奇妙的材料变形记-四年级上册综合实践活动“材料加工”项目式学习设计

奇妙的材料变形记——四年级上册综合实践活动“材料加工”项目式学习设计一、教学内容分析  本课隶属小学综合实践活动课程范畴，聚焦“技术设计与制作”领域，其设计深度契合《中小学综合实践活动课程指导纲要》精神。课程旨在引导学生通过亲身实践，认识常见材料的简易加工方法，体验“设计制作改进”的完整过程，从而培养初步的技术意识、工程思维和解决问题的能力。从知识技能图谱看，核心在于理解“材料加工”是改变材料形态、属性以服务于特定需求的过程，关键技能涵盖安全使用工具（如剪刀、胶枪）、掌握基本加工技法（如剪切、折叠、粘贴、连接），并能在简单设计图的指引下进行物化实践。本课承上启下，既是对前期观察、认识材料的深化，也为后续更复杂的项目制作奠定方法论基础。在过程方法路径上，本课强调“做中学”与“研中学”，将科学探究中的“提出问题设计方案实施验证评价改进”流程，转化为适合四年级学生的“明确任务讨论方法动手制作展示优化”的简化版工程实践循环，使学科思想方法可感可知。就素养价值渗透而言，课程内容蕴含丰富的育人价值：在安全规范操作中培养严谨负责的科学态度；在小组协同设计与制作中培育合作精神与沟通能力；在将创意转化为实物的过程中激发创新意识与审美情趣，实现劳动教育、技术教育、审美教育的有机融合。  针对四年级学情，需进行立体化诊断与对策预设。已有基础与障碍方面，学生已具备对不同材料（纸、木、塑料）的直观感知，生活中有过简单手工制作经验，兴趣浓厚。但可能存在以下障碍：对“加工”的系统性认知不足，易停留于随意拼贴；工具使用规范性欠缺，存在安全隐患；从二维设计到三维实物的空间转换能力较弱；在合作中易出现分工不明或争论。过程评估设计将贯穿课堂始终：通过导入环节的提问观察前概念；在新授环节通过巡视检查操作规范、聆听小组讨论获取理解与协作信息；通过作品展示与自评互评评估目标达成度。教学调适策略需体现差异化：对动手能力较弱的学生，提供步骤拆解更细的“助学锦囊”或预制部分部件；对思维活跃、学有余力的学生，设置“优化挑战”，引导其思考材料连接方式的牢固性与美观性，或尝试使用新材料；普遍加强安全教育与操作示范，通过“安全监督员”角色分配强化全员规范意识。二、教学目标  知识目标：学生能够理解“材料加工”是为了实现特定功能而改变材料形态的过程，能举例说明至少三种常见材料（如卡纸、木棒、塑料片）的适宜加工方式（如剪、折、粘），并说出其简易工具（剪刀、美工刀、胶枪）的安全使用要点，建构起“材料方法工具安全”的关联性认知。  能力目标：学生能够以小组为单位，阅读简易示意图，协商制定制作计划，并安全、规范地使用工具，综合运用剪切、折叠、粘贴等技法，合作完成一个具有一定结构稳定性和功能性的指定主题作品（如“承重桥模型”），初步展现计划与执行的能力。  情感态度与价值观目标：在实践活动中，学生能表现出对材料加工活动的浓厚兴趣与探究欲，在小组合作中认真倾听同伴意见、积极承担分配任务，养成安全操作、爱护工具、节约材料的良好习惯，并在作品展示中乐于分享、欣赏他人创意。  科学（学科）思维目标：重点发展学生的简易工程思维与迭代优化意识。引导其经历“明确需求（做什么）分析材料（用什么）选择方法（怎么做）实践验证（做出来）测试改进（好不好）”的思维过程，学会根据测试结果（如承重测试）反思设计制作环节，提出至少一条改进设想。  评价与元认知目标：引导学生依据清晰量规（如结构稳固、粘贴牢固、外观整洁）对小组及他人作品进行评价；鼓励学生在活动结束后，通过“制作过程回放”简图，反思小组合作效率与个人技能掌握情况，识别“我最成功的步骤”与“下次可以改进的地方”。