小学科学二年级（下）《探秘不倒翁》跨学科项目式教案

小学科学二年级（下）《探秘不倒翁》跨学科项目式教案

一、教材与学情分析

（一）教材分析：大单元视域下的精准定位【基础】

本课内容在教科版科学二年级下册《玩磁铁》单元之外，属于基于新课标理念自主研发的STEM项目课，其核心知识点紧扣物质科学领域“物体的运动”中关于“平衡”与“稳定性”的萌芽概念。教材处理上，摒弃了传统的单一原理灌输，将其重构为“发现秘密—验证原理—设计制作—优化创新”的微项目化学习单元。通过引入“不倒翁”这一经典的中国民间玩具，旨在引导学生从“玩”中“思”，从“做”中“悟”，将抽象的“重心”与“稳定”概念具象化，体现了“大单元建构下指向素养发展”的教材观-10。本课内容起到了承上启下的作用，既承接了生活中常见的推、拉、摇、滚等运动现象的感知，又为后续学习“物体的平衡”、“力的测量”乃至高年级的“简单机械”埋下伏笔。

（二）学情分析：基于前概念的精准诊断【重要】

1.认知起点：二年级学生（7-8岁）对“不倒翁”这种玩具有着丰富的感性经验，但处于“知其然不知其所以然”的阶段。他们普遍能发现“不倒翁底下是圆的”、“下面很重”，但对“重心越低越稳定”的科学原理缺乏系统认知。这正是宝贵的教学起点，即学生的前概念-10。

2.思维特征：该学段学生以具体形象思维为主，逻辑抽象思维刚刚萌芽。他们好奇心强，但有意注意时间短（约15-20分钟）；乐于动手，但精细动作和手眼协调能力尚在发展期；喜欢表达，但语言描述往往不够精准，缺乏因果逻辑-10。

3.能力基础：通过一年的科学课学习，学生已初步具备简单的观察（看、摸、闻）能力和小组合作的意识。但在“控制变量进行对比实验”、“用科学词汇记录发现”以及“根据测试结果优化产品”的工程思维方面，尚处于启蒙阶段，需要教师搭建“脚手架”进行引导。

二、教学目标与核心素养

基于2022年版《义务教育科学课程标准》中“科学观念、科学思维、探究实践、态度责任”四大核心素养维度，设定本课教学目标如下：

（一）科学观念【基础】

1.知道物体都有一个重心；明白“上轻下重、底部半球形”的结构能使物体更稳定，即重心越低越稳定。

2.理解调整重心位置可以改变物体的平衡状态。

（二）科学思维【非常重要】

3.能够通过观察、比较、概括出不倒翁不倒的特征（底部形状、内部结构）。

4.能够运用分析、推理的方法，解释生活中“难以推倒”的物体（如台灯、灯塔、落地扇）与不倒翁原理的相似性，实现知识迁移。

（三）探究实践【非常重要】【高频考点】

5.能够通过拆解观察和对比实验，经历“问题—假设—验证—结论”的科学探究过程，初步学习控制变量的实验方法（如对比有无重物的不倒翁）。

6.能够运用所学原理，选择合适材料（蛋壳/半球、橡皮泥、装饰材料），设计并制作一个“既美观又稳固”的不倒翁。

7.能够通过测试环节，发现作品问题（推倒、歪斜），并运用原理进行针对性改进与优化。

（四）态度责任【热点】

8.在对传统玩具的探究中，培养热爱祖国传统文化的情感；在小组合作中，养成乐于交流、倾听、反思的习惯。

9.通过不断的测试与改进，培养敢于尝试、不怕失败的工程师精神和严谨求实的科学态度。

三、教学重难点

（一）教学重点【重要】

通过探究活动，发现并理解不倒翁“上轻下重、底部半球形”的不倒原理。

（二）教学难点【难点】

理解“重心”这一抽象概念，并能运用“重心越低越稳定”的原理解释现象和优化制作。

四、教学准备

（一）教师准备：教学用大号不倒翁（可拆解式）、自制对比演示器（底部平底与圆底的对比模型）、希沃课件（含原理动画解析、科技馆相关视频片段-8）、微课《制作我的不倒翁》、班级记录大表。

（二）学生分组器材（每组一份）：

1.探究材料：神秘袋（内装正常不倒翁、底部无配重的不倒翁、方底配重块）、托盘。

2.制作材料（方案A与方案B二选一）：A套（传统式）：经过打磨的光滑空蛋壳、橡皮泥、剪刀、彩笔、圆形卡纸（做帽子）；B套（创意式）：半球形塑料罩（如巧克力包装壳）、螺丝帽/金属垫圈（配重）、双面胶、超轻黏土、装饰用羽毛/眼睛贴纸-9。

