小小工程师：探究“强力黏合”的奥秘-“糨糊黏斗士”诞生记

小小工程师：探究“强力黏合”的奥秘——“糨糊黏斗士”诞生记一、教学内容分析  本课隶属于小学四年级“综合实践活动”课程中“设计与制作”领域，并深度整合了科学、技术与工程（STEAM）的初步理念。根据《中小学综合实践活动课程指导纲要》及科学、劳动等相关课标精神，本课旨在引导学生通过一个真实的“产品”研发项目——“强力黏合剂的探究与制作”，经历从需求识别、方案设计、动手制作到测试优化的完整工程实践过程。在知识技能图谱上，它以“物质的物理性质”和“简单混合物”为基础概念，要求学生理解黏合作用的初步原理（如渗透、附着），掌握按比例混合、搅拌、测试等基本操作技能，并初步接触“控制变量”这一核心科学思想。它在单元学习中起着承上启下的作用：上承对常见材料属性的认识，下启更复杂的产品设计与系统思维。在过程方法路径上，本课的核心是将“科学探究”与“工程设计”流程（ASKIMAGINEPLANCREATEIMPROVE）有机融合。学生将在“如何让黏合力更强”的驱动问题下，经历提出猜想、设计对比实验、收集数据、分析结果并迭代改进的完整探究循环。在素养价值渗透上，本活动是培育学生科学精神（实证意识、严谨态度）、工程思维（系统分析、优化迭代）与合作能力的绝佳载体。通过为“黏斗士”命名、制定“比武”规则等环节，亦能激发创新意识与项目责任感，实现“做中学”与“创中学”的育人价值。  基于“以学定教”原则，需进行立体化学情研判。四年级学生已有基础与障碍在于：他们具有使用胶水、浆糊等黏合剂的丰富生活经验，对“黏”有直观感受，这为学习提供了兴趣起点和感性基础。然而，他们的经验多是零散和表面的，对“为何能黏住”、“如何衡量黏力大小”缺乏理性认识，且容易陷入“材料越多越好”等前科学概念。在动手能力上，学生能进行简单操作，但设计公平实验、精确记录数据的能力尚在发展中。在过程评估设计中，教师将通过“猜想理由陈述”、“实验方案草图展示”、“操作过程观察”及“测试数据记录单”等多维度形成性评价，动态把握学生在概念理解、方法运用和协作效能上的真实状态。基于此，教学调适策略将体现差异化：对于概念理解较快的学生，引导其思考黏合原理的微观解释（如分子间作用力的启蒙）；对于动手能力较弱或设计思路不清的学生，提供“配方建议卡”和“实验步骤图示”等可视化脚手架；在小组协作中，通过角色分工（如材料员、记录员、测试员、汇报员）确保每位学生深度参与。二、教学目标  知识目标：学生能够超越感性经验，初步建构起关于“黏合作用”的理性认识。他们不仅能列举影响黏合剂强度的可能因素（如成分比例、搅拌程度、干燥时间），更能用“附着”、“渗透”等术语解释其基本原理，并理解“控制变量”是进行科学对比实验的核心前提。  能力目标：聚焦于科学探究与工程实践的核心能力。学生能够以小组为单位，像工程师一样工作：针对“增强黏力”的需求，提出合理猜想，并据此设计一个包含单一变量的简单对比实验方案；能够规范、安全地完成称量、混合、涂抹等制作工序；并能系统记录测试数据，从中归纳出初步结论，用于指导产品的迭代优化。  情感态度与价值观目标：在充满趣味的“产品研发”挑战中，自然生发对材料世界的好奇心与探究欲。在小组合作中，学生能表现出对同伴观点的尊重与倾听，共同承担“研发任务”，面对“比武”测试的成败，能秉持实事求是的科学态度，乐于接受基于证据的改进建议。  科学（学科）思维目标：重点发展“模型建构”与“实证思维”。引导学生将复杂的“黏合”现象，简化为“材料配比工艺性能”的分析模型；并通过“设计测试分析”循环，强化“任何改进主张都需实验数据支撑”的实证意识，初步体会工程优化中“权衡”的思想（如黏性与成本、干燥速度的权衡）。  