三、教学重点与难点  教学重点：安全、规范地使用工具对常见材料进行基本加工，并合作完成一件结构稳定的作品。确立依据：综合实践活动课程指导纲要强调实践能力与安全意识的奠基性，此点是“技术设计与制作”领域的核心技能，是学生将创意转化为现实、开展更复杂项目的前提，直接关系到实践活动的成效与安全底线。  教学难点：将二维设计构想转化为三维实体，并在制作过程中根据实际情况（如材料强度不足、连接不牢）进行动态调整与优化。预设依据：基于四年级学生空间思维和工程思维尚处发展阶段，从“想”到“做”存在认知与实践的跨度。常见困难表现为作品结构松散、易垮塌，或遇到问题不知如何解决。突破方向在于提供结构清晰的范例、搭建“尝试观察调整”的思考支架，并强化过程性指导。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含加工方法微视频、安全操作动画、主题任务情境）；“承重桥”示范模型（不同结构）；工具使用规范挂图。1.2材料与器材：分组材料包（不同厚度卡纸、冰棍棒、塑料吸管、棉线）；安全工具（圆头安全剪刀、白乳胶、双面胶、胶枪（教师主导使用））；承重测试砝码（如象棋或专用小砝码）。1.3学习支持材料：分层任务卡（基础版含详细步骤图，挑战版仅提供主题与要求）；小组合作评价量规表；“我的制作日记”学习单。2.学生准备2.1预习与物品：课前观察家中物品由哪些材料、通过什么方式连接而成；穿戴适合劳动的服装，女生束起长发。2.2分组与角色：4人异质小组，课前分配好“材料员”、“操作员”、“记录员”、“安全员”角色（可轮换）。3.环境布置3.1座位安排：小组围坐式，中间预留作品制作与展示空间。3.2板书记划：分区规划：核心问题区、方法要点区、作品展示区（含评价标准）。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题激发1.1呈现挑战：“孩子们，请看老师手里这张A4纸。如果我不折叠、不裁剪，直接平铺在两个桥墩上，它能承受住这支笔的重量吗？”（演示，纸下垂）“看来不行。那么，如果我们允许对这张纸进行‘加工’——也就是改变它的样子——你们有没有办法，让它变成一座能稳稳托住这支笔的‘小桥’呢？开动脑筋，方法可能不止一种哦！”1.2引出核心问题：从学生的奇思妙想（如折叠、卷成纸管）中总结：“看，仅仅是改变形状，纸的承重能力就发生了奇妙的变化！这就是‘材料加工’的魅力。今天，我们就要像小小工程师一样，面对一个真正的挑战：利用分发给你们的各种材料，小组合作，加工制作出一座既坚固又美观的‘承重桥模型’。我们的核心问题是：如何通过合适的加工方法，让平凡的材料变得‘有力’又‘有型’？”1.3明晰学习路径：“要解决这个问题，我们需要闯三关：第一关，安全关——学会和工具做朋友；第二关，方法关——探索让材料变形的秘诀；第三关，实践关——合作把蓝图变成现实。最后，我们还要举办一个‘桥梁博览会’，比一比谁的作品最棒。先回忆一下，你们以前都用哪些方法处理过纸、木棍这些材料？”第二、新授环节任务一：签订“安全契约”，认识工具伙伴教师活动：首先，播放一段活泼的动画短片，展示不正确使用工具导致的后果（如剪刀对着人、胶枪烫伤），引发学生重视。“安全是探索的第一原则！”接着，实物结合挂图，逐一介绍今天的主要“工具伙伴”：安全剪刀、白乳胶、双面胶，重点演示握持姿势、取用和归位规范。对于胶枪，明确此为“教师辅助工具”，学生需在教师监督下使用。“请大家跟我一起做：剪刀用完，合上刀口，手柄朝外递给同学；胶水涂抹，适量一点，就像挤绿豆大小。”随后，发起“安全契约”宣誓活动，带领学生朗读简易安全守则，并任命每组“安全员”佩戴标识，负责监督。学生活动：认真观看动画，识别危险行为。跟随教师模仿工具的安全持握与传递方法。参与安全宣誓，强化记忆。