小学三年级科学工程实践核心知识清单（苏教版）

小学三年级科学工程实践核心知识清单（苏教版）

一、核心概念：工程与工程师的本质认知

【基础概念】【入门必读】

工程实践是人类为了满足自身需求、解决现实问题而进行的一系列创造性活动。与科学家探索未知世界、发现自然规律不同，工程师的核心使命是“应用科学原理和技术手段，将设想转化为现实产品系统”。【高频考点】工程师工作的出发点是明确的需求或待解决的问题，终点是能够实际运行的作品或方案。对于三年级学生而言，理解工程师需要综合考虑科学原理、材料特性、成本预算、安全标准等多重因素，而非仅仅追求单一目标。

工程师解决问题的基本流程是一个闭环系统，包括六个核心环节：明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果。【非常重要】【核心流程】这六个环节并非总是线性推进，在实际工程实践中常常需要多次循环往复，每一次循环都意味着作品的优化与迭代。

二、工程实践五阶段详解

【核心知识】【逐层剖析】

（一）第一阶段：明确问题——工程的起点

▲▲▲【高频考点】【难点】

工程问题的界定必须包含具体的任务描述和明确的约束条件。以教材核心项目“鸡蛋紧急迫降器”为例：【重要案例】

任务描述：设计并制作一个装置，让生鸡蛋从约3米（约一层楼高）的高度自由下落，落地后鸡蛋完好无损。

约束条件分析：

1.核心性能指标：鸡蛋必须完整不破碎，这是首要成功标准。

2.材料限制：只能使用身边常见的、安全的材料和工具，如海绵、气泡膜、纸筒、橡皮筋、透明胶带、塑料袋、细绳等。

3.环境设定：自由下落，无外力干预。

4.测试标准：连续测试3次均成功才算通过，每个高度需测试3次。

【考点剖析】考试中常出现的“明确问题”题型包括：分析某个工程任务的核心需求是什么；列举完成任务需要满足的条件；判断某个问题界定是否清晰完整。易错点在于忽略隐蔽约束条件，如只关注“鸡蛋不碎”而忽略“自由下落”意味着不能用手托扶。

（二）第二阶段：设计方案——思维的绽放

▲▲▲【非常重要】【难点】【创新思维】

设计阶段要求工程师发挥创造性思维，提出多种可能的解决方案，而不是仅仅满足于找到一个办法。【核心方法】这一阶段强调“发散-收敛”的思维过程：

首先，通过头脑风暴尽可能多地提出不同思路，暂时不考虑方案的优劣。

其次，运用方案评价表对各种方案进行系统比较，筛选出最佳方案进行深入设计。

【经典案例】教材引入的“火星着陆器方案设计”是这一阶段的典范。【高频考点】

火星着陆三种方案对比分析表（虽不用表格呈现，但核心要点需掌握）：

A方案（气囊包裹）：优点在于结构相对简单，对地形适应性较强；缺点是超重时气囊可能破损，且着陆后反弹翻滚可能对设备造成冲击。

B方案（机械腿）：优点在于着陆稳定，姿态可控；缺点是着陆在斜坡或坑洞边缘时容易侧翻，对地形平整度有一定要求。

C方案（空中起重机缓放）：优点在于最为精准安全，尤其适合大型、贵重探测器；缺点是技术复杂，成本高昂，燃料携带量大。

【拓展思维】工程师选择C方案为1吨重的火星车着陆，体现了“需求导向”的决策原则——对于质量大、价值高的设备，安全性是首要考量，成本次之。而我国“祝融号”火星车采用B方案，则体现了在充分评估技术风险与成本控制后的最优选择。

【考点剖析】常见题型包括：分析给定三种方案各自的优缺点；根据特定情境选择最合适的方案并说明理由；判断方案选择应遵循的原则。解题关键点在于学会“权衡利弊”，理解“没有完美方案，只有最合适方案”。

