小小工程师：纸桥的诞生与升级-小学科学一年级下册项目式教案

小小工程师：纸桥的诞生与升级——小学科学一年级下册项目式教案

一、学科语境与核心理念定位

学科：小学科学

学段与年级：小学一年级第二学期

课时安排：2课时（80分钟，建议连堂）

本教学设计立足于《义务教育小学科学课程标准（2022年版）》的核心素养导向，深度融合工程设计与技术制作领域（ET）的课标要求，面向一年级学生的认知发展特点。课程以“纸桥”为载体，将科学与工程实践（SEP）、跨学科概念（CCC）与学科核心知识（DCI）有机融合，旨在引导学生经历完整的“明确问题—设计方案—制作模型—测试改进—交流评价”简易工程流程。课程设计强调在真实、有趣的驱动性问题情境中，激发低龄段学生的好奇心和探究欲，初步建立“结构决定功能”的工程技术思维雏形，并渗透团队协作、反思迭代的工程实践品质。

二、教学目标（素养导向）

（一）科学观念

1.结构与功能：通过动手制作与测试，初步感知物体的“形状”与其“承重能力”之间存在联系，知道通过改变纸的形状（如折叠、卷曲）可以增强其承重性能。

2.材料特性：认识纸张作为一种常见材料的特性（柔软、易变形），理解通过加工可以部分改变其性能以满足特定需求。

3.工程与社会：初步了解“桥”作为一种人造结构的基本功能是跨越障碍并承受荷载，体会工程设计与生活需求的紧密关联。

（二）科学思维

1.模型构建思维：能够利用给定材料，将头脑中的桥梁构想转化为具体的、可测试的实物模型。

2.比较与分类思维：在测试环节，能够观察、比较不同形状纸桥的承重表现，并尝试根据形状或承重能力进行简单分类。

3.简单因果推理：在教师引导下，能够初步建立“因为我将纸折成了波浪形/卷成了圆柱，所以它更能承重”的简单因果解释。

（三）探究实践

1.提出问题：能在“如何用一张纸造一座能承重的桥”的情境中，提出具体的、可探究的制作问题。

2.制定方案：在小组讨论和教师引导下，能用图画或简单的语言描述自己的造桥计划。

3.制作与测试：能够安全、规范地使用剪刀、胶带等工具，按照或调整设计方案制作纸桥模型；能执行公平的测试（规定桥墩距离、加载砝码方式），并记录测试结果。

4.表达交流：能够用语言、动作或图画向同伴描述自己的设计、制作过程和改进想法；能认真倾听他人的分享。

（四）态度责任

1.合作态度：在小组活动中，愿意与同伴交流想法，尝试分工合作，共同完成任务。

2.坚持与反思：面对初次失败不气馁，乐于根据测试结果思考改进方案并再次尝试，体验工程设计的迭代过程。

3.安全与规范意识：形成安全使用工具（如如何传递剪刀）、保持工作区域整洁的基本习惯。

三、教学重难点

1.教学重点：

1.2.引导学生动手制作不同形状的纸桥模型。

2.3.组织学生进行公平的承重测试，观察并比较不同形状纸桥的承重差异。

3.4.体验“设计-制作-测试-改进”的简单工程流程。

5.教学难点：

1.6.引导一年级学生从“制作一个桥的样子”转向思考“如何让桥更结实”的功能性目标。

2.7.帮助学生建立“形状改变”与“承重能力变化”之间的初步关联。

3.8.组织有效的团队合作与有序的测试、交流活动。

四、教学准备

（一）材料准备（按4人小组计，共8组）

1.主体材料：A4打印纸（每位学生1-2张，用于制作桥面）。

2.辅助材料与工具：

1.3.桥墩：相同高度的积木块或小塑料盒（每组2个，高度约5cm）。

2.4.粘合材料：胶带（每组分发一小卷）、胶棒（可选）。

3.5.制作工具：安全剪刀（圆头，每组2-3把）、直尺（每组1把）。

4.6.测试砝码：相同的小型塑料硬币、象棋棋子或标准砝码（每组至少20个），小型玩具车（可选，用于趣味测试）。

