浮力的秘密：设计与制作一艘能载重的小船

浮力的秘密：设计与制作一艘能载重的小船一、教学内容分析  本课隶属于小学科学与综合实践活动交叉领域，针对小学一年级上学期学生设计。其核心是引导学生通过工程设计与制作，初步建立对“浮力”这一科学概念的感性认识，并实践简单的“设计制作测试改进”工程流程。从《义务教育科学课程标准（2022年版）》看，本课紧密对应“物质科学领域”中“物体具有一定的特征、材料具有一定的性能”以及“技术与工程领域”中“工程的关键是设计”的学段目标。知识技能上，学生需理解“有些材料能漂浮在水面上”这一现象，并关联“形状”对漂浮能力的影响；过程方法上，学生将亲历“提出问题作出假设动手制作观察现象得出结论”的迷你探究循环，并体验为达成特定功能（载重）而进行的设计与优化；素养价值上，本课旨在呵护儿童与生俱来的好奇心，培养其基于证据的初步科学思维、动手解决问题的实践能力，以及在小组协作中倾听与分享的合作精神。这为后续学习更复杂的物质特性及工程系统奠定了直接的认知与情感基础。  一年级学生处于具体形象思维阶段，对“沉浮”现象有零散的生活经验（如玩水、玩玩具船），但普遍未进行过系统观察与有目的的探索。其优势是好奇心强、乐于动手；障碍在于注意力持续时间有限，动手操作精细度不足，且容易将“轻”与“浮”直接等同，存在“大的、重的物体一定会沉”的前概念。因此，教学必须提供大量直观、可操作的具身体验，将抽象原理转化为“看得见、摸得着”的船体制作活动。课堂将通过“猜想验证”记录单、观察学生操作过程、聆听小组讨论等形成性评价手段，动态诊断学生的概念理解与思维过程。针对不同层次学生，将提供差异化的支持：为操作较弱的学生准备部分预加工材料或合作机会；为思维较快的学生提出进阶挑战，如“如何让船装更多硬币？”并鼓励其用图画或简单符号记录设计思路。二、教学目标  知识目标：学生能够识别生活中常见的漂浮材料（如泡沫、塑料），并通过制作活动直观感知“材料的漂浮特性”与“物体的形状”共同影响了其在水中的沉浮状态，能够用自己的语言解释“为什么我的船能浮起来”。  能力目标：学生能够像小工程师一样，遵循“设计制作测试”的基本流程，使用提供的工具安全地加工材料，合作完成一艘能够稳定漂浮并承载至少一枚硬币的小船模型，并能在测试后提出一条简单的改进想法。  情感态度与价值观目标：学生在探究活动中保持旺盛的好奇心与求知欲，在小组合作中愿意分享材料、交流想法，面对“沉船”的失败时能以积极心态尝试调整，初步体会动手创造和解决问题的乐趣。  科学思维目标：学生经历基于观察的预测（猜想哪些材料会浮）、在动手实践中获取证据（测试船能否浮和载重），并依据证据对最初的设计进行反思与调整的初级科学思维过程，初步建立“实践出真知”的意识。  评价与元认知目标：学生能够依据“能浮起来、能装硬币”这两个基本标准，对自己的和小伙伴的作品进行简单的“好”或“需要改进”的判断，并能在教师引导下回顾制作过程，说出“我今天先做了什么，再做了什么”。三、教学重点与难点  教学重点在于引导学生动手实践，亲历从选择材料到制作成船，再到测试优化的完整过程，从而建构“利用不会沉的材料并通过合理设计（如形状）可以制作出能载重的漂浮物”这一核心经验。其确立依据源于课标对低年级学生“在动手做和游戏中学科学”的明确要求，以及本单元通过系列实践活动培养学生工程思维与实践能力的整体设计。此过程是融合知识应用、技能训练与思维发展的枢纽。  教学难点在于学生如何将“材料漂浮”的认知迁移并应用到“设计一个具有合适形状的船体”这一创造性任务中。难点成因在于一年级学生的空间构想能力和手眼协调能力尚在发展中，将想法转化为可行作品存在跨度。同时，他们可能难以理解为什么同样一块材料，捏成实心球会沉，而展开成碗状却能浮。突破方向在于提供丰富的范例观察和分步搭建的“脚手架”，让学生“在做中学”，在试错中调整。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含各种船只图片、微视频）、实物投影仪。1.2实验器材：1.