小组成员相互检查工具摆放是否合规，“安全员”进入角色。即时评价标准：1.能否准确指出动画中的不安全操作。2.工具持握与传递姿势是否规范。3.“安全员”能否在组内及时提醒同伴。形成知识、思维、方法清单：★工具安全是实践活动的生命线，必须前置并反复强化。★规范操作习惯：从第一次接触就开始培养，如“递剪刀，柄朝外”。▲风险预判意识：通过动画情境，引导学生不是被动遵守规则，而是理解规则背后的原因，主动规避风险。教师提示：安全要求需贯穿课堂始终，教师的巡视指导应首先关注安全。任务二：解构范例，探究“加工”秘籍教师活动：出示两座结构不同的“承重桥”示范模型（如平板桥与拱桥），引导学生观察。“请大家做个小侦探，仔细观察：1.这两座桥分别用了哪些材料？2.这些材料原来的样子（如平直的冰棍棒）是怎样被改变形状的？看看谁能找到三种以上的加工方法。”在学生发现后，板书关键词：剪切、折叠、卷曲、粘贴、捆绑。“为什么要把纸卷成纸管？为什么桥墩要粘成三角形？这里面藏着材料变‘有力’的科学呢！”播放简短视频，直观展示不同形状（平板、拱形、柱体）承重能力的差异，将感性观察引向初步原理感知。学生活动：小组近距离观察模型，触摸、讨论，填写学习单上的观察记录。积极发言，分享发现的加工方法。观看视频，将“形状改变”与“能力变化”建立联系，发出“原来如此”的感叹。即时评价标准：1.观察是否细致，能否找到至少三种明确的加工方法。2.能否用语言描述材料“加工前”和“加工后”的状态变化。3.是否对形状与承重的关系表现出探究兴趣。形成知识、思维、方法清单：★材料加工的本质是改变材料的形态（形状、组合方式）以实现特定功能。★常见加工方法体系：针对不同材料特性，选择剪切（分离）、折叠（改变角度）、卷曲（增加厚度）、连接（粘贴、捆绑）等。▲初步的力学感知：形状影响结构强度，如三角形具有稳定性，拱形能将压力分散。教师提示：此环节不要求深度理解力学原理，重在建立直观经验，为设计提供启发。任务三：共绘蓝图，设计我们的“桥”教师活动：发布正式项目任务——“制作一座跨度不少于15厘米，能稳定承重至少5枚象棋的桥模型”。提供基础版（含几种参考桥型示意图）和挑战版（仅给出参数和要求）任务卡供小组选择。“工程师在动工前，一定要有设计图。请各小组充分讨论：我们要做什么样式的桥？主要用什么材料做桥面和桥墩？分工怎么安排？把你们的想法，用简单的草图和数据画在学习单上。”巡视指导，重点引导小组内的意见整合与可行性分析，提问：“用纸做桥面，单层还是多层？为什么？”“桥墩怎么固定才不容易倒？”学生活动：小组接收任务，根据组内能力选择任务卡。围绕设计开展头脑风暴，人人发表想法。尝试绘制简易设计草图，标注主要材料和使用方法。协商确定初步分工方案（谁负责裁剪桥面，谁负责制作桥墩等）。即时评价标准：1.设计草图是否体现了基本结构（桥面、桥墩）。2.小组讨论是否有序，每位成员是否都有表达机会。3.材料选择与加工方法的设想是否具有初步的合理性。形成知识、思维、方法清单：★设计先于制作，明确需求（跨度、承重）是设计的起点。★简易工程设计流程：明确任务→讨论方案→绘制草图→确定分工。▲团队协作与决策能力：在讨论中学习倾听、妥协、整合意见，形成集体方案。教师提示：鼓励将任务二学到的“形状秘籍”运用到设计中，草图不求精美，但求思路清晰。任务四：巧手加工，将蓝图变为现实教师活动：这是核心实践阶段。给予学生充足的动手制作时间（约15分钟）。教师巡回于各组之间，进行个性化指导：对遇到困难的小组，通过提问引导其回顾范例或设计图；对操作不规范的学生，进行一对一复训；对进度快的小组，提出优化挑战：“试试看，能不能让你们的桥承重更多？”“大家动手时一定要记住，安全永远是第一位的。‘安全员’请尽责哦！”