《天然材料与人造材料：一场材料的探索之旅》-小学三年级科学教学设计

《天然材料与人造材料：一场材料的探索之旅》——小学三年级科学教学设计

一、指导思想与理论依据

  本教学设计以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为根本遵循，立足于发展学生核心素养，特别是“物质科学”领域中的核心概念——“物质的结构与性质”。教学设计深度融合“项目式学习”与“探究式学习”理念，以“未来材料工程师”为项目情境，引导学生像科学家一样思考，像工程师一样实践。

  理论层面，主要依据建构主义学习理论，强调学习者在与环境和材料的互动中主动建构知识。同时，借鉴“5E”教学模式（参与、探究、解释、精致、评价）组织学习活动流程，确保学生在环环相扣的探究活动中，经历从现象观察、比较归纳、成因推理到创新应用的科学思维全过程。设计还融入了“STEM”教育理念，将科学探究、技术应用、工程设计与艺术审美相结合，旨在培养学生解决真实世界复杂问题的综合能力与创新思维。

二、教学背景分析

  （一）教材内容分析

  “材料”是物质科学领域的基础主题，是学生理解物质世界的重要起点。在苏教版小学科学三年级下册的编排体系中，本单元承接了上学期对“物体”与“物质”的初步感知，具体聚焦于“材料”这一层级，是学生建立“物质观”的关键一环。教材通过对比天然材料与人造材料，引导学生认识材料的多样性、来源及其与人类生产生活的关系，为后续学习材料的性质、资源的利用与保护等内容奠定基础。本课内容具有承上启下的枢纽作用，且与工程技术与人类社会发展紧密相连，易于开展跨学科拓展。

  （二）学生情况分析

  三年级学生处于具体运算思维阶段，好奇心强，乐于动手操作和观察，对身边的事物和材料有天然的亲近感。他们已经具备初步的观察、比较和简单分类的能力，能够用语言或图画描述物体的特征。然而，他们的抽象概括和因果推理能力尚在发展中，对材料“来源”的理解可能停留在表面，对材料加工、改造过程中所涉及的科学原理和技术工艺缺乏系统认识。同时，学生的合作意识和持久探究能力有待在任务驱动下进一步引导和培养。基于此，教学需提供大量直观、可操作的实物，创设富有挑战性和趣味性的任务，引导他们在“做中学”、“思中悟”。

  （三）跨学科联系分析

  1.技术与工程：探究人造材料的制造过程，模拟简单的材料加工或设计任务，理解技术如何满足人类需求。

  2.社会科学：探讨不同材料的使用如何反映不同历史时期和地域文化的特点，理解材料与人类社会发展的相互作用。

  3.艺术：感受不同材料的质感、色彩、形态之美，利用材料特性进行创意拼贴或模型制作。

  4.语文：通过阅读材料相关的科普短文，撰写观察记录或产品设计说明，锻炼信息提取与表达能力。

  5.数学：在比较材料性质时，引入简单的测量（如长度、厚度）、计数和数据记录。

  （四）信息技术应用分析

  利用多媒体交互课件展示材料微观结构、动态呈现材料加工流程（如从木材到纸张）。使用平板电脑或手机辅助拍摄记录实验现象、进行资料检索。借助班级云平台，建立“班级材料博物馆”数字档案，实现学习成果的共享与互评。有条件可运用VR/AR技术，让学生“走进”工厂或大自然，沉浸式体验材料的来源与生产。