7.记录与展示：

1.8.“我的纸桥设计图”工作单（每人1份，含简单绘图框和“我发现”记录区）。

2.9.小组测试记录大白纸（每组1张，用于粘贴或绘制最终成功作品，并标注承重数量）。

3.10.班级成果展示板。

（二）多媒体与情境资源

1.课件：包含各种桥梁（梁桥、拱桥、斜拉桥等）的图片或简短视频；展示“纸的力量”对比实验（平纸与波浪纸承重）的动画或实物演示视频。

2.情境创设道具：讲述故事的背景图（如“小动物过河”）、代表河流的蓝色长布条或画在地板上的“河流”。

3.示范模型：教师预先制作的几种典型纸桥模型（平板桥、简单拱桥、瓦楞形桥、槽形桥、柱形桥）。

（三）环境与安全准备

1.教室桌椅布置为小组合作模式。

2.明确工具使用安全规则图示张贴在醒目位置。

3.准备备用纸巾和抹布，便于清理。

五、教学实施过程（详细步骤与设计意图）

第一课时：纸桥的诞生——设计与初探（40分钟）

阶段一：情境导入，聚焦问题（预计8分钟）

1.故事激趣（3分钟）：

1.2.教师播放或讲述：“小河村的小动物们遇到了麻烦！河上的小木桥被大雨冲走了，小兔子、小松鼠都没法去对岸上学和找食物了。村长爷爷想请我们班的小小工程师们帮忙，用身边最容易找到的材料——纸，来设计建造一座新桥！”

2.3.出示“河流”（蓝布条）和“两岸”（积木桥墩），直观呈现工程场景。提问：“我们要造的这座纸桥，最重要的任务是什么？”（引导说出：让小动物安全过河，要能承重。）

4.联系实际，明确要求（5分钟）：

1.5.展示生活中各种桥梁的图片（梁桥、拱桥等），快速浏览。提问：“这些桥有什么共同点？”（都有桥面，架在两岸之间，很结实。）

2.6.发布工程挑战任务：“今天，我们每个工程师小组的任务就是：用这张薄薄的A4纸作为主要材料，制作一个桥面，架在这两个桥墩（指积木）上。这座桥要能承受尽可能多的‘小动物’（指硬币砝码）安全过河！”

3.7.明确约束条件（用图示展示）：

1.4.8.主要材料：1张A4纸。

2.5.9.辅助材料：胶带、剪刀。

3.6.10.桥的跨度：桥墩间距固定为15厘米（用直尺量好并标记）。

4.7.11.成功标准：桥面能平稳架设，并能承载砝码而不接触“河面”（桌面）。

【设计意图】：利用童话故事创设真实、有趣的驱动性问题，迅速激发一年级学生的学习动机。通过观察真实桥梁和发布明确的挑战任务，将学生的兴趣从“做手工”引导至“解决工程问题”，初步建立“需求-功能”意识。清晰的约束条件是开展公平探究的基础。

阶段二：探索前知，启发设计（预计10分钟）

1.初步尝试与认知冲突（4分钟）：

1.2.教师不进行任何形状指导，直接邀请一位学生上台尝试：“如果我就这样把一张平的A4纸直接架在桥墩上，它能承重吗？”请学生预测并尝试放上1个砝码。结果必然是桥面严重下坠甚至塌落。

2.3.提问：“为什么平平的纸直接放上去不行？（太软了）那怎样才能让这张柔软的纸变得‘有力量’，能撑住砝码呢？”鼓励学生自由发表想法（“折一下”、“卷起来”、“叠厚”等）。教师板书关键词：折、卷、叠……

4.“纸的力量”微探究（6分钟）：

1.5.教师演示或播放简短对比实验视频：取两长条相同的纸，一条保持平整，另一条反复折叠成波浪形（瓦楞状）。将它们分别架在两个相同高度的书本上，同时向中间缓慢添加砝码。让学生观察哪条纸先弯曲、哪条纸能承受更多砝码。

2.6.引导学生描述观察到的现象。总结提升：“看，只是改变了纸的形状，把它折成了波浪形，这张纸就像突然拥有了‘超能力’，变得有力多了！工程师们就常常通过改变材料的形状来让它更坚固。”