“这组的桥墩粘得很牢固，用了三角形加固，点子真棒！”“胶水不要贪多，适量才能粘得牢干得快。”学生活动：各小组根据设计草图与分工，领取材料，开始制作。成员间相互配合，按规范使用工具进行剪切、折叠、粘贴等操作。在制作中根据实际情况调整策略（如发现材料强度不够，增加层数）。安全员负责监督操作安全与工具管理。即时评价标准：1.能否安全、规范地使用工具。2.能否基本按照设计意图进行制作。3.小组内部协作是否流畅，能否应对制作中的小问题。形成知识、思维、方法清单：★实践是检验和修正设计的最佳途径。★材料加工的精细度影响作品质量：裁剪的精度、粘贴的牢固度、结构的对称性等。▲问题解决与迭代思维：当实际制作与设想不符时，学习即时调整策略，这是比一次成功更宝贵的经验。教师提示：教师在此环节的角色是支持者、安全员和观察者，切忌包办代替，允许学生试错。任务五：测试优化，举办“桥梁博览会”教师活动：宣布进入“桥梁博览会”展示与测试环节。邀请小组依次上台展示作品，介绍设计亮点与制作心得。然后进行紧张的承重测试：由该组成员小心翼翼地在桥面中央逐一添加砝码，直至模型出现明显变形或垮塌，记录最终承重数。“让我们为每一位‘工程师’的成果鼓掌！无论承重多少，敢于实践就是成功的第一步。”引导其他学生作为“评委”，依据评价量规（结构稳固、粘贴牢固、外观整洁、合作有效）进行点赞与提出友好建议。“大家看，这座桥承重时，是哪里先弯曲的？这告诉我们下次加固的重点应该放在哪里？”学生活动：小组代表自信展示并介绍作品。全体成员屏息凝神参与承重测试，记录成绩。其他小组认真观看，依据量规进行评价，学习他人长处，思考改进建议。即时评价标准：1.展示时能否清晰说明本组的设计与制作过程。2.能否客观看待测试结果，并基于测试反思设计或制作的不足。3.评价他人时能否做到有依据、善意的表达。形成知识、思维、方法清单：★测试是评价作品功能性的关键环节。★基于证据的反思与优化：测试结果（如垮塌部位）为改进提供了明确方向。▲科学的评价观：学习从多维度（结构、工艺、合作）而非单一结果（承重数据）评价项目成果，学会欣赏与建设性批评。教师提示：营造鼓励、安全的展示氛围，强调从“失败”中学习到的经验可能比成功更多。第三、当堂巩固训练  本环节融合于新授的“任务五”展示评价之中，并作深化。首先，基础层巩固：要求全体学生对照评价量规，检视自己小组的作品，完成学习单上“我们做得最好的三点”和“可以改进的一点”的填写，这是对核心知识与技能的自我复盘。其次，综合层应用：教师提出一个变式情境：“如果要求桥不仅要承重，还要能让一辆小车（模型）通过，你们的桥面需要做怎样的加工调整？”引导学生在脑中快速重新规划，促进知识迁移。最后，挑战层探究：向所有学生抛出课后延伸问题：“观察生活中真正的桥梁，它们用了哪些材料？加工方式和我们今天的有什么不同？为什么？”为学有余力者提供探究方向。反馈机制上，采用“展示即反馈”（通过测试和评价获得即时结果）、“互评即学习”（通过观摩他人获得启发）、“教师点拨即升华”（针对普通性问题或亮点进行集中点评）的多维方式。“大家发现没有，今天凡是底部有支撑或做成拱形、三角形的桥，通常表现更出色。这就是结构的力量！课后，你们可以继续研究。”第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思。知识整合：师生共同回顾板书，梳理本节课从“认识安全”到“探究方法”，再到“设计制作”、“测试优化”的完整学习路径，用流程图强化“工程实践”的闭环思维。方法提炼：“今天，我们不仅是做了座桥，更体验了像工程师一样思考和工作的方法：先规划，再动手，做完还要检验和改进。这种方法，以后你们做任何制作项目都能用上。”