三、教学目标

  （一）科学观念

  1.通过观察和比较大量的实物样本，能识别和区分常见的天然材料（如木头、棉花、石头、羊毛）与人造材料（如塑料、玻璃、钢铁、纸张）。

  2.理解天然材料直接来源于自然，人造材料是由天然材料经过加工或合成而制成的，并能举例说明其基本加工过程（如黏土烧制成砖）。

  3.初步建立材料的来源、性质与其用途相关联的意识，认识到人类根据需求选择和改造材料。

  （二）科学思维

  1.发展基于证据的分类与归纳能力：能够根据材料的来源这一核心属性，对多种材料进行系统的分类，并阐述分类依据。

  2.锻炼比较与推理能力：通过对比天然材料与人造材料在某一具体性能上的差异，尝试推理其差异可能的原因（如结构、成分不同）。

  3.初步培养系统思维：能简单描述从自然资源（如石油）到人造产品（如塑料瓶）的链式关系，理解人类活动与自然资源的联系。

  （三）探究实践

  1.能运用多种感官并借助简单工具（放大镜、砂纸）对材料的硬度、纹理、透光性等物理性质进行系统的观察、描述和记录。

  2.能在教师指导下，设计与执行简单的对比实验，探究同类型天然材料与人造材料（如棉布与化纤布）在吸水性、强度等方面的差异。

  3.能够小组合作，完成一项简单的“材料选择与设计”任务，并能陈述设计理由。

  （四）态度责任

  1.激发对材料世界的好奇心与探究热情，欣赏人类利用智慧创造新材料的成就。

  2.初步形成珍惜自然资源、合理使用材料的意识，关注材料使用带来的环境问题（如塑料污染），并能在生活中践行简单的环保行为（如垃圾分类、循环使用）。

  3.在小组合作中，愿意倾听他人意见，分享自己的发现，培养团队协作精神。

四、教学重难点

  （一）教学重点

  1.通过丰富的探究活动，引导学生准确理解天然材料与人造材料的本质区别——来源不同。

  2.帮助学生建立“材料来源—性质—用途”之间的初步联系。

  （二）教学难点

  1.理解部分人造材料的制造过程较为复杂、抽象（如从石油到塑料）。

  2.引导学生从具体材料的比较中，初步归纳概括出天然材料与人造材料在性能上可能存在的普遍性差异及原因。

五、教学准备

  （一）教师准备

  1.多媒体课件：包含高清材料图片、材料加工过程动画（如炼铁、造纸）、微观结构图、互动分类游戏等。

  2.实物材料样本包（每组一套）：

    *天然材料组：小块实木、棉花团、天然石块、羊毛线、真皮块、竹片、黏土块。

    *人造材料组：多种塑料（如PE、PVC）、玻璃片、钢钉或铁片、不同质地的纸张、化纤布料、陶瓷片、人造革。

  3.探究工具包（每组一套）：放大镜、滴管、小烧杯（装水）、纸巾、砂纸、简易天平（可选）、记录单。

  4.环境创设：“材料发现墙”或“材料展台”，布置各类材料制品。

  5.评价工具：“材料工程师”徽章贴纸、小组合作评价量表、学习成果展示板。

  （二）学生准备

  1.课前观察任务：寻找家中或校园里的5种物品，记录它们是由什么材料制成的，并猜猜这些材料可能来自哪里。

  2.自带一件由“有趣材料”制成的小物品（安全无害），用于课堂分享。

六、教学过程

  本教学过程共设计为四个阶段，分两课时完成。第一课时侧重概念的建立与初步探究，第二课时侧重深度探究、应用与拓展。

  第一阶段：情境卷入，初探材料世界（第一课时，约20分钟）

  环节一：项目启动——招募“未来材料工程师”

    教师活动：创设“未来材料工程师创新大赛”情境。出示大赛邀请函，宣布挑战任务：为一种未来的环保文具（如“永不干涸的毛笔”或“可生长的笔记本”）选择或设计核心材料。要完成此任务，首先需要成为识材、懂材的专家。由此引出本节课的核心探究主题：认识我们身边的材料。

    学生活动：被情境吸引，产生角色代入感，明确终极项目目标，激发学习动机。

    设计意图：以真实的、富有挑战性的项目任务驱动整个单元的学习，将知识学习转化为解决问题的必要准备，体现学习的目的性和实践性。

  环节二：材料博览会——分享与聚焦

    教师活动：组织“我的材料宝贝”分享会。邀请几位学生展示自带物品，并介绍其材料及来源猜想。教师将学生提到的材料名称（如“塑料”、“木头”）板书，并引导学生关注大家对“来源”的表述。

    学生活动：分享观察结果，倾听同伴发言，初步交流对材料来源的已有认知。

    教师活动：在学生分享基础上，提出问题冲突：“同学们带来了这么多材料，有的说来自大树，有的说来自工厂。那么，所有材料的‘老家’到底在哪里？我们能不能根据它们的‘出身’给这些材料分分类呢？”

    学生活动：思考问题，产生分类的初步想法。

    设计意图：从学生已有经验和课前观察出发，暴露前概念，自然聚焦到材料的“来源”这一本质属性，引发认知冲突，为接下来的概念建构做铺垫。

  第二阶段：概念建构，区分两类材料（第一课时，约40分钟）

  环节一：感官实验室——亲密接触材料

    教师活动：分发实物材料样本包和探究工具包。发布第一个探究任务：请用眼睛看（可借助放大镜）、用手摸、甚至轻轻弯折或划一划（注意安全），尽可能多地描述每种材料的特点（如颜色、纹理、硬度、光泽等），并填写观察记录表。