（三）第三阶段：实施计划——从图纸到实物

▲▲【基础】【实践能力】

实施计划是将设计构想转化为实体模型的关键步骤。三年级学生需要掌握的基本工程技能包括：

1.图纸绘制：【基础技能】能够用简单的草图表达设计意图，包括整体结构、关键部件的相对位置、材料标注等。草图不追求艺术美感，但必须清晰传达设计思路。

2.材料选择与处理：【重要能力】理解不同材料的特性及其工程用途。例如：

海绵：具有优异的缓冲吸震性能，适合用作底部减震层。

气泡膜：能有效包裹并保护物体，防止碰撞损伤。

纸筒：具有一定的结构支撑性，可用于制作框架或固定装置。

橡皮筋：提供弹性和紧固力，可用于固定鸡蛋或连接部件。

塑料袋/保鲜膜：可制作简易降落伞，利用空气阻力减缓下落速度。

3.制作工艺：【实践要点】掌握基本的手工操作技能，如裁剪、折叠、包裹、捆绑、粘贴等。制作过程中要注意安全性，确保装置结构牢固，鸡蛋固定可靠，减震结构有效。

【考点剖析】此部分考查方式多为判断题或选择题，如判断材料选择是否合理，识别制作过程中的正确操作。易错点在于混淆材料的工程特性，如认为纸筒主要用于减震而非支撑。

（四）第四阶段：检验改进——工程的核心灵魂

▲▲▲【非常重要】【高频考点】【核心难点】

检验与改进是工程实践区别于一般手工制作的最本质特征。科学、系统的测试是发现问题的唯一途径，持续改进是追求卓越的必由之路。

【标准测试流程】“鸡蛋紧急迫降器”的测试方法极具工程教育价值：

1.梯度测试法：【核心方法】从较低高度（如1米）开始测试，成功后再逐步增加难度至2米、3米。这种方法既能保护测试对象，又能分阶段验证设计效果，便于定位问题。

2.重复测试原则：每个高度连续测试3次，确保结果的可靠性，排除偶然因素干扰。

3.失败分析：【重要思维】测试中鸡蛋破碎或装置失效后，必须深入分析原因，而非简单重试。常见失败原因包括：

减震不足——缓冲材料过薄或密度不够，未能有效吸收冲击能量。

固定失效——鸡蛋在装置内发生滚动、移位，与硬物碰撞导致破碎。

结构失稳——装置在下落过程中翻转、倾斜，导致鸡蛋直接接触地面。

重心过高——装置头重脚轻，落地时倾倒，缓冲结构未能发挥作用。

【改进策略】针对上述问题，相应的改进措施包括：

增加底部缓冲材料的厚度或改用更高效的材料。

优化固定方式，如用橡皮筋“十”字交叉固定，或定制与鸡蛋形状贴合的凹槽。

降低装置重心，如在底部增加适当配重，确保落地姿态稳定。

增加辅助减速结构，如加装简易降落伞。

【考点剖析】此部分为考查重点，常见题型包括：分析测试失败的可能原因；针对特定失败现象提出改进建议；判断测试方法的科学性（如“直接从3米测试更高效”这种说法是错误的）。解题关键点在于建立“问题-原因-对策”的逻辑链条。

（五）第五阶段：发布成果——分享与交流

▲【基础】【拓展能力】

发布成果不仅是工程流程的终点，更是新一轮学习的起点。三年级学生应学会：

1.清晰表达：向他人介绍自己的设计思路、制作过程、遇到的困难及解决方法。

2.展示作品：通过实物展示、过程记录、测试数据等方式呈现工程成果。

3.交流反思：认真倾听他人的设计思路，比较不同方案的优劣，反思自己方案的改进空间。

4.接受评价：能够理解他人的评价和建议，以开放的心态看待作品的优缺点。

【考点剖析】此部分通常以简答题或实践操作题形式出现，要求学生描述自己的设计思路或总结项目收获。解题要点在于条理清晰、重点突出。

三、工程思维与科学方法的深度培育

【高阶思维】【拓展延伸】

（一）权衡与决策思维

工程师的核心思维方式之一是“权衡”。任何工程方案都是在多个有时相互矛盾的目标之间寻求平衡。例如，在“鸡蛋迫降器”设计中，增加缓冲材料可能提高安全性，但可能增加装置重量和体积；加装降落伞能减缓下落速度，但在有风环境下可能降低落点准确性。【难点剖析】考试中常出现的情境分析题，要求学生根据具体条件（如“操场风力较大”）选择最优方案，考查的就是这种权衡决策能力。

（二）系统思维

工程问题从来不是孤立的。一个装置是一个系统，各个部件相互关联、相互影响。固定方式影响减震效果，结构设计影响重心位置，材料选择影响整体性能。【拓展思维】优秀的工程师必须具备系统思维，在改进某一部件时考虑其对整个系统的影响，避免“头痛医头、脚痛医脚”。

（三）迭代优化思维

工程perfection是追求不到的，但可以通过持续迭代无限接近。每一次测试都是一次学习机会，每一次失败都指向一个改进方向。【重要理念】三年级学生应逐步建立“失败是工程的常态，改进是成功的阶梯”的价值观，不因一次失败而气馁，而是学会从失败中汲取信息。

（四）约束条件下的创新

真正的创新不是天马行空的想象，而是在资源、时间、技术等约束条件下的创造性突破。【拓展思维】引导学生理解：有限的材料反而可能激发更有创意的解决方案，这正是工程实践的独特魅力。

