小学科学一年级下册《校园模型设计师》项目式学习教案

小学科学一年级下册《校园模型设计师》项目式学习教案

一、设计理念与理论依据

（一）核心设计理念

本教案以《义务教育小学科学课程标准（2022年版）》为根本遵循，深度融合“STEM+”教育理念与项目式学习（PBL）模式，旨在打破传统分科教学的壁垒，构建一个以工程实践为载体、科学探究为主线、数学与艺术人文自然渗透的跨学科学习场景。我们秉持“儿童是主动建构者”的建构主义学习观，将学习情境锚定于学生最熟悉的校园环境，通过“设计—制作—优化”的真实工程任务，驱动学生在解决复杂问题的过程中，主动建构关于物体特征、材料属性、空间结构与工程设计流程的核心概念与关键能力。

本设计超越了单纯的手工制作课，定位为小学低年级学生的启蒙性工程实践与系统思维训练。它强调“像科学家一样思考，像工程师一样工作”，引导学生在“做中学”“创中学”，经历完整的工程设计循环（明确问题—构思方案—选择材料—制作测试—改进优化—交流评价），初步体验科学、技术、工程与数学的有机联动，培养其解决问题的毅力、协作沟通的能力以及珍视劳动成果、热爱校园的情感态度。

（二）理论框架与学段适配性

1.认知发展理论适配：针对一年级学生（6-7岁）具体形象思维占主导、注意力持久性有限但好奇心和动手欲望强烈的心理特点，教学设计遵循“具身认知”原则。所有抽象概念（如结构、稳定性）均通过直接操作、感官体验（看、摸、比、搭）来获得意义。任务分解为小步子，提供丰富的可视化支持（图片、实物、示范视频），确保学生在“最近发展区”内获得成功体验。

2.学习科学前沿融入：引入“设计思维”的简化流程（共情—定义—构思—原型—测试），即便在低年级也渗透以人为本、迭代优化的现代创新思维。同时，借鉴“形成性评价”理念，将评价贯穿于学习全过程，通过观察、提问、作品分析、学生互评等多种方式，动态评估并支持学生的学习。

3.跨学科整合图谱：

1.4.科学（S）：观察与描述校园建筑、设施的形状、大小、相对位置；探究不同材料（如纸板、泡沫板、木棍）的硬度、可塑性、连接特性；理解简单结构（如底座、立柱）的稳定性。

2.5.技术（T）：安全使用剪刀、胶水、胶带等工具进行裁剪、粘贴、固定；体验从设计图到实物的“物化”过程。

3.6.工程（E）：经历完整的微型工程设计流程，解决“如何用合适材料表现校园特征并让模型稳固”的核心工程问题。

4.7.数学（M）：直观比较物体的长短、高矮、大小；识别基本图形（方形、圆形等）；建立前后、左右、远近等空间方位概念；进行非标准单位的简单测量（如“用几根小木棍高”来表示楼房高度）。

5.8.艺术与人文（+）：注重模型的布局美感和色彩搭配；通过制作深化对校园空间的认知与情感归属。

二、学情分析

（一）知识与经验起点

1.优势基础：学生已在本册教材前序单元学习了“观察物体”、“身边的材料”等内容，具备了初步的观察、比较和简单描述物体外部特征的能力。他们对校园环境极为熟悉，对教学楼、操场、旗台、大树等有丰富的感性认识。多数学生有玩积木、拼图、橡皮泥等建构类游戏的经验，具备初步的平面拼搭和立体组合的动手能力。

2.潜在困难与迷思概念：

1.3.空间表征困难：将立体的三维空间转化为二维的平面设计图，再转化为缩小的三维模型，涉及复杂的空间思维转换，对一年级学生是巨大挑战。他们容易忽略物体的相对位置和比例关系。