3.工具：抹布、回收盒。

五、教学实施过程（核心环节）

（一）情境导入：谜语激趣，聚焦问题（5分钟）

1.谜语引入，唤醒经验：【基础】

教师利用希沃白板呈现谜语：“一个老头，不跑不走；请他睡觉，他就摇头。请他躺下，他就起身；摇摇摆摆，精神抖擞。”（谜底：不倒翁）

学生猜出谜底后，教师顺势从讲台下拿出一个憨态可掬的“大熊猫”不倒翁，邀请几位学生上台“挑战”——用手推倒它。通过“推不倒”、“总是站起来”的现场互动，迅速点燃学生的好奇心和探究欲。

2.提出核心驱动问题：

教师在熊猫不倒翁被学生反复推摇却总能复位时，引出本课的核心探究问题：“同学们，为什么这个熊猫爷爷怎么推都不倒呢？这里面藏着什么‘魔法’？今天，我们就来当一回小小科学家，一起‘探秘不倒翁’。”

【设计意图】以儿童喜闻乐见的谜语和游戏切入，符合低年级学生的心理特点，迅速抓住注意力。通过挑战任务，将学生的生活经验转化为待探究的科学问题，明确学习任务，激发内在动机-1。

（二）探究发现：对比观察，建构概念（15分钟）

1.初次观察：感知外部特征——发现“圆圆的”

教师为每组发放一个完整的、外观漂亮的传统不倒翁（内部已配重）。提出观察要求：“请小朋友们用眼睛看，用手摸，用耳朵听，看看不倒翁长什么样？它和我们平时玩的布娃娃有什么不一样？”

学生小组观察后汇报。教师引导学生归纳并板书关键词：底部是半球形（圆圆的）、轻轻一推就摇摆、晃动的幅度大但不倒等。【重要】

2.深入探究：拆解内部秘密——发现“重重的”【非常重要】【难点突破】

（1）制造认知冲突：教师展示两个特殊的不倒翁（A号：外观与刚才的一样，但内部是空心的；B号：底部是平的，但内部有重物）。先让学生猜测这两个是否也“推不倒”，然后请学生上台验证。结果发现A号一推就倒，B号也站不稳。

（2）引发猜想：为什么同样是圆圆的底，有的倒，有的不倒？秘密在哪里？

（3）动手拆解验证：教师引导学生打开不倒翁底部的“小盖子”或者通过透明的模型进行观察。学生惊讶地发现：“里面有东西！”“底下藏着橡皮泥/铁块！”

（4）概念初建：教师利用课件动画，将抽象的“重心”概念可视化——用一个闪烁的红点代表物体重量的中心。当重物在底部时，红点在下方；当重物取出时，红点在中部。引导学生用儿童化的语言总结：“原来，不倒翁的秘密是——下面重、上面轻，再加上一个圆圆的肚子，它就站得稳稳的了！”

3.类比迁移：寻找“不倒翁”家族

教师出示一组图片：稳稳站立的大犀牛（腿短身粗）、工作中的落地扇（沉重的底座）、灯塔、带着大底座的路灯。引导学生讨论：“它们为什么也很难被推倒？它们和不倒翁有哪些地方长得像？”【热点】【跨学科视野】

学生发现它们都有“大大的、重重的脚”和“相对轻的上半身”。教师顺势点明科学原理：这就是“上轻下重，重心越低，物体越稳定”。【非常重要】

【设计意图】此环节严格按照“观察—猜测—验证—结论”的探究逻辑推进-1。通过对比实验，让学生初步感知“控制变量”的思想（有无重物）。利用拆解和动画，将不可见的“重心”转化为可见的“红点”和“重物”，有效化解了低年级理解“重心”的认知难点。最后链接生活，实现了科学概念的迁移和应用。

（三）设计制作：应用原理，动手实践（20分钟）【非常重要】【高频考点】

1.工程任务发布：

“我们已经知道了不倒翁的魔法秘密。现在，‘玩偶工厂’接到了一个新订单——要制作一批可爱的‘彩蛋不倒翁’。请小小工程师们以小组为单位，利用材料，设计并制作出一个既符合科学原理（推不倒），又漂亮的作品。”

2.明确材料与设计要点：

教师通过实物投影展示每组托盘里的材料，引导学生思考：“根据我们刚学的‘上轻下重’的原理，我们应该把重的东西（橡皮泥/螺丝帽）放在哪里？”（学生回答：放在最底下，粘在蛋壳底部正中央！）