    学生活动：以小组为单位，兴奋地观察、触摸、操作各种材料，并协作记录。例如，他们会发现木头有纹理、石头很硬、棉花柔软、塑料有弹性等。

    设计意图：提供丰富的感性材料，让学生通过多感官参与，获得对材料物理性质的第一手直接经验，这是进行科学分类和思考的基础。记录表培养实证意识。

  环节二：思维碰撞场——分类大挑战

    教师活动：在学生充分观察后，提出核心挑战任务：“现在，请根据你们的观察和思考，尝试将所有这些材料分成两大类。想一想，你的分类标准是什么？为什么要把这几样分在一起？”

    学生活动：小组展开热烈讨论。他们可能按“软硬”、“是否透光”、“是不是布”等表面性质分类。教师巡视，倾听各组的分类标准和理由，但不急于评判。

    教师活动：邀请2-3个采用不同分类标准的小组汇报。首先肯定他们观察到的性质差异，然后引导全班思考：“这些分类方法都关注了材料本身的特点。但如果我们追根溯源，想一想它们最初是从哪里来的，能不能找到一种更根本的分类方法呢？”

    展示两组典型的材料：木头与纸张、石块与玻璃、棉花与化纤布。提问：“请对比每一对材料，它们看起来、摸起来可能不同，但它们的‘源头’有什么联系？”

    结合课件动画，直观展示“树木→砍伐→木材加工→制成木制品”以及“树木→制成木浆→造纸厂加工→纸张”的过程。对比强调：木头直接从自然中来；纸张是人们利用自然中的木材（或其他植物纤维）加工制成的。

    学生活动：观看动画，在教师引导下进行比较和推理。逐渐意识到纸张来源于木头，但经过了人的加工。

    教师活动：顺势揭示概念：像木头、石头、棉花这样，直接来自大自然，没有或只经过简单加工的材料，我们称为天然材料。像纸张、玻璃、塑料这样，人们利用天然材料，通过复杂的物理或化学方法加工、制造出来的新材料，我们称为人造材料。

    学生活动：理解概念，并尝试用新学的概念重新审视自己小组的材料样本，进行“天然材料”与“人造材料”的二次分类。

    设计意图：这是概念建构的关键环节。通过“开放分类—汇报差异—教师引导—对比溯源—动画演示—概念揭示—重新分类”的完整流程，引导学生经历从现象到本质、从错误前概念到科学概念的思维转变过程，深刻理解分类的核心依据是“来源”。

  环节三：概念巩固与延伸

    教师活动：利用互动课件进行“快速分类”游戏，随机出现各种材料图片（如橡胶、陶瓷、丝绸、尼龙、铝等），学生集体判断属于哪一类。针对有争议的材料（如橡胶，既有天然橡胶也有人造橡胶），引导学生认识到分类不是绝对化的，并体会人类创造新材料的能力。

    提问：“想一想，人们为什么要不辞辛苦地制造出这么多人造材料呢？仅仅用天然材料不行吗？”

    学生活动：参与游戏，巩固概念。思考并讨论问题，可能提出“为了更结实”、“为了更便宜”、“为了有新的功能”等想法。

    设计意图：通过游戏化练习巩固新知，并引入对材料“性能”与“需求”的思考，自然衔接下一阶段的探究，同时渗透科学技术改善人类生活的价值观。

  第三阶段：深度探究，比较材料性能（第二课时，约30分钟）

  环节一：问题驱动——天然VS人造，谁更“能干”？

    教师活动：承接上节课末的问题，提出具体的探究方向：“人们制造人造材料，往往是为了获得天然材料所不具备的，或者更好的性能。今天，我们就化身小小研究员，通过实验来比较一下，在特定的任务中，天然材料和人造材料的表现有何不同。”

    发布两项探究任务（小组任选其一或分AB组进行）：

    任务A：吸水大比拼。比较棉布（天然）与涤纶布（人造）的吸水性。提供大小、厚度相近的布条，用滴管滴等量水，观察水迹扩散的速度和范围，或用悬挂法看水滴流下的速度。

    任务B：强度测试赛。比较纸绳（由天然纤维制成）与塑料绳（人造）的承重能力。提供同样长度和粗细的绳子，悬挂重物（如钩码），逐渐增加重量，观察哪根先断裂。

    教师活动：讲解实验安全注意事项和基本操作步骤，强调“公平比较”的条件控制（如布料大小相同、水滴数量相同、绳子粗细长度相同等）。

    学生活动：小组讨论，选择任务，制定简单的实验步骤，分工合作进行实验操作，仔细观察现象，并实事求是地记录数据或现象。

  环节二：实证交流场——分享发现，尝试解释

    教师活动：组织各小组汇报探究结果。引导学生不仅汇报“发现了什么”（如棉布吸水更快），还要尝试联系材料本身的结构进行“为什么”的初步解释（如“棉花纤维中间有空隙，容易吸水；化纤布表面比较光滑”）。