材料箱（每组一份）：包含泡沫板、塑料碗、铝箔、橡皮泥、回形针、吸管、油泥等。2.测试水槽（大型透明整理箱，46组共享一个）。3.工具：安全剪刀、胶带、毛巾。4.载重物：一元硬币（若干）。1.3学习资料：“我的小船设计图”记录单（含“我猜它能浮吗？”√/×、“我的设计（画图）”、“测试结果”、“我的新想法”等栏目）。2.学生准备2.1知识经验：有玩水、玩积木或橡皮泥的经验。2.2物品与心理：穿戴适合动手操作的服装，做好“可能会弄湿一点”的心理准备和探索发现的好奇心。3.环境布置3.1座位安排：46人异质分组围坐，便于合作与材料共享。3.2板书记划：预留核心问题区、关键词区（浮、沉、材料、形状）及作品展示区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与认知冲突：“同学们，快看老师手里这两样东西！这个橡皮泥球，我把它放进水里——哎呀，沉下去了！可是，我把同样这块橡皮泥轻轻压扁、捏出个小碗的形状，再放进水里——瞧，它浮起来了！这是怎么回事呢？”（通过同一材料不同形状导致不同结果的强烈对比，瞬间抓住学生注意力。）2.提出问题与联系生活：“形状居然有这么神奇的魔力！那么，如果我们想造一艘真正能载东西的小船，比如运载一些‘宝藏’（出示硬币），我们该选什么材料？又该把它做成什么样子呢？”（引出核心驱动问题。）“今天，我们都要变身成为小船设计师，用这些不会沉的材料，挑战制作一艘能运载‘宝藏’的超级小船！”3.明晰路径：“要完成这个挑战，我们先要当好‘材料侦察兵’，认识我们的‘建材’；然后画出设计图，就像真正的工程师一样；接着动手制作，进行‘下水试航’；最后根据测试结果，开动脑筋想一想怎么让我们的船更棒！”（勾勒学习路线图，明确任务阶段。）第二、新授环节任务一：材料侦察兵——初探漂浮特性教师活动：“大家先别急，我们先来当一回‘材料侦察兵’。”教师举起各种材料，“看看这些老朋友，谁有本事能一直漂在水上？我们来猜一猜，然后把你的猜测画在记录单的‘猜想’栏里。”随后，教师演示将泡沫板、塑料片、铝箔纸等直接平放入水槽，引导学生观察。“哦，泡沫不管怎样都浮着，真是‘浮力勇士’！铝箔纸呢？轻轻放上去是浮的，但我们如果把它揉成一团呢？——看，沉了！这说明了什么？”（引导从材料特性关注到形状影响。）学生活动：观察教师演示，并在小组内传看、触摸材料。在记录单上用自己的方式（打勾、画笑脸等）记录对每种材料能否漂浮的猜想。集中观看演示实验，对比猜想与实际结果，发出惊叹并初步交流发现。即时评价标准：1.是否能积极参与观察和触摸材料，表现出好奇。2.能否在记录单上完成猜想记录（无论对错）。3.观看演示时，是否能关注到“同种材料，形状改变后沉浮可能改变”的现象。形成知识、思维、方法清单：1.★核心概念感知：像泡沫、塑料这类材料，本身就有很好的漂浮特性，是制作小船的好帮手。2.★关键发现：物体的沉浮不仅和用什么材料有关，还和它的形状大有关系！平铺的铝箔能浮，揉成团却会沉。3.科学方法初体验：先根据经验“猜一猜”（作出假设），再通过实验“看一看”（检验验证），这是科学探究的重要起步。4.▲思维引导点：“看来，选对材料只是第一步，我们还得给它设计一个能浮起来的‘身体’形状才行呢！”任务二：我的创意蓝图——设计小船草图教师活动：“现在，请各位小设计师开动脑筋！你想用哪几种材料？打算把你的小船做成什么模样？是胖胖的货船，还是尖尖的快艇？”教师展示几种不同船型的图片启发思路。“请把你的绝妙想法画在‘我的设计图’区域，可以简单涂色。画完后，和同桌小声说说你为什么这样设计。”教师巡视，对富有创意的设计给予具体表扬：“你这个船底这么大，是想多装货吗？真有想法！”学生活动：独立构思并绘制小船设计草图。此过程不要求绘画精细，重在表达想法。完成后与同伴进行初步交流，分享自己的设计意图。即时评价标准：1.设计图中是否包含了选用的主要材料（可用符号或颜色表示）。2.设计的船体是否有明显的“容器”或“中空”特征（反映出对浮力形状的初步思考）。3.能否向同伴简单描述自己的设计想法。