2.4.材料选择盲目性：对材料的功能性特性（如承重性、易塑性）认识模糊，可能仅凭颜色、喜好选择材料，导致制作受阻（如用薄纸做承重柱）。

3.5.工程思维雏形：缺乏系统的规划意识和步骤观念，容易急于动手制作，导致作品粗糙或半途而废。对“测试-改进”环节的价值认识不足。

4.6.精细动作与耐力局限：使用工具进行精细裁剪、粘贴需要较好的手眼协调能力，部分学生可能存在困难。长时间专注一项任务需要教师巧妙设计环节以维持兴趣。

（二）差异化教学支持策略

针对以上分析，本设计采取“分层任务、支架引导、合作互补”的策略：

1.对于空间感较弱的学生：提供带有校园主要区域轮廓的底板图作为“半成品”支架；鼓励先用立体积木块进行“预搭建”，再替换为正式材料。

2.对于材料选择困难的学生：提供“材料探索包”，设置“材料测试站”，让学生在实践中对比不同材料的特性。

3.强化工程流程意识：将流程可视化，设计成“闯关卡”或“设计日记”，让学生每完成一步都进行记录与打卡，固化工程思维习惯。

4.精细动作支持：提供安全型辅助剪刀、预切割部分形状、使用更容易控制的胶棒或点胶笔；安排“小能手”同伴互助。

三、教学目标

（一）科学概念目标

1.能基于观察，用语言或图画描述校园里主要建筑物、设施的形状、大小和相对位置等显著特征。

2.通过动手操作，知道不同材料（如硬纸板、泡沫板、吸管）在硬度、厚度、易剪贴等方面的特性不同，并能根据制作需求（如做墙壁、做旗杆）初步选择合适的材料。

3.理解“底座大而稳”、“支撑点要牢固”等简单结构稳定性的原理，并能在模型制作中尝试应用。

（二）科学探究与工程实践目标

1.经历从观察校园、绘制草图、选择材料到合作制作模型的完整过程，初步了解工程设计的基本步骤。

2.能利用图画、简单符号完成一份包含至少2-3个校园元素的简易设计草图。

3.能使用剪刀、胶水等工具，运用粘贴、插接等简单方法，将设计意图转化为实物模型。

4.能对自己或他人的模型作品进行简单的测试（如轻轻吹气看是否稳固）和评价，并提出一条改进建议，体验迭代优化的过程。

（三）科学态度与STSE（科学-技术-社会-环境）目标

1.在制作模型中，培养细心、耐心和不怕困难、乐于合作的态度。

2.发展乐于分享、认真倾听他人想法的交流习惯，尊重他人的劳动成果。

3.通过制作校园模型，增进对校园空间布局的理解，激发对校园的热爱与归属感。

4.初步建立“利用合适材料和工具可以制作物品来解决实际问题”的技术意识，以及“设计可以不断改进”的创新意识。

四、教学重点与难点

1.教学重点：

1.2.引导学生经历“观察—设计—选材—制作—改进”的完整项目流程。

2.3.指导学生在制作实践中，根据物体特征和功能需求，初步选择合适的材料与方法。

4.教学难点：

1.5.帮助学生将三维的校园空间认知转化为二维设计草图，并能依据草图进行立体制作。

2.6.引导学生有意识地对作品进行稳定性、美观度的测试与评估，并主动思考改进方案。

五、教学准备

（一）教师准备

1.多媒体资源：

1.2.校园全景及各角落（教学楼、操场、花坛、校门等）的高清照片或短视频。

2.3.简易建筑模型（如用纸盒做的房子）和不同结构稳定性对比的微课动画（30秒）。

3.4.《小小设计师工作流程》动画短片。

5.工具与材料（按小组分配）：

1.6.基础材料包：多种颜色的硬卡纸、海绵纸/泡沫板（厚度约3-5mm）、吸管、冰棒棍、轻质黏土。

2.7.连接辅料：儿童安全剪刀、胶棒、双面胶、透明胶带、白乳胶（小瓶装）、可水洗颜料及画笔。

3.8.支撑与底板：A3大小的厚纸板或KT板作为模型底板、小纸盒、圆柱形小木棍或粗吸管。

9.环境与支架材料：

1.10.“材料特性探索卡”（图文结合，展示不同材料的软硬、承重等特点）。

2.11.“我们的设计图”小组记录单（印有校园边界简图的底板，供学生绘制元素）。

3.12.“模型制作闯关卡”/“设计日记”（包含观察、设计、选材、制作、测试、改进等步骤的打卡记录表）。

4.13.“校园模型展览会”评价表（采用星级或笑脸等直观图案）。

（二）学生准备

1.课前在老师或家长带领下，有目的地在校园内走一走，重点观察自己喜欢的2-3处地方，思考它们的样子和位置。

2.准备一个鞋盒盖或硬纸板作为个人练习底板。

3.穿戴适合手工活动的衣物。

六、教学实施过程（总计约3-4课时，建议连排）

第一课时：启动项目·观察校园与初步设计

环节一：情境导入，发布“设计师”任务（时长：15分钟）

1.情境创设：

1.2.教师播放一段充满童趣的动画短片：城市规划局收到了一个特别的任务——为来自外星球的友好访客制作一个精美的“地球小学微缩模型”，让他们能快速了解地球小朋友的学习环境。动画主角向全班发出邀请：“我们需要最棒的小学模型设计师！”