四、常见题型与解题策略

【备考指南】【应试技巧】

（一）填空题

【考点分布】主要考查核心概念、关键步骤名称、重要数据等。

【典型例题】工程师解决问题的第一步是______。

工程师往往设计______个方案，然后对照工程要求，选择______方案。

鸡蛋紧急迫降器的测试高度约为______米。

【解题要点】准确记忆教材中的核心术语和关键数据，注意书写规范。

（二）判断题

【考点分布】考查对概念、流程、方法的理解是否准确。

【典型例题】工程师设计的方案必须是完美的，不需要改进。（×）

测试迫降器时，直接从3米高度测试比从1米开始逐步测试更科学。（×）

海绵和气泡膜在迫降器中主要起固定鸡蛋的作用。（×）

【解题要点】仔细辨析表述中的关键词，如“必须”“总是”“唯一”等绝对化词语往往意味着错误。

（三）选择题

【考点分布】考查方案分析、情境决策、概念辨析等能力。

【典型例题】制作鸡蛋迫降器时，选用海绵主要是利用它的（B）。

A.防水性B.缓冲性C.美观性D.轻便性

如果测试中发现鸡蛋在下落过程中从装置中滚出，最合理的改进是（C）。

A.加厚海绵B.增加降落伞C.加强固定D.减轻重量

【解题要点】读清题意，分析选项与问题的逻辑关联，排除明显错误的选项。

（四）材料分析题

【考点分布】综合考查工程流程、方案评价、问题分析与改进能力。

【典型例题】给出火星着陆三种方案的描述，要求学生：

分析每种方案的优点和缺点；

根据给定的条件（如火星车重量、预算限制等）选择最佳方案；

说明选择的理由。

【解题要点】紧扣材料信息，运用“权衡利弊”思维，理由表述要有理有据，体现工程决策的逻辑性。

（五）实践探究题

【考点分布】考查设计思路、测试记录、改进方案等实践性内容。

【典型例题】小明小组设计的鸡蛋迫降器在2米测试时鸡蛋破碎，请你帮他们分析可能的原因，并提出至少两条改进建议。

【解题要点】原因分析要具体（如“底部海绵太薄”而非“保护不好”），改进建议要针对性强、可操作（如“将海绵厚度增加一倍”而非“做得更好”）。

五、跨学科视野与现实拓展

【素养提升】【综合应用】

（一）与数学学科的融合

工程实践离不开数学：测量高度需用长度单位；测试次数需计数；装置设计需考虑比例和对称；数据分析需进行简单的统计和比较。【跨学科链接】三年级学生在工程实践中自然应用数学知识，实现学科间的有机融合。

（二）与美术学科的融合

工程设计图需要清晰美观的呈现；作品外观可以在满足功能的前提下进行美化；成果发布需要一定的表达艺术。工程与艺术的结合正是“STEAM教育”中“A”的内涵。

（三）与语文/道德与法治的融合

发布成果锻炼口头表达和逻辑思维；小组合作培养沟通协作和尊重他人；工程伦理意识初步建立——工程师的设计必须对用户负责、对社会负责、对环境负责。【拓展思考】如讨论火星探测工程的意义，思考技术进步与人类未来的关系。

（四）生活中的工程学延伸

“像工程师那样”不仅仅是一次课堂活动，更应成为一种观察世界、解决问题的视角。【拓展引导】鼓励学生在生活中发现工程问题：怎样设计一个更便于取放的书包？怎样改进教室的储物柜？怎样为校园的小鸟设计一个安全的巢？将工程思维迁移到日常生活，正是本专题学习的终极目标。

六、核心考点综合梳理

【考前速记】【查漏补缺】

考点类别

具体内容

重要程度

常见考查方式

核心流程

明确问题-设计方案-实施计划-检验作品-改进完善-发布成果

★★★★★

填空、排序、判断

火星着陆方案

三种方案名称、各自优缺点、最终选择及原因

★★★★

材料分析、选择

鸡蛋迫降器任务

高度要求（3米）、测试方法（梯度测试、连续3次）

★★★★

填空、判断、简答

材料特性

海绵/气泡膜（缓冲）、纸筒（支撑）、橡皮筋（固定/弹性）

★★★

选择、判断

失败原因分析

减震不足、固定失效、结构失稳、重心过高

★★★★★

分析、简答

改进策略

针对性改进措施（加厚海绵、加强固定、降低重心等）

★★★★★

分析、设计

工程思维

权衡利弊、系统思考、迭代优化

★★★

综合应用

工程师与科学家区别

工程师解决问题/创造产品，科学家探索发现规律

★★

判断、简答

七、易错点警示与答题要领

【考前提醒】【提分技巧】

1.【易错点一】混淆“科学家”与“工程师”。牢记：科学家回答“是什么”“为什么”，工程师回答“做什么”“怎么做”。

2.【易错点二】认为方案越多越好，越多越正确。纠正：多方案是手段，目的是选优，最终只能实施一个最佳方案。

3.【易错点三】忽视“测试”的科学性。纠正：测试要有梯度、要重复、要记录、要分析，而非简单“试一下”。

4.【易错点四】改进方案缺乏针对性。纠正：改进必须针对具体原