评价与元认知目标：引导学生成为学习的评估者。学生能依据教师提供的简易量规（如方案可行性、操作规范性、数据完整性、结论合理性），对小组及他组的探究过程与成果进行初步评价；并能在活动后反思“我们最成功的步骤是什么？”、“如果重来一次，会在哪里改进？”，提升对学习策略的元认知能力。三、教学重点与难点  教学重点：本课的教学重点是引导学生经历“基于猜想的对比实验设计与实施”这一完整的微科研过程。确立此为重点，源于其对落实课标“科学探究”核心素养的关键作用。它不仅是本节课知识建构和能力发展的枢纽——学生需综合运用对材料的认识、对变量的控制、对数据的处理来完成，更是未来进行任何科学探究活动的通用、可迁移的核心方法论。从能力立意看，这正是学业评价中考查学生科学思维和高阶能力的关键所在。  教学难点：教学难点在于学生如何准确地理解和实践“控制变量法”。四年级学生的思维正从具体运算向形式运算过渡，理解并操作“只改变一个条件，同时保持其他条件完全相同”这一抽象逻辑存在困难。他们常会无意中引入多个变量（如既改了面粉量，又换了纸张种类），导致无法得出可靠结论。预设依据来源于对学生常见科学探究错误的观察与分析。突破方向在于提供强力的思维脚手架，如使用“变量分析表”，并通过教师示范和生生互评，反复强化“公平比较”的意识。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含生活黏合问题情境、工程设计流程简图、“变量分析”思维可视化工具）；实物展台。1.2实验材料包（按小组配备）：电子秤或简易天平、烧杯或塑料杯、搅拌棒、滴管、固定规格的纸片（或木片）若干；基础原料：面粉、水、小苏打、食盐、洗洁精等；测试用具：相同质量的砝码（或硬币）、细线、秒表。1.3学习支持工具：“糨糊黏斗士”研发日志（学习任务单，内含猜想区、方案设计表、数据记录表、反思区）；不同难度的“配方建议卡”（分层支持）。2.学生准备2.1预习与物品：观察家中各种胶水、胶带的外包装，思考“它们凭什么能黏住东西？”；携带围裙或旧衣服作为实验保护。3.环境布置3.1座位安排：课桌按46人小组拼合，形成“研发团队”工位区，便于合作与材料取用。3.2板书记划：预留核心区用于呈现驱动问题、工程流程（AskImaginePlanCreateImprove）及学生生成的关键猜想与结论。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设，引发认知冲突。教师播放一段快节奏的趣味短片或出示几张图片：海报突然脱落、手工模型零件散架、书本脱页。“同学们，胶水罢工了，谁来帮帮它？看来，我们急需一位可靠的‘黏合卫士’！”用幽默的语言将学生迅速带入问题情境。“生活中，你们遇到过类似的‘黏合危机’吗？”短暂交流，激活已有经验。  1.1.提出驱动性问题。教师举起一杯普通浆糊：“这是常见的浆糊，但它够‘强力’吗？今天，我们的挑战就是——化身小小材料工程师，研发一款属于自己的‘超级黏合剂’，并为它起一个酷炫的名字，比如…‘糨糊黏斗士’！我们的核心问题是：如何通过调整配方和工艺，让我们制作的‘黏斗士’黏合力最强？”  1.2.明晰学习路径。“工程师们不会盲目尝试。我们将遵循一个清晰的研发流程：首先，大胆猜想什么因素会影响黏合力（Ask&Imagine）；然后，精心设计实验方案来验证猜想（Plan）；接着，动手制作并举行一场公平的‘黏力比武大会’（Create&Test）；最后，分析数据，优化我们的‘斗士’（Improve）。大家都准备好接受挑战了吗？”第二、新授环节任务一：头脑风暴——影响黏力的因素猜想1.