3.7.展示教师预制的几种形状纸桥模型（瓦楞形、拱形、槽形、圆柱形），让学生直观感知形状的多样性，但不详细解释原理。

【设计意图】：通过制造认知冲突（平纸桥的失败），促使学生主动思考解决方案。简单的对比实验以最直观的方式揭示了本课的核心科学原理——“形状影响承重”，为学生的自主设计提供了关键的知识支架和灵感来源。预制的模型起到开阔思路的作用，避免思维局限。

阶段三：设计规划，动手制作（预计20分钟）

1.个人设计与小组规划（7分钟）：

1.2.分发“我的纸桥设计图”工作单。要求学生先独立在绘图框里画出自己想要的纸桥形状草图。鼓励他们画出桥面的样子（是波浪的？是拱起来的？）。

2.3.在小组内，轮流分享自己的设计图，说说“我为什么要这样设计”。小组讨论，决定选择或融合哪种方案进行第一次制作尝试，并简单分工（谁负责主要折叠、谁负责粘贴固定、谁负责检查等）。

4.安全规范与制作实践（13分钟）：

1.5.教师强调工具安全使用规范（剪刀的传递与使用姿势，胶带节约使用）。

2.6.各小组领取材料，开始制作第一座纸桥。教师巡视，进行个别化指导：

1.3.7.策略性提问：“你打算怎么折出波浪形？”“怎样让桥面在桥墩上放得更稳？”

2.4.8.技术支援：对于操作困难的学生，演示基本的折叠、卷曲技巧。

3.5.9.鼓励创新：对尝试独特形状的小组给予及时肯定。

4.6.10.提醒记录：提醒学生在工作单上简单记录或修改自己的设计。

【设计意图】：“画设计图”是将内部思维可视化的关键步骤，有助于学生理清思路，也是工程设计的必要环节。小组讨论促进想法的碰撞与初步的合作。长时间的动手制作保障了学生深度参与，教师的巡视指导兼顾了共性难点与个性发展，确保探究活动有效推进。

第二课时：纸桥的升级——测试与迭代（40分钟）

阶段四：公平测试，初评效果（预计15分钟）

1.建立测试标准（5分钟）：

1.2.教师统一测试流程与规则，并示范：

1.2.3.搭建：将制作完成的纸桥模型平稳架设在两个标准间距（15cm）的桥墩上。

2.3.4.加载：从桥面中心位置开始，一个一个地、轻轻地添加标准砝码。

3.4.5.观察与记录：当桥面明显弯曲接触到“河面”（桌面）或完全塌陷时，停止加载。记录塌陷前一个时刻的砝码数量，即为该纸桥的承重成绩。

4.5.6.注意：加载过程需平稳，砝码需叠放整齐。

6.7.明确小组内角色：一名操作员（负责放砝码），一名观察员（负责喊停并计数），一名记录员（负责在工作单或大白纸上记录成绩和画下桥的形状），一名汇报员（准备分享）。

8.分组测试与记录（10分钟）：

1.9.各小组在指定测试区按规则进行测试。教师巡回检查测试的规范性，确保公平。

2.10.测试完成后，引导小组讨论：“我们的桥成绩如何？在放重物时，桥的哪个部分最先开始变形？这说明了什么？”

3.11.各小组将最终的纸桥作品（或它的图画）粘贴在小组记录大白纸上，并醒目地标注其承重数量（如“承重：8枚硬币”）。

【设计意图】：统一、公平的测试规则是科学比较的基础，教师的规范示范至关重要。明确的角色分工让一年级的小组活动更有序、全员参与。测试后的即时讨论引导学生从“做了”转向“思考看到了什么现象”，为后续改进埋下伏笔。

阶段五：分析交流，迭代改进（预计15分钟）

1.班级展示与现象分析（8分钟）：

1.2.将各小组的记录大白纸张贴在展示板上，举办“小小纸桥博览会”。教师引导全班观察、比较：

1.2.3.“哪些形状的纸桥看起来最受欢迎？”（统计瓦楞形、拱形等的数量）

2.3.4.“承重冠军是哪个桥？它是什么形状的？”