教师播放微课《制作我的不倒翁》，重点提示三个关键步骤与技巧：

（1）配重要准【难点】：重物必须固定在半球体的最底部中央。橡皮泥要压紧、压实，防止晃动。

（2）配重要够：太少，太轻，重心不够低；太多，太重，也可能站不稳。需要反复测试。

（3）装饰要轻：上面的装饰材料（帽子、眼睛、头发）要尽量选用轻质材料（如卡纸），否则会把重心重新拉高。

3.学生分组设计与制作，教师巡回指导。

（1）探究实践中的思维显性化：【重要】

教师在巡视过程中，不是直接帮学生做，而是不断用问题驱动思考：

当发现学生把橡皮泥粘在蛋壳侧面时，教师问：“你这样粘，不倒翁会不会变成一个‘歪脖子’？你推推看，它往哪边倒？”

当学生往蛋壳顶部贴了很多超轻黏土做头发时，教师问：“你这样装饰，相当于把‘重物’又放到了哪里？再试试能不能站起来？”

（2）跨学科融合：【热点】

在学生进行装饰时，教师引导其结合美术课上学的色彩搭配和对称图案。教师展示几个范例：京剧脸谱不倒翁、青花瓷不倒翁，鼓励学生在蛋壳上进行创意绘画，将中华优秀传统文化元素融入科学作品-5-10。

4.初步测试与记录：

完成基础组装后，学生在组内进行第一次“推一推”测试。如果失败了，引导学生回到“配重”环节进行调整，而不是急于装饰。

（四）展示评价：多元评价，迭代优化（8分钟）【重要】【高频考点】

1.闯关测试——“金鸡独立”挑战赛：

教师宣布测试规则：（1）科学稳定性测试：将不倒翁放在桌面，用手指轻推三次，如果每次都摇摇晃晃但最终能自己站稳，即算通过原理关。（2）艺术创意展示：介绍自己作品的名称和设计理念。

2.展示与评价（体现“教-学-评”一致性）：

每组代表上台展示，先进行科学测试，再进行创意介绍。评价方式采用多元融合的方式：

（1）教师评价：从科学原理（配重位置是否精准）、制作工艺（是否牢固美观）两方面进行点评，指出优点和改进建议。

（2）学生互评：由学生担任“质检员”，通过举牌（笑脸牌）的方式表达是否认可该作品通过“稳定性测试”。引导学生关注“推倒后能否复位”这一关键指标，而不是只看外观是否漂亮。

（3）评价量表维度【非常重要】：

|评价维度|评价标准|等级（★）|

|:---|:---|:---|

|科学性|重物固定在底部正中，上轻下重，推不倒。||

|技术性|连接牢固，摇晃时部件不脱落。||

|艺术性|色彩搭配协调，造型有创意，体现美感。||

|合作性|小组分工明确，共同完成任务。||

3.诊断与改进：

针对测试中失败的作品（如推倒、摇晃幅度过大不稳），师生共同进行“会诊”。例如：“这个蛋壳不倒翁为什么一推就倒？可能是因为橡皮泥太少了，也可能是橡皮泥没粘在正中间。”引导学生提出优化方案，进行二次调整。教师鼓励学生：“科学家和工程师都是在一次次失败中找到正确答案的，改进后的作品会更棒！”

（五）拓展延伸：走向生活与科技（2分钟）

1.科技链接——科技馆里的不倒翁：

教师播放益阳市科技馆或沂水县科技馆关于“熊猫不倒翁”和“重心与平衡”的科普视频片段-8-9，展示大型、复杂的平衡装置，让学生感受科学原理在科技展示中的震撼应用，拓宽视野。

2.课后挑战——“平衡鸟”大搜索【跨学科】【热点】

教师出示“平衡鸟”（嘴尖立在支架上，身体悬空却能保持平衡）的图片或视频，引发新的认知冲突：“这只鸟看起来全身都是轻的，为什么只靠嘴巴尖就能立住？它的秘密和不倒翁一样吗？请大家回家后，可以和爸爸妈妈一起查资料、动手做一个平衡鸟玩具，下节课我们再来交流。”

【设计意图】拓展环节将课堂所学延伸至课外，通过科技馆实例和更高难度的“平衡鸟”挑战，保持了学生对科学探索的持续兴趣，体现了“科学教育做加法”的理念，将探究从课内引向课外，从科学引向技术与工程-3-4。

六、板书设计

探秘不倒翁——科学原理与工程实践

不倒翁的秘密

（学生作品展示区/磁力贴）

形状：底部半球形（圆圆的）

结构：上轻下重（重重的）

科学原理：重心低更稳定

生活链接：灯塔落地扇大犀牛

七、教学反思与预设

（一）预设与对策：

1.预设一：学生在固定配重时，很难恰好固定在底部正中央，导致不倒翁歪斜。

对策：这是正常的试错过程。教师此时应引导学生观察“不倒翁往哪边歪？”，让学生推理出“重物在哪一边，哪边就重，就会往那边倒”，从而引导其动手调整橡皮泥位置。这正是将错误转化为教学资源，深化对“重心与平衡”的理解。

2.预设二：个别小组为了美观，装饰物过重，导致重