小学一年级科学：探究液体流动与工具使用-“巧运清水”项目式学习活动设计

小学一年级科学：探究液体流动与工具使用——“巧运清水”项目式学习活动设计

  一、设计理念与理论框架

  本设计以发展学生核心素养为根本宗旨，深度融合项目式学习（Project-BasedLearning，PBL）与STEAM教育理念，构架一个真实、富有挑战性的驱动性任务。我们坚信，一年级学生是天生的探究者，他们的科学学习应始于对周围世界主动的、动手操作的体验。本课摒弃传统以教师演示和知识灌输为主的教学模式，转而创建一个以学生为中心、以问题解决为导向的学习环境。在学习科学共同体（LearningSciences）的理论指导下，我们强调社会性建构，即知识是在学生与同伴、教师及学习材料的互动中协同建构的。活动设计遵循“现象观察-提出问题-方案设计-实践验证-迭代优化-迁移应用”的完整探究循环，旨在引导学生亲历科学探究与工程设计的融合过程。在此过程中，学生不仅将建构关于液体基本物理性质（如流动性、无固定形状）的初级概念，更将初步体验工程设计的迭代思维，发展观察、比较、预测、沟通、协作等跨学科关键能力，培养面对失败、持续改进的科学态度与责任感。

  二、学情分析

  授课对象为小学一年级下学期学生。经过近一学年的科学学习，学生已初步具备在教师指导下进行简单观察、用感官认识物体外部特征、并能用口头语言或图画进行大致描述的能力。他们对“水”这一常见物质具有丰富的感性经验，知道水可以喝、可以洗手、是湿的等，但尚未从科学角度系统化地认识其特性。此阶段学生思维处于前运算阶段，以具体形象思维为主，注意力持久性有限，但好奇心强，乐于动手操作，对游戏和比赛形式的活动抱有极高热情。同时，他们的精细动作技能仍在发展，在工具使用和材料操作上可能需要脚手架的支撑。团队协作处于萌芽期，需要明确的角色分工和清晰的步骤引导。因此，教学活动设计必须兼具趣味性与结构性，任务挑战难度需处于学生的“最近发展区”，通过提供多样化的、低结构的材料，激发其创造性，并通过循序渐进的指导，将他们的自发探索引向有目的的科学研究。

  三、学习目标

  基于课程标准与学情，设定如下多维、可观测的学习目标：

  1.科学观念目标

  *通过直接操作和比较，认识到水是一种液体，具有流动性，没有固定的形状，其形状随容器的形状改变而改变。

  *初步感知不同材料（如海绵、棉布、塑料、纸）在吸水性、透水性上的差异，以及不同工具（如勺子、滴管、杯子）在转移液体时效率与稳定性的不同。

  2.科学思维目标

  *能够在教师引导下，根据运水任务的具体要求（如运水量、速度、稳定性），对多种材料和工具进行观察、比较和初步的筛选。

  *能对自己或小组设计的运水方案进行简单的预测，并能在实践后，将结果与预测进行对比，尝试用“因为……所以……”的句式说出简单的因果关系（如：因为海绵能吸水，所以用它运水不容易洒）。