形成知识、思维、方法清单：1.★工程思维起点：动手制作前先进行设计规划，这是工程师工作的关键一步。2.应用迁移：将刚才观察到的“能浮的形状”（如碗状、平底）的感性认识，尝试运用到自己的创意设计中。3.表达与交流：用图画表达抽象想法，并用语言进行阐释，是综合实践能力的重要组成。4.▲教师支持策略：对无从下笔的学生，可提供简单形状模板（如一个椭圆形）让其添加细节，降低起点。任务三：巧手造船厂——合作制作模型教师活动：“蓝图绘好，造船厂开工啦！请大家以小组为单位，选择合适的材料，按照设计图（或你们商量好的新方案）开始制作。记住：安全使用剪刀，胶带要粘牢固，船体要尽量密封，不让水轻易进去哦。”教师巡回指导，针对不同小组提供差异化支持：对遇到困难的小组，提示“看看能不能把底部做得平一些、大一些？”；对进展顺利的小组，挑战他们：“试试能不能让你的船边更光滑，减少水的阻力？”学生活动：小组合作，分工进行裁剪、折叠、粘贴、捏塑等操作，将设计图转化为实体小船模型。过程中可能会根据材料特性和操作实际，动态调整最初的设计。即时评价标准：1.能否安全、恰当地使用工具处理材料。2.小组内是否有简单的分工与合作（如一人扶着一人粘）。3.制作过程是否围绕“让船能浮起来”的目标进行。形成知识、思维、方法清单：1.★技能发展：练习使用简单工具对材料进行切割、连接、塑形，发展手部精细动作与空间操作能力。2.★合作学习：在真实任务中体验分工、协商、互相帮助的必要性与乐趣。3.问题解决：面对材料不听话、胶带粘不住等实际问题，尝试寻找解决办法，是工程实践的核心。4.▲安全与规范：安全操作工具、保持工作区域相对整洁，是贯穿始终的习惯养成要点。任务四：激动人心试航——测试与初步优化教师活动：“最紧张的时刻到了！请各小组派代表，轻轻地将你们的小船放入‘港口’（水槽）进行第一次试航。”组织有序测试。“先看它自己能浮稳吗？好，现在开始加载‘宝藏’！”教师分发硬币，引导学生一枚一枚轻轻放入。“哇，这艘船已经装了3枚硬币了，还在坚持！大家发现了吗，硬币要尽量分散放，放在小船中间，这样才平稳。”对于迅速倾覆或下沉的小船，引导式提问：“别灰心，小船设计师们，快找找原因！是哪里进水了？还是一边太重了？我们怎么紧急救援，现场改进一下？”学生活动：屏息凝神观察自己小组和别组的船只试航。亲手进行载重测试，并计数。对于不成功的作品，小组立即讨论原因，并尝试用剩余材料进行快速修补和调整（如加固边缘、调整配重）。即时评价标准：1.测试操作是否轻柔、有序。2.能否观察并说出自己小船在测试中的表现（浮得稳不稳、能装几枚硬币）。3.面对“失败”时，是放弃还是积极寻找原因并尝试调整。形成知识、思维、方法清单：1.★核心概念应用：通过载重测试，直观检验并深化对“浮力”与“稳定性”的理解。稳定性与船底面积、重心位置有关。2.★工程迭代意识：测试不是为了得到一个“对”的答案，而是为了发现问题。根据测试结果进行即时调整和优化，这就是“设计制作测试改进”循环的核心。3.数据意识萌芽：用硬币数量作为粗略的“载重能力”量化指标，进行比较和判断。4.▲韧性培养：将“失败”重构为学习的宝贵机会和工程过程的必然环节，培养抗挫折能力和成长型思维。第三、当堂巩固训练  本环节采取分层展示与挑战的形式进行巩固。1.基础层（全体参与）：“请所有成功下水并至少承载了一枚硬币的小船，停泊到我们的‘成功港口’（指定水槽区域）进行展示！”学生集体观察，教师引导学生找出成功小船的共性：“大家看，这些成功的小船，是不是底部都比较宽阔、平整？就像一个稳稳的托盘。”2.综合层（小组挑战）：针对已成功的小组，提出进阶任务：“现在，请这些成功的小船接受‘风浪挑战’！”教师用手在水槽边沿制造微小波浪。“看看谁的船在晃动的水里依然稳固？想想为什么？”引导学生关注船只稳定性与船体深度、边缘高度的关系。3.挑战层（个人或小组选做）：鼓励学有余力的学生尝试：“有没有小设计师想挑战用‘问题材料’（如原本认为会沉的油泥）也做一艘能浮的船？或者，为你现有的小船设计一个船帆或船舱？”