教师活动：教师不直接给出知识，而是充当思维催化者。“‘黏斗士’的威力可能藏在哪些秘密里？是配方成分的不同，还是制作工艺的差别？”引导学生从“材料”（如加盐、加小苏打？）、“配比”（水多还是面粉多？）、“工艺”（搅拌时间长短？涂抹厚度？）等多角度进行猜想。将学生的猜想关键词记录在黑板。“嗯，有同学说加洗洁精可能会更黏，这个想法很奇特！说说你的理由？”鼓励基于经验的推理。随后，抛出核心方法论问题：“我们有这么多猜想，怎么知道哪个才是真正起作用的‘英雄’呢？如果同时改变好几个条件，能分清功劳是谁的吗？”2.学生活动：学生以小组为单位展开热议，结合生活经验提出各种可能增加黏性的“点子”。他们会争论、举例，并在“研发日志”的猜想区记录下本组最想探究的23个因素。初步感受到需要设计实验来验证的必要性。3.即时评价标准：1.4.猜想是否基于一定的生活观察或经验（而非完全空想）？2.5.小组讨论时，成员能否倾听并回应他人的想法？3.6.能否用清晰的语言向全班阐述本组的猜想及理由？7.形成知识、思维、方法清单：★核心概念：黏合强度受多种因素（成分、比例、工艺等）影响。★科学方法：提出可检验的猜想是科学探究的第一步。▲思维难点：认识到多个因素可能共同作用，需要设计实验来分离影响。●教学提示：此时不必评判猜想对错，重在激发思维和保护探究欲。对“离奇”猜想应追问理由，培养“大胆假设”的勇气。任务二：方案设计——如何公平“比武”？1.教师活动：这是搭建“控制变量”思维脚手架的关键步骤。教师引导：“各队‘黏斗士’即将诞生，如何公平地比出谁是真正的‘力量之王’？我们需要一套统一的‘比武规则’。”首先，师生共同确定测试方法（如：将黏合剂涂在标准纸片上，黏合另一纸片，干燥后下方悬挂重物，测量脱落时间或承重）。接着，聚焦核心难点：“假如‘火焰队’想验证‘多加面粉是否更强’，他们应该怎么做？哪些条件必须保持一样？”利用课件展示“变量分析表”，引导学生区分“要改变的变量（自变量）”、“要测量的变量（因变量）”和“必须保持不变的量（控制变量）”。教师可示范填写一个例子。“请各小组参照范例，在研发日志上完成你们的实验方案设计图。”2.学生活动：学生小组围绕本组选定的一个主要猜想，展开方案设计讨论。他们需要明确：我们改变什么？（如面粉量）我们测量什么？（承重或坚持时间）我们控制什么不变？（水量、纸张、涂抹面积、干燥时间等）。在教师提供的表格或设计图上进行填写和绘制。这是一个充满思维碰撞的过程。3.即时评价标准：1.4.实验方案是否明确了唯一一个要改变的因素？2.5.方案中是否考虑了至少两个关键的控制变量？3.6.设计的测试方法是否具体、可操作？7.形成知识、思维、方法清单：★★★核心方法：控制变量法——公平比较的前提是只改变一个条件，其他条件完全相同。★工程实践：设计需具备可行性与明确性。●教学提示：巡视中重点检查“变量控制”是否清晰。可让方案清晰的小组上台分享，通过生生互评强化理解。为困难小组提供“方案设计范例卡”。任务三：动手制作——“黏斗士”诞生1.教师活动：教师变身为安全总监和技术顾问。首先强调安全与规范：“工程师们，安全第一！请穿好围裙，称量时精益求精，搅拌时注意不要溅出。”发布明确的操作指令和计时要求。巡视各组，不直接干预配方，而是通过提问进行引导：“你们组的变量控制体现在哪一步操作上？”“记录员是否及时记下了精确的配比数据？”对于操作困难的学生，进行个别示范。“看，像这样缓慢加水，边加边搅拌，更容易控制稠度。”2.学生活动：各小组根据自定方案，分工合作：有的称量，有的混合搅拌，有的负责在标准测试片上均匀涂抹并黏合，有的开始计时（干燥）。