作业布置与延伸：公布分层作业（详见第六部分），并建立联系：“下节课，我们将带着对这些材料更深的了解，尝试设计制作一个会动的小装置，今天的加工本领可是基础哦！期待大家更精彩的表现。”六、作业设计1.基础性作业（必做）：完成“我的制作日记”学习单剩余部分，包括绘制简单的制作步骤图，并回答：1.你在本次活动中主要承担了哪项任务？2.你认为安全操作最重要的两条规则是什么？2.拓展性作业（选做，鼓励完成）：利用家中安全的废旧材料（如纸盒、吸管），为自己心爱的玩具设计制作一个“展示台”或“小家具”，要求结构稳定，并拍照记录作品。3.探究性/创造性作业（选做，学有余力）：选择一种今天使用的材料（如A4纸），探究在不使用任何粘合剂的情况下，如何通过纯粹的折叠或穿插，制作一个能独立站立且承重至少一本薄书的纸结构。将你的探索过程和最终方案用图文记录下来。七、本节知识清单及拓展★1.材料加工：指为了满足特定需要，使用工具和方法改变材料的形状、大小或组合方式的过程。例如，将纸剪开、将木棒粘在一起。★2.安全操作规范：综合实践活动的首要准则。包括：工具使用时精神集中；传递剪刀等锋利工具时手柄朝外；使用胶水等粘合剂后及时盖紧；在成人指导下使用热熔胶枪等有风险的设备。★3.常见加工方法：剪切（用剪刀将材料分开）；折叠（使材料弯折产生角度或棱边）；卷曲（将片状材料卷成筒状以增加强度）；连接（使用胶水、胶带、捆绑等方式将多个部分组合固定）。★4.结构稳定性：指作品在受力时保持形状、不易倒塌的特性。简易增加稳定性的方法：使用三角形支撑、增大底部接触面积、将连接点加固等。▲5.形状与承重的关系：材料的形状显著影响其承受压力的能力。同样一张纸，平铺时易弯曲，折叠成瓦楞状或卷成圆筒后，承重能力会大幅提升。拱形结构能将向下的压力向两侧分散。▲6.简易工程设计流程：一个简化版的解决问题步骤：明确任务（要做什么，有什么要求）→设计草图（画出想法，标出材料和主要做法）→动手制作（按设计选用工具和材料加工）→测试改进（检验是否达到要求，根据问题调整）。▲7.合作与分工：在小组项目中，有效的合作包括：共同讨论方案、根据各自特长合理分配任务、制作过程中相互帮助与提醒。明确的分工能提高效率。★8.评价与反思：学习结束后，回顾整个过程，思考“做得好在哪里”和“下次如何做得更好”，这种反思是进步的关键。可以从作品功能、制作工艺、小组合作等多个角度进行。八、教学反思  本次以“承重桥模型”制作为载体的项目式学习，总体达成了预设的教学目标。从作品完成度与课堂表现看，教学目标达成度有较好体现：学生均能说出至少两种加工方法，安全规范意识在反复强化下显著提升；各小组均产出完整作品，且在测试环节表现出极高的参与度与集体荣誉感；合作过程中，多数小组能做到有序讨论与基本分工。“当看到孩子们在承重测试时那专注、紧张又期待的眼神，我知道，探究的兴趣之火已被点燃。”  对各教学环节的有效性评估如下：导入环节的“一张纸的挑战”迅速聚焦了“加工改变性能”的核心概念，效果显著。新授环节的五大任务环环相扣，其中“任务二（解构范例）”与“任务四（动手制作）”是学生思维与技能发展的关键期。观察发现，提供分层任务卡有效支持了不同起点的学生组，“挑战版”小组在设计中展现了更多的独创性。然而，“任务三（设计蓝图）”的时间把控需更精准，部分小组在争论样式中耗时过长，导致后续制作略显仓促。“下次是否应考虑提供更结构化的设计选项，或在讨论前给予更明确的计时提醒？”  对不同层次学生的课堂表现剖析：动手能力强的学生是小组的“技术核心”，但也容易主导整个进程，需教师引导其学会分配任务与指导同伴。谨慎型或能力较弱的学生在明确的分工和详细的“助学锦囊”支持下，也能承担如裁剪标准部件、涂抹胶水等任务，获得参与感与成就感。但个别学生在面对