3.4.5.“承重较多的桥，在形状上有什么共同点？”（引导学生发现：增加了厚度、变成了拱形或波浪形、有侧面支撑等。）

5.6.教师结合冠军作品，用更形象的语言总结提升：“看，把纸折成很多道褶，就像给纸桥穿上了‘百褶裙’，力量分散了，就更结实了。卷成圆筒形，就像一根小柱子，也能撑起很多重量。”

7.反思与再设计（7分钟）：

1.8.提问：“如果你的桥第一次承重不够多，根据刚才的发现，你打算怎样改进它？你是想加固原来的形状，还是想尝试一种全新的形状？”

2.9.给学生发放第二张A4纸。各小组基于测试结果和观察学习到的经验，讨论制定“纸桥升级方案”，可以修改原作品，也可以重新制作一个全新的设计。

3.10.学生进行第二次制作与快速测试，验证改进效果。

【设计意图】：这是本节课思维升华的关键环节。通过集体分析测试数据，引导学生从个体经验走向规律性认知，在教师帮助下初步归纳“形状影响承重”的结论。“改进”环节完美诠释了工程设计的迭代本质，让学生体验基于证据的优化过程，培养不畏失败、持续优化的科学态度。

阶段六：总结拓展，关联生活（预计10分钟）

1.总结梳理工程流程（4分钟）：

1.2.教师引导学生一起回顾：“我们这两天像真正的工程师一样工作了。我们首先遇到了一个什么问题？（小动物需要桥）然后我们做了什么？（设计并制作了模型）接着呢？（进行了严格的测试）最后呢？（根据测试结果改进我们的设计）”

2.3.在黑板上用简单图示梳理流程：问题→设计→制作→测试→改进。强调这是一个可以循环的过程。

4.知识迁移与生活应用（4分钟）：

1.5.展示生活中运用类似原理的物品图片：瓦楞纸箱、拱形屋顶、水管、蜂窝结构等。

2.6.提问：“这些物品为什么也要做成这样的形状？”（为了更坚固、更节省材料。）

3.7.小结：“看，科学和工程的智慧就藏在我们的生活里。改变形状就能改变物体的力量，这个发现太有用了！”

8.整理与评价（2分钟）：

1.9.组织学生安全收纳工具，整理废纸，清洁桌面。

2.10.鼓励学生进行简单的自我评价：“我给自己的设计创意打几颗星？我给小组的合作打几颗星？”

【设计意图】：系统回顾完整的工程实践流程，帮助学生在体验的基础上形成结构化认知。联系生活实际进行拓展，让学生体会到所学知识的广泛应用价值，深化理解。整理环节培养良好的实验习惯，简单的自评互评促进学生元认知发展。

六、教学评价设计

采用“嵌入式评价”与“总结性评价”相结合的方式，贯穿教学全过程。

1.过程性表现评价（嵌入教学各环节）：

1.2.观察记录：教师利用巡视记录表，关注学生在“提出问题”、“设计表达”、“工具使用”、“合作交流”、“测试专注度”、“改进意愿”等方面的行为表现，给予即时口头评价或标志物奖励。

2.3.作品与工作单分析：“我的纸桥设计图”工作单反映了学生的初步设计思维和观察记录能力。最终的纸桥模型是其实践能力与问题解决能力的综合体现。

4.总结性评价（课时末）：

1.5.承重测试成绩：作为纸桥功能性的客观量化指标。

2.6.“纸桥博览会”分享：评价学生表达、交流与反思的能力。

3.7.简易评价量表（小组用）：

评价项目

★★★（很好）

★★（不错）

★（加油）

我们的纸桥

形状独特，承重优秀

能完成承重任务

需要更多改进

我们的合作

分工明确，互相帮助

能一起工作

需要更多配合

我们的想法

能说出设计改进原因

能描述制作过程

需要更多思考

七、教学特色与创新点（反思与前瞻）

1.低龄化工程启蒙的典范：成功地将复杂的工程思维（设计思维、迭代优化）简化为适合一年级学生认知水平的具身体验活动。整个流程完整、清晰，符合低年级学生的心理节奏。

2.驱动性问题引领深度参与：以“帮小动物造桥”这一富有同情心和挑战性的故事贯穿始终