整个过程需严格遵循方案，并实时在“研发日志”上记录原料的精确用量、操作步骤和观察到的现象（如黏稠度变化）。3.即时评价标准：1.4.操作过程是否规范、安全？2.5.小组是否按预定方案执行，并有效进行了分工协作？3.6.“研发日志”上的过程记录是否及时、准确？7.形成知识、思维、方法清单：★操作技能：学会使用天平称量、掌握混合与搅拌的技巧。★科学态度：实证研究要求精确的记录，这是分析的依据。●教学提示：此环节“混乱”但富有活力，教师应接纳适度嘈杂，重点关注操作安全与数据记录的真实性，这是后续分析的基石。任务四：测试与数据收集——“黏力比武”大会1.教师活动：教师担任比武大会的“裁判长”，营造严谨而激动的氛围。“各位工程师，请将你们精心制作的‘黏斗士’样品呈上测试台！让我们用统一、公平的标准来检验它们的实力。”组织各小组依次按照统一测试流程（如悬挂标准重物）进行测试。引导学生使用秒表计时，并大声报数，由记录员填写数据。“‘磐石队’的样品坚持了15秒！‘闪电队’的样品承重了3枚硬币！请把数据郑重地记录在班级总表上。”强调数据的客观性。2.学生活动：各小组怀着期待又紧张的心情参与测试。测试员规范操作，观察员紧盯结果，记录员准确记录本组与他组的数据。他们开始直观地看到不同配方带来的性能差异，数据使抽象的“黏力”变得具体可比。3.即时评价标准：1.4.测试操作是否符合全班统一的“比武规则”？2.5.数据记录是否公开、准确、清晰？3.6.小组成员能否安静、有序地观察他组测试，尊重他人成果？7.形成知识、思维、方法清单：★核心概念：黏合强度可以通过客观指标（时间、承重）进行量化比较。★科学态度：尊重数据，诚实记录，是科学工作者的基本准则。▲思维进阶：初步体验从定性描述（“很黏”）到定量分析（“坚持几秒”）的跨越。任务五：数据分析与初步结论1.教师活动：教师引导思维走向深化。“比武大会数据新鲜出炉！它只是一堆数字吗？不，它是会说话的‘证据’！”教师利用实物展台或课件，展示班级数据总表。“请大家仔细观察：哪些配方的‘黏斗士’表现突出？表现好的小组，他们改变的变量有什么共同点吗？”引导学生从数据中寻找模式。“‘雷霆队’和‘巨浪队’都增加了小苏打，但结果差异很大，这可能暗示了什么？”（引导思考其他未控制变量的影响或操作差异）。不急于给出标准答案，而是鼓励基于数据的合理解释。2.学生活动：各小组分析班级数据，结合本组的方案与记录，尝试得出初步结论。例如：“在我们控制的条件下，添加适量食盐似乎能增加黏性，但食盐过多反而会下降。”他们需要在“研发日志”上撰写结论，并试图用数据支持自己的观点。3.即时评价标准：1.4.得出的结论是否基于本课收集的实验数据？2.5.结论表述是否清晰，并指出了变量与结果之间的关系？3.6.能否意识到本组实验的局限性（如偶然误差、控制不严）？7.形成知识、思维、方法清单：★★核心思维：数据分析与解释——从数据中寻找规律，并尝试进行因果推理。★科学认识：科学结论是暂时的、有条件的，基于现有证据。●教学提示：允许结论多样化，重点评价其“是否有数据支撑”。引导学生区分“我们看到的现象”和“我们推断的原因”。任务六：反思与优化迭代1.教师活动：教师点明工程设计的迭代本质。“一次测试就是最终答案吗？不，真正的工程师总是在优化。基于今天的发现，如果给你第二次机会，你会如何改进你的‘黏斗士’？”引导学生从配方、工艺甚至测试方法上进行反思。“有没有小组觉得，如果当初控制了某个没注意的条件，结果会更可信？”将学生的优化思路简要记录，并联系下节课或课后拓展。“看来，科学的探究和工程的优化，永远在路上。”2.学生活动：学生回顾整个探究过程，在“研发日志”的反思区写下：最大的收获、遇到的困难、以及最想尝试的优化方案。