样工作，经历了怎样的完整流程？”（明确需求→探究原理→设计制作→测试反馈→优化迭代）。“这个流程，未来我们可以用它来设计一座桥、一个程序，甚至策划一次班级活动。”3.作业布置与延伸：  必做作业：完善课堂上的《项目简报》，并尝试在家中使用安全材料，实施你们的“优化计划”，记录结果。  选做作业（二选一）：①调研一种生活中其他常见的天然或传统黏合剂（如糯米胶、鱼胶），了解其历史和原理。②思考：如果你发明的“糨糊斗士”想作为产品推出，除了性能，还需要考虑哪些因素？（如成本、包装、环保性）  “期待下次课，分享你们‘升级版斗士’的传奇故事！”六、作业设计基础性作业：  1.完成并上交《“糨糊斗士”项目简报》，要求内容完整、记录真实。  2.向家人解释为什么不能用冷水直接冲淀粉来制作强效糨糊。拓展性作业：  1.执行家庭优化实验：在保证安全的前提下，根据课堂计划调整配方，重新制作一小份糨糊，并用于粘合家中简单的纸质物品（如便签），比较与初代产品的使用感受，用照片和简短文字记录。  2.收集3种不同商品的胶水（如液体胶、固体胶、白乳胶），观察其外包装上的说明，比较它们各自宣称的适用材料和特点。探究性/创造性作业：  设计一个创意海报或思维导图，主题为“如果‘糨糊斗士’要开一家公司”。需包含：公司名称、产品标语、主推的12个特色产品（针对不同需求）、一项环保承诺或创新点。形式不限，鼓励图文并茂。七、本节知识清单及拓展1.★淀粉糊化：淀粉在热水中膨胀、破裂，形成具有黏性的胶体溶液的过程。这是自制糨糊黏性的根本来源。（教学提示：可用“爆开的淀粉颗粒像无数小钩子”来形象比喻。）2.★变量与控制变量法：影响实验结果的因素叫变量。进行对比实验时，每次只改变其中一个要研究的变量（自变量），其他变量保持相同，以观察该变量对结果（因变量）的影响。这是科学探究的基石。3.★配比与性能关系：淀粉与水的质量比例直接影响糨糊的粘稠度、粘合强度和干燥速度。高淀粉比例通常意味着更稠、潜在粘合力更强但涂刷性差；低比例则相反。（认知说明：这是定性关系，非精确数学比例。）4.★工程设计流程（简化版）：明确需求/问题→调查研究→设计方案→制作模型→测试评估→改进优化。这是一个非线性的、可循环迭代的过程。5.▲用户需求分析：在设计任何产品前，必须清楚“为谁设计”和“解决什么具体问题”。需求决定了产品的性能指标优先级。6.▲性能指标：用于衡量产品功能的可描述、可比较的参数。对于黏合剂，常见指标包括初粘性、持粘性、干燥时间、耐水性等。7.◉黏合剂简史：人类使用天然黏合剂（如动物皮胶、植物树脂、淀粉糨糊）已有数千年历史。现代合成胶粘剂是20世纪的产物。了解历史有助于认识技术发展的脉络。8.◉技术权衡（Tradeoff）：在工程设计中，改善某一性能常会导致另一性能的下降。例如，追求极高粘合力可能导致产品变稠、难以涂布。设计师需要根据核心需求做出取舍。9.★迭代优化：基于测试结果反馈，对产品进行针对性修改，并再次测试，如此循环，使产品性能不断逼近目标。“没有最好，只有更好”的工程体现。10.▲实验记录的重要性：详细、准确的实验记录（配方、步骤、现象、数据）是分析问题、追溯过程和分享成果的依据，是科学工作的良好习惯。11.◉安全规范：涉及加热、化学品（即便如淀粉）的操作，必须遵守安全规程，如佩戴防护用具、规范使用加热源、保持环境整洁。12.▲从产品到商品：一个成功的发明要成为商品，还需考虑成本、规模化生产、包装、运输、环保、用户说明书等诸多非技术因素。（此为拓展思维点。）八、教学反思  （一）目标达成度分析：本节课预设的知识与能力目标基本达成。学生能清晰表述糊化原理与配比影响，并能在《项目简报》中展现从需求到优化计划的完整思维链条。情感目标在小组热烈讨论“优化方案”和应对外观不完美的作品时得到显著体现，学生表现出值得肯定的韧性与合作精神。“当看到孩子们因为‘纸花没做成’而皱眉，却又立刻围在一起讨论‘是不是该加点糖延缓干燥’时，我知道，科学探究的种子正在萌发。”元认知目标通过最后的流程梳理环节实现，但深度有待加强，部分学生仅能复述步骤，对“为何需要这个流程”理解不深。  （二）环节有效性评估：导入环节的“修复站”情境与驱动问题成功激发了学生的角色代入感和探究欲。主体环节的五个任务逻辑递进性强，但时间分配面临挑战：任务一（探究配比）因涉及设计测试，耗时超出预期；任务五（优化讨论）则因时间所限，未能让所有小组充分展开，略显仓促。“理想中希望每个小组都能经历‘再制作、再测试’的完整迭代，但课堂40分钟终究是场与时间的赛跑。”巩固训练的分层设计有效关照了差异，简报分享环节形成了高质量的同伴互学。  （三）学生表现深度剖析：在差异化方面，观察发现：约三分之一的学生（多为善于逻辑思考者）能迅速建立配比与性能的关联，并提出有见地的优化假设；约半数学生能在小组讨论和结构化工具的帮助下跟随并理解这一过程；另有少数学生兴趣点更多地停留在“搅拌、涂抹”的