    展示显微镜下棉花纤维和涤纶纤维的图片，辅助学生理解。

    教师活动：引导学生进行归纳：“通过今天的实验和之前的观察，你们觉得天然材料和人造材料，在整体上可能各有什么优点或特点呢？”鼓励学生基于证据发言，形成诸如“天然材料往往更环保、透气、质感自然；人造材料往往性能更均匀、更耐用、功能可设计性强”等初步概括（表述可以儿童化）。

    学生活动：汇报实验结果，展示记录。在教师引导下，尝试进行解释和归纳。

    设计意图：将探究从定性观察推向简单的定量或对比实验，培养学生控制变量的初步意识和基于证据得出结论的科学态度。通过解释与归纳，促进思维从具体发现向一般规律提升，深化对两类材料性能差异的理解，为“合理选择材料”打下认知基础。

  第四阶段：应用迁移，升华责任意识（第二课时，约30分钟）

  环节一：工程实践——为未来文具选材

    教师活动：回归初始的“未来材料工程师”项目任务。出示“永不干涸的毛笔”设计需求：笔头能持续稳定地提供适量墨水，不易干涸，耐用，且环保。或者“可生长的笔记本”：封面或内页材料能体现自然变化或可持续理念。

    发布设计任务：请各小组作为材料设计团队，根据所学的关于天然材料和人造材料特性的知识，为你们的未来文具选择一种或组合几种核心材料，并绘制简单的设计草图，附上材料选择说明书（需说明选择了什么材料，是天然还是人造，以及选择的理由）。

    学生活动：小组展开头脑风暴，回顾之前学习的两类材料的特性，结合设计需求进行讨论、决策和设计。动手绘制草图并撰写简要说明。

    设计意图：创设真实的工程情境，驱动学生综合运用本单元所学的核心概念（材料的分类与特性），进行决策、设计和表达，完成从知识理解到问题解决的跨越，体验工程设计的核心流程，培养创新思维和解决实际问题的能力。

  环节二：成果展评与生态反思

    教师活动：组织“未来材料创新发布会”。邀请小组上台展示设计方案，阐述选材理由。其他小组和教师可以提问或提出建议。

    教师活动：在评价各小组创意时，引入新的思考维度：“同学们的设计非常精彩，考虑到了材料的性能。但作为一名负责任的材料工程师，我们除了关注材料‘好不好用’，还需要考虑什么？”

    展示图片或视频：堆积如山的塑料垃圾、森林砍伐、资源开采的场景。

    引导学生讨论：大量使用某些材料（尤其是一次性人造材料）会带来什么问题？我们该如何负责任地使用材料？

    与学生共同总结出“4R”原则：Reduce（减少使用）、Reuse（重复使用）、Recycle（循环再造）、Recover（资源回收）。并将其与垃圾分类等实际行动联系起来。

    学生活动：展示、倾听、互评。观看影像资料，受到触动，参与讨论，形成珍惜资源、环保选材、合理处置材料的责任意识。

    设计意图：通过成果展示，提供交流与反思的平台，锻炼表达能力。将教学从科学技术的维度引向生态与社会责任的维度，引导学生辩证地看待材料的发展，培养其可持续发展的价值观和负责任的公民意识，实现科学教育与德育的有机融合。

  环节三：项目总结与拓展延伸

    教师活动：总结本次“材料探索之旅”的收获，颁发“初级材料工程师”徽章（贴纸）。布置拓展性作业（三选一）：

    1.调查家中的垃圾桶：统计一天内家庭产生的垃圾中，哪些主要是由天然材料制成的，哪些主要是由人造材料制成的，思考如何减少和分类。

    2.寻找“材料的轮回”：研究一个物品（如铝罐）的回收再造过程，并绘制成流程图。

    3.创意制作：利用废旧材料（如塑料瓶、纸箱），制作一个实用或装饰性的小物件。

    学生活动：领取奖励，感受成就感。根据兴趣选择拓展作业。

    设计意图：将课堂学习延伸到课外和生活，鼓励持续探究和实践，将态度责任目标转化为具体行动。

七、教学板书设计

  板书采用思维导图与要点提炼相结合的方式，伴随教学进程动态生成。

未来材料工程师

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———————————————【核心问题：材料的“出身”】——————————————

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【天然材料】【人造材料】

（来自大自然）（天然材料加工制成）

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例：木、棉、石、毛例：塑料、玻璃、钢、纸

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——————————————————【探究：性能与选择】——————————————————

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质感自然可能更环保性能优越功能可设计

但不均一可能不耐用耐用稳定但可能难降解

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——————————————————【责任：我们的选择】——————————————————

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Reduce（减量）→优先选择耐用、可循环材料

Reuse（复用）→创意改造，延长物品生命

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