小组间可以交流“如果再试一次”的新想法。3.即时评价标准：1.4.反思是否触及了过程的关键点（如设计、操作或协作）？2.5.提出的优化方案是否针对了已发现的问题或新的猜想？6.形成知识、思维、方法清单：★工程思维：优化迭代是工程设计循环的核心环节。★元认知能力：通过反思学习过程，规划下一步学习。●教学提示：此环节是思维升华的关键，帮助学生形成“探究无止境”的观念，将学习从课堂延伸至课外。第三、当堂巩固训练  本环节构建分层、变式的训练体系，促进知识的迁移与应用。基础层（全员参与）：教师出示一个新的生活情境：“如果想制作一个能黏贴较重装饰画的黏合剂，根据今天的探究经验，你会重点考虑调整哪些因素？请简述理由。”此问题直接应用本节课关于影响黏力因素的核心知识。综合层（小组讨论）：呈现一个“失败案例”：“小明小组报告他们的‘黏斗士’黏力很差，他们的方案是‘研究搅拌时间的影响’，但记录显示他们不仅搅拌时间不同，面粉和水的比例也不一样。”请学生分析该实验可能存在的问题，并提出改进建议。此题在复杂情境中综合运用“控制变量”和“方案设计”知识。挑战层（学有余力者选思）：提出一个跨学科联系问题：“除了我们今天测试的‘静态黏力’，在生活中，有些黏合剂还需要耐水、耐热。你能设计一个简单的实验，来比较不同‘黏斗士’的耐水性吗？（提示：可考虑将黏合样品浸入水中观察）”。此问题引导思维向更广阔的性能指标和实验设计延伸。  反馈机制上，采取“同伴互评+教师精讲”结合。基础层问题通过随机提问，由其他学生补充或修正；综合层问题由小组讨论后派代表发言，教师引导全班一起评估其分析的逻辑性；挑战层问题作为思维彩蛋，邀请有想法的学生分享思路，教师进行点拨和鼓励，并将其记录在“班级奇思妙想墙”供课后继续探究。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：“同学们，让我们用思维导图一起回顾‘黏斗士’的诞生之旅。”师生共同梳理从“提出问题猜想因素设计实验制作测试分析优化”的完整流程，将零散的活动串联成清晰的认知地图。方法提炼：“在这趟旅程中，我们最重要的收获是什么？是某个神奇的配方吗？”引导学生意识到，比具体知识更重要的是学会了一种方法——如何像科学家一样思考，像工程师一样解决问题。作业布置与延伸：公布分层作业：1.基础性作业（必做）：完善并整理你的“研发日志”，用图文并茂的方式向家人介绍你的“黏斗士”和它的“比武”故事。2.拓展性作业（选做）：尝试实施你在课堂上提出的一个优化方案，制作“黏斗士2.0版”，并测试其效果。3.探究性作业（挑战）：研究一种生活中其他类型的黏合剂（如透明胶、双面胶、热熔胶），比较它们与我们制作的“糨糊黏斗士”在原理和使用场景上有何不同。最后，预告下节课方向：“下次，我们将带着优化后的产品和更深入的思考，举办一场‘黏合技术博览会’！”六、作业设计  基础性作业：完善并整理“糨糊黏斗士研发日志”。要求图文并茂，清晰呈现本小组的完整探究过程：包括最初的猜想、设计的实验方案（突出变量控制）、详细的制作与测试记录、最终的数据与结论，以及个人反思。此作业旨在巩固本节课的核心经历与知识，锻炼信息整理与表达能力。  拓展性作业：“黏斗士”升级计划。学生根据课堂测试结果与分析，选择一个最感兴趣的优化方向（如调整另一种配料比例、改变干燥条件等），在家中安全条件下，制作“黏斗士2.0”版本，并进行简单的对比测试，记录升级前后的性能变化。此作业鼓励将课堂探究延伸至课外，实践“优化迭代”的工程思维。  探究性/创造性作业：黏合技术微调研。