2.3.教师化身“项目总监”，出示“校园模型设计师”聘书，正式发布项目任务：“同学们，我们能否为访客制作一个能展现我们校园美丽与特色的立体模型呢？”

4.问题聚焦与头脑风暴：

1.5.核心问题驱动：“我们的校园里有什么？它们是什么样子的？在哪个位置？”

2.6.学生自由发言，教师将关键词（如“高高的教学楼”、“圆形的花坛”、“长长的跑道”）板书或贴在黑板上，并同步展示对应的实物照片。

3.7.引导学生思考：“要把这么大的校园做成放在桌子上的模型，我们需要先做什么？”（引出“观察”和“设计”）。

环节二：深度观察，学习表征方法（时长：20分钟）

1.观察方法指导：

1.2.教师展示校园全景照片，教授观察“法宝”：一看“形状”（是什么图形？），二比“大小”（哪个大哪个小？），三找“位置”（它在哪？旁边是什么？）。

2.3.小组活动：“我是校园观察员”。每组重点观察一张局部照片（如操场区），合作讨论并汇报其核心特征。

4.从观察到草图：空间转化启蒙：

1.5.教师演示：将一个实物小纸盒放在桌子上，提问“从上面看下去，它在你纸上应该画成什么形状？”引出“俯视图”概念。

2.6.微型挑战：学生在自己的“设计日记”上，尝试画出刚才小组观察的局部区域的“俯视图草图”。允许用简单图形和符号表示。教师巡回指导，鼓励“画得像不像没关系，能让你自己明白就行”。

7.设计任务发布：

1.8.教师出示“我们的设计图”小组记录单（印有校园边界和主干道轮廓的底板）。

2.9.布置课后小组任务：小组商量，决定在模型上表现校园的哪3-4个最有特色的地方，并在这张底板上用画图或贴符号的方式，标出它们的大概位置。

第二课时：知识建构·探究材料与设计深化

环节一：材料工程师——探索材料的秘密（时长：25分钟）

1.材料博览会：

1.2.各小组工作台上摆放“材料探索包”。教师引导：“要做模型，我们需要各种材料。这些材料有什么本领呢？”

2.3.学生通过“摸一摸”、“弯一弯”、“剪一小条试试”等方式，自由探索卡纸、泡沫板、吸管等材料的软硬、厚薄、是否容易剪贴等特性。

4.结构化探究与记录：

1.5.教师出示“材料测试站”任务卡：“任务一：哪种材料立起来最不容易倒？（做柱子）”；“任务二：哪种材料最容易剪出窗户的形状？（做墙面）”。

2.6.小组分工进行小测试，并将发现用打钩或画图的方式记录在“设计日记”的“材料发现”页。

3.7.分享交流：各小组汇报发现，师生共同总结出如“泡沫板厚，立得稳但不好剪”、“卡纸容易剪，但太薄立不住”、“吸管又轻又长，适合做旗杆”等经验性结论。

环节二：深化设计，绘制施工图（时长：20分钟）

1.设计评审会：

1.2.各小组展示上节课完成的设计草图（标有元素位置的底板图）。小组代表介绍：“我们计划做……，放在这里。”

2.3.师生共同评议，提问引导：“教学楼和旗台哪个应该更高？”“操场那么大，我们的底板放得下吗？怎么表示？”引导思考比例和布局的简化处理。

4.从布局图到施工图：

1.5.教师示范：针对其中一个元素（如教学楼），思考“它用什么材料做？（纸盒）”、“怎么让它站起来？（粘在底板上）”、“窗户怎么做？（画上去或剪贴）”。将此思考用极简的图画和关键词标注在草图旁边。

2.6.小组合作，为本组的3-4个设计元素，分别讨论并记录制作方法和材料选择，完成“设计日记”中的“制作计划”部分。教师提供“材料特性探索卡”作为参考支架。

第三、四课时：制作与优化·合作构建与迭代完善

环节一：明确规则，开工制作（时长：60分钟，跨两课时）

1.安全与规则教育：

1.2.观看《工具使用小守则》微视频，复习剪刀安全用法、胶水适量使用、垃圾即时入袋等规则。

2.3.明确小组分工建议（如：材料员、剪切师、搭建师、美化师），鼓励轮流尝试不同角色。

4.分层制作指导：

1.5.基础任务：所有小组完成底板布局，并至少稳固制作出两个核心建筑/设施。

2.6.进阶挑战：鼓励完成全部设计元素，并尝试添加装饰（如用黏土做小树，画上跑道线）。

3.7.个性支持：教师巡回指导，针对不同小组问题提供差异化帮助：

1.4.8.对于结构不稳定的小组，引导其思考“底座够大吗？”“粘得牢吗？”，演示加固方法。

2.5.9.对于布局混乱的小组，引导其回看设计图，调整元素位置。

3.6.10.对于进度快的小组，挑战其思考“如何让我们的模型更逼真/更有创意？”