  3.探究实践目标

  *能模仿工程师的设计流程，与小组成员协作，经历“明确问题-选择材料-设计制作-测试优化”的简易过程，制作或组合出一件运水工具。

  *能使用非标准单位（如一杯、一碗）进行简单的测量和比较，并用图画、符号或简单的文字记录设计想法和比赛结果。

  *能在比赛中遵守规则，安全、有序地进行操作和观察。

  4.态度责任目标

  *在小组活动中，乐于分享材料与想法，尝试承担分发材料、操作、记录等不同角色，体验合作的价值。

  *面对运水过程中的“失败”（如漏水、洒水），能保持积极心态，愿意尝试调整方法或改进工具。

  *形成节约用水、保持环境卫生的意识，活动后能主动参与清理。

  四、教学重难点

  教学重点：引导学生在动手操作和对比实验中，亲身体验水的流动性，并探索利用不同材料的特性解决运水问题的过程。

  教学难点：帮助学生将零散的感知经验提升为初步的科学概括（液体特性），并初步建立“工具结构与功能相关联”的工程思维萌芽。

  五、教学资源与环境准备

  1.材料准备（按4-5人小组配备）：

  *水源与容器：大型透明水槽或塑料盆2个（分别作为起点“水源”和终点“水库”），每组一个中型塑料盆用于装待运的水。

  *多样化的探索材料（低结构性）：

  *运输类：塑料杯（不同大小、有无刻度）、汤勺、塑料滴管、注射器（去针头）、小漏斗。

  *吸附/承载类：海绵块、棉质毛巾布片、化纤布料、纸巾、报纸、塑料片、铝箔纸。

  *辅助类：橡皮筋、绳子、冰棍棒、胶带（限制使用，以鼓励物理结构的搭建）。

  *记录与展示工具：小组实验记录单（以图画和勾选为主）、彩色笔、工具设计画纸、集体记录大白板或黑板。

  2.环境布置：

  *教室布置成“工程工作坊”模式，课桌分组摆放，中间留出充足的活动空间。

  *“水源区”和“水库区”分置教室两端，地面铺设防水地垫或旧报纸，防止地滑。

  *设置“材料超市”区域，分类摆放各类探索材料，供学生按需选取。

  六、教学实施过程（总计2课时，80分钟）

  （一）第一课时：情境入项与探究储备（40分钟）

  阶段1：创设情境，提出驱动性问题（约10分钟）

  1.故事导入：教师播放一段简短动画或讲述一个故事：“科学森林里的小动物们遇到难题了！它们的新家旁有一个清澈的小池塘，可是它们做饭、浇花需要用水的地方却离池塘有点远。每天用小叶子一点一点运水，又慢又累。怎么办？”

  2.联系已有经验：提问学生：“小朋友们，你们在生活中见过哪些运水的方法？或者用过什么东西装水、舀水？”鼓励学生自由发言（如水壶、水管、水杯等）。

  3.发布挑战任务：教师揭示项目任务——“巧运清水”工程师挑战赛。“今天，我们每个小组都将化身为小小工程师团队，你们的任务是：利用‘材料超市’里的物品，设计并制作一个运水工具，参加最后的运水比赛。比赛不仅要看哪组在规定时间内运的水多，还要看哪组的工具巧妙、运得稳！”

  4.共商评价标准：教师引导学生一起讨论“什么样的运水工具是好的？”并提炼出简易、可视化的评价标准（用图标表示）：运水量（多）、运水速度（快）、稳定性（稳、洒水少）、工具创意（巧）。将标准张贴在醒目位置。

  阶段2：认识“水朋友”的特性（约15分钟）

  1.自由玩水，聚焦观察：为每组提供一盆水和一些形状各异的容器（如方盒、圆瓶、扁盘）。提出引导性问题：“请你们用这些容器和水玩一玩，仔细看一看、动一动，水有什么特别的地方？它像积木一样有固定形状吗？”

  2.操作与分享：学生动手操作，将水倒入不同容器。教师巡视，用问题引导观察：“你把水倒进这个瓶子里，水是什么形状？再倒进这个盘子里，形状变了吗？”

  3.建构概念：集中讨论。学生分享发现。教师帮助学生用语言总结：“水会流动，能倒来倒去；它自己没有固定的形状，我们把它装进什么形状的容器，它就是什么形状。像水这样的物体，我们叫它‘液体’。”板书关键词：水、液体、流动、无固定形状。

  阶段3：探索材料的秘密（约15分钟）

  1.提出问题：“我们要运水，可以借助很多材料。这些材料和水‘相处’得怎么样呢？”出示海绵、棉布、塑料片、纸等。“猜一猜，它们遇到水会怎样？”

  2.预测与记录：学生在记录单的图画旁，用“√”或“×”对自己猜测的材料是否“能运水”做预测。

  3.分组探究：学生以小组为单位，领取少量材料样本，进行“滴水测试”或“浸泡观察”。任务指令：“请你们依次把几滴水滴在每种材料上，看看水是被吸走了？停在表面？还是漏下去了？摸摸材料湿了的部分和没湿的部分有什么不同？”

  4.发现与初议：探究后，小组内交流发现。教师引导总结不同类型材料的表现：“像海绵、毛巾这种有很多小孔的材料，能把水吸进去，我们叫它‘吸水材料’；像塑料片这种，水会在上面滚来滚去或者流走，叫‘不吸水材料’；而报纸，一开始吸水，但时间长了会破，不够牢固。”这些发现为下一节课选择工具材料奠定基础。