提供少量额外材料供其课后或自由活动时间探索。  反馈机制：通过“成功港口”的集体观摩，进行同伴互学；教师针对不同层次的展示进行点评，特别表扬在优化环节有突出表现的小组；将一艘因调整而由沉变浮的船作为典型案例，请小设计师分享“救援”心得。第四、课堂小结  “今天的造船之旅真是太精彩了！我们来一起回忆一下，我们经历了哪些了不起的步骤？”教师引导学生共同梳理，并形成简图板书：选材料→画设计→动手做→下水试→改一改。“看，这就是我们小工程师的工作流程图！哪位同学愿意分享，你今天最大的发现或最开心的一刻？”（引导学生进行情感与认知的反思。）“课后，我们的探索还可以继续：你可以观察生活中还有哪些物体利用了浮力（必做）；和爸爸妈妈讲讲你的小船故事（必做）；如果你还想挑战，试试用一张A4纸造一艘能承重的小船（选做）。下节课，我们将带着这些宝贵的经验，去探索浮力还能帮助我们做什么！”六、作业设计1.基础性作业（必做）：1.2.观察家：在家里找一找，哪些物品像泡沫一样可以漂浮在水盆里（如塑料玩具、木筷），哪些会沉下去（如钥匙、石头），并说给家长听。2.3.讲述家：向家人展示你的小船设计图，并讲述你是如何制作和测试它的。4.拓展性作业（选做，鼓励完成）：1.5.改良家：根据课堂测试和想法，利用家里的安全材料（如纸盒、瓶盖），优化或重新制作一艘小船，下次课带来进行“升级版”测试。6.探究性/创造性作业（选做）：1.7.挑战家：尝试用一张完整的A4纸（不增加其他材料，可以使用折叠、剪裁等方法），制作一艘能承载至少一枚硬币的小船，并探索如何让它承重更大。七、本节知识清单及拓展1.★浮力：水会对水中的物体产生一个向上托的力，这个力就是浮力。我们的船能漂在水上，就是因为水的浮力托住了它。2.★漂浮材料：像泡沫、塑料、木头等材料，密度比水小，本身就容易漂浮，是制作漂浮物的好选择。3.★形状的影响：物体的形状能大大改变它受到的浮力。把材料做成碗状、船型（中空、底部宽大），可以排开更多的水，获得更大的浮力，所以即使像橡皮泥、铝箔这样的材料，改变形状后也能浮起来。4.稳定性：小船要稳稳地浮在水面不歪倒，需要底部宽阔平整，装载的“货物”（重物）要尽量放在船体中间并分散开，保持重心平稳。5.工程设计流程：做一个工程作品，一般会经历“明确问题→设计想法→制作模型→测试评估→改进优化”几个步骤。今天我们体验了一个简化的完整循环。6.▲浮力应用：浮力在生活中的应用非常广泛，除了船只，还有游泳圈、浮标、潜水艇（通过改变自身重量实现沉浮）等。7.▲失败的价值：在科学探索和工程制作中，“失败”的测试往往比一次成功的测试更有价值，因为它能告诉我们问题在哪里，指引改进的方向。敢于试错、善于反思非常重要。八、教学反思  （本反思基于假设的课堂教学实况展开）本节课总体上成功地将STEM理念转化为一年级学生可感、可操作的探究活动，教学目标基本达成。学生始终保持着高昂的热情，在“造船”这一核心任务的驱动下，有效地经历了从材料探索、创意设计到制作测试的完整过程。从“猜想记录单”的填写和最终作品的展示来看，绝大多数学生能够建立“特定材料+合适形状=成功漂浮载重”的直观经验，突破了“重就沉”的前概念。  各教学环节的有效性评估如下：导入环节的“橡皮泥变形记”迅速制造认知冲突，效果显著。新授环节的四个任务环环相扣，任务一的“材料侦察兵”奠定了知识基础，但部分学生在区分“材料特性”与“形状影响”时仍有混淆，需在巡视中加强个别指导。任务二的绘图设计给予了学生宝贵的构思时间，避免了盲目动手，但需接受学生设计图的“抽象性”，重点评价其思路而非画工。任务三是高潮也是难点，小组合作差异明显：有的组分工有序，高效完成；有的则陷入争抢或停滞。这提示未来需在分组策略和合作规则建立上做更细致的课前铺垫，例如设立“材料管理员”、“首席测试官”等角色。任务四的测试与优化是素养提升的关键点，看到学生因小船沉没而皱眉，又因通过粘贴一块泡沫成功“救援”而欢呼时，我深知工程思维与抗挫力正在悄然生长。“当时我想，如果我能提前准备一些‘快速修补包’（如小块泡沫、胶带段