11.过程性记录与问题墙：

1.12.鼓励学生在“设计日记”中随时记录制作过程、遇到的困难或新想法。

2.13.设立“问题墙”，小组可以将无法解决的困难写在便签上贴出，其他小组或教师可以提供“妙招贴”回应。

环节二：测试优化与成果展示（时长：40分钟）

1.模型测试中心：

1.2.制作基本完成后，进入“测试优化”环节。教师出示测试标准（图示）：

1.2.3.稳定性测试：轻轻对着模型吹一口气，观察是否有部分容易倒下。

2.3.4.完整性测试：对照设计图，检查计划做的部分是否都完成了。

3.4.5.美观度自评：自己觉得好看吗？颜色搭配怎么样？

5.6.小组根据测试结果，进行最后的加固、修补或美化。这是渗透“迭代优化”工程思想的关键环节。

7.校园模型博览会：

1.8.各小组将最终作品放置在展示区，并为其命名（如“阳光小学微缩乐园”）。

2.9.小组派“讲解员”向参观者（其他小组同学、邀请的班主任或家长代表）介绍模型特色、设计亮点和制作过程中遇到的有趣故事。

3.10.开展“互评互学”：参观者使用“点赞贴纸”为自己喜欢的作品或细节投票（如“最稳固结构奖”、“最美色彩奖”、“最有创意奖”）。

环节三：总结反思，项目升华（时长：20分钟）

1.回顾工程之旅：

1.2.教师引导学生一起回顾从观察、设计、选材到制作、优化的全过程，利用流程图梳理步骤，强化工程思维。

2.3.小组分享“设计日记”，重点谈谈“我们遇到的最大困难是什么？是怎么解决的？”“如果再有一次机会，我们会怎样做得更好？”

4.概念提炼与情感升华：

1.5.教师总结提升：“通过这次项目，我们不仅成为了小小模型设计师，还发现了材料的奥秘，学会了让结构更稳固的方法。更重要的是，我们用双手创造了校园的缩影，它承载着我们对学校的热爱。”

2.6.延伸思考：我们的模型还可以如何改进？它可能有什么实际用途？（如用于新生参观介绍、校园改造方案讨论等）。鼓励有兴趣的学生在课后继续完善。

七、教学评价设计

本教案采用“贯穿过程、多元主体、发展导向”的评价体系。

1.过程性评价（占比60%）：

1.2.观察记录：教师通过巡回指导，记录学生在观察、讨论、探究、制作、合作等环节的表现，重点关注其科学探究兴趣、工具使用规范性、问题解决策略和合作沟通情况。使用检核表进行记录。

2.3.“设计日记”分析：评估学生设计草图的合理性、材料选择的思考过程、制作记录的真实性以及反思的深度。这是洞察学生思维过程的重要窗口。

3.4.“问题墙”与“妙招贴”：评价学生发现、提出问题和尝试解决问题的能力。

5.成果性评价（占比40%）：

1.6.模型作品评价：使用量规（Rubric）进行评价，维度包括：

评价维度

★★★（优秀）

★★（良好）

★（加油）

设计与规划

设计图清晰，与实际作品高度吻合，有明确规划。

有基本设计，作品与设计大体一致。

设计简单或与最终作品关联不大。

材料运用

能根据物体特性熟练选择合适材料，运用巧妙。

材料选择基本合适，能完成制作。

材料选择不当，影响制作效果。

制作工艺与稳固性

结构稳固，粘贴整齐牢固，细节处理较好。

结构基本稳固，制作尚可。

结构易散，制作粗糙。

协作与完成度

小组分工明确，合作高效，完全实现设计目标。

能合作完成大部分制作任务。

合作不畅，完成度较低。

2.7.博览会展示与讲解：评价小组展示成果的积极性、讲解的清晰度和团队协作精神。

8.学生自评与互评：

1.9.设计简易的“我的学习收获”自评卡，用画笑脸/选择的方式，让学生评估自己“是否认真观察了？”“是否参与了讨论？”“是否安全使用工具了？”等。

2.10.互评主要通过在“模型博览会”上用贴纸投票的形式进行，聚焦于欣赏与学习。

八、板书设计（主板书随教学过程动态生成）

校园模型设计师

（项目式学习）

观察员→设计师