学生选择一种家中常见的现代黏合剂产品（如502胶水、泡沫胶、纳米胶带等），通过观察、阅读产品说明（可在家长协助下查阅资料），尝试从黏合对象、强度、速度、耐环境性等角度，分析其特点与应用场景，并与自制“糨糊黏斗士”进行对比，思考不同黏合技术的优势与局限。此作业旨在建立知识与广阔生活的联系，培养初步的技术比较与批判性思维。七、本节知识清单及拓展  ★1.黏合作用：黏合剂通过其液态或半液态时对物体表面的湿润、渗透和附着，在干燥或固化后形成机械锁合或分子间作用力，从而将物体连接在一起。对本年级学生，可通俗理解为“胶水能钻到物体表面的小缝隙里，干了之后就卡住了”。  ★2.影响黏合强度的因素：这是一个多变量系统。主要包括：（1）材料成分：不同物质（如面粉、淀粉、化学聚合物）本身黏性不同；（2）配比比例：如面粉与水的比例直接影响黏稠度，过稀附着力差，过厚不易涂抹渗透；（3）制作工艺：搅拌的均匀程度影响成分混合效果；（4）使用条件：涂抹厚度、干燥时间、被黏合材料表面粗糙度等都会影响最终效果。  ★★★3.控制变量法：这是科学探究中寻找因果关系最核心的方法。当研究一个因素（自变量，如面粉量）对结果（因变量，如黏力）的影响时，必须确保其他可能影响结果的条件（控制变量，如水量、纸张、测试方法）完全相同。口诀：“变一个，比一比，其他统统要一样”。  ★4.量化测量：科学描述需要尽可能从定性走向定量。本节课用“坚持时间（秒）”或“承重数量（个）”来量化“黏力强弱”，使得比较更精确、结论更有说服力。这是科学思维的重要进步。  ★5.工程设计流程（简化版）：并非盲目动手，而是遵循“明确问题（ASK）构思方案（IMAGINE/PLAN）制作测试（CREATE）评估改进（IMPROVE）”的循环过程。本次“黏斗士”项目就是一次完整的微型工程实践。  ▲6.混合物：我们制作的黏合剂是由多种物质（面粉、水、可能的添加物）物理混合而成的混合物，各成分基本保持原有性质。这与发生化学变化的化合物不同。  ●7.实验记录的重要性：详实、准确的实验记录（配方、步骤、现象、数据）是分析问题、得出可靠结论的唯一依据，也是科学工作的规范性要求。好记性不如烂笔头，在科学上尤其如此。  ▲8.误差意识：实验测量结果与真实值之间总会存在差异，这称为误差。可能来源于测量工具（如天平精度）、操作（如涂抹不均匀）、环境（如温度湿度）等。科学结论需要考虑误差存在的可能性。  ★9.合作探究：复杂的任务需要分工协作。有效的合作包括明确角色、积极倾听、贡献想法、共同解决困难。团队的力量远大于个人。  ▲10.技术与社会：黏合技术是人类一项古老而重要的发明，从天然浆糊到现代高性能胶黏剂，其发展深刻影响着建筑、制造、医疗、日常生活等各个领域。思考技术的进步如何解决实际问题。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析本课以“产品研发”项目贯穿始终，成功将知识习得、能力发展与素养培育融为一体。从学生“研发日志”的完成情况、课堂发言的思维深度以及测试环节表现出的严谨态度来看，知识目标与能力目标基本达成，学生能清晰表述影响因素，并能在支持下完成对比实验设计。情感与思维目标在热烈的团队协作和基于数据的争论中得到了生动体现。最具挑战性的评价与元认知目标，通过“研发日志”中的反思区和课堂小结的引导，学生已开始初步实践，但深度有待进一步加强。  （二）核心教学环节有效性评估导入环节的生活情境快速抓住了学生兴趣，驱动性问题有效激发了探究内驱力。任务二（方案设计）是整节课的“承重墙”，花费时间较多但至关重要。通过“变量分析表”和范例引导，大部分小组能理解控制变量的要义，但在后续操作中仍有部分学生遗忘，需在巡视中不断提醒：“