  （二）第二课时：工程设计与比赛优化（40分钟）

  阶段4：化身工程师——设计与制作（约15分钟）

  1.明确设计要求：回顾驱动性任务和评价标准。强调工具需要完成从“水源”到“水库”约2米距离的运输。

  2.小组头脑风暴与设计：小组围绕“我们打算用什么主要材料？工具大概是什么样子？怎么用它运水？”进行讨论。每位学生在自己的“设计图纸”上画出工具草图。教师鼓励奇思妙想，并提醒思考：“怎样让工具一次多装点水？怎样不让水在路上洒出来？怎样拿起来方便？”

  3.选取材料与制作：各小组派代表到“材料超市”根据设计图选取所需材料。返回工位进行工具的制作与组装。教师巡视，扮演“工程顾问”角色，通过提问促进学生思考（如：“你觉得这里可能会漏水吗？怎么加固一下？”），而非直接给出答案。鼓励学生测试雏形，进行初步调整。

  阶段5：“巧运清水”挑战赛（约15分钟）

  1.规则说明：教师宣布比赛规则：每组轮流在3分钟时间内，用自制的工具从起点“水源”运水至终点“水库”。运水过程中，除起点和终点外，身体其他部位不得接触运水工具（模拟机械运输）。比赛结束后，用量杯测量各“水库”中的水量（读数由教师协助）。

  2.比赛进行：各小组依次比赛，未比赛的小组担任观察员和裁判员，观察他组工具的优缺点，并根据“稳定性”、“创意性”标准进行口头评价。教师用相机或平板电脑记录比赛过程，特别是工具的独特设计和出现的典型问题。

  3.数据记录：在黑板的集体记录表上，记录每组运水量（用“几杯”表示）、名次，并收集观察员关于“稳”和“巧”的反馈关键词（如“用漏斗接得很准”、“海绵一路在滴水但没断”）。

  阶段6：复盘、优化与总结（约10分钟）

  1.工程复盘会：比赛结束，召开“工程师复盘会”。引导问题：“你们小组的工具成功的地方在哪里？遇到了什么困难或问题？”“观察了其他组的工具，你得到了什么启发？”

  2.聚焦迭代优化：这是深化工程思维的关键环节。教师展示比赛中的精彩瞬间和问题镜头，引导学生分析问题原因。例如，针对“洒水多”的问题，联系第一课时对材料特性的认识，思考是否选材不当或结构有漏洞；针对“运得慢”，讨论是工具容量太小还是操作不便。鼓励学生提出“如果再做一次，你会怎么改进你的工具？”的想法。

  3.知识提炼与迁移：教师引导学生将两节课的体验串联起来，形成结构化认知：“我们今天为了运水，先研究了水（液体）会流动的特性，然后利用了不同材料有的吸水、有的不吸水的特性，最后设计和改进了工具。这就是工程师解决问题的方法。”进一步启发：“除了水，生活中还有哪些液体？（酱油、牛奶、蜂蜜……）如果让你们运蜂蜜，工具的设计需要改变吗？为什么？”将思维引向对液体黏度等更多性质的初步思考。

  4.整理与延伸：各小组整理器材，清洁桌面。布置开放性实践作业：“回家后，可以试试用不同的工具给家里的花浇水，看看哪种工具又快又好？把你的发现画下来下次分享。”

  七、教学评价设计

  本课采用嵌入式、过程性评价为主，终结性评价为辅的多元评价体系。

  *过程性表现评价：使用观察检核表，关注学生在小组活动中的参与度（是否积极动手、动口）、协作性（是否分享材料、倾听同伴）、探究习惯（是否有序操作、观察仔细）、思维状态（是否尝试预测、解释原因）等方面的表现。

  *成果性评价：

  *工具设计与作品：评价其设计的合理性、制作的精细度以及与功能的匹配度。关注是否运用了探究阶段所学的材料知识。

  *记录单：评价图画或符号记录的清晰度和完整性，反映其观察和思考的过程。

  *比赛结果与复盘发言：运水量作为客观数据，复盘时的反思深度和语言表达则体现其元认知和科学交流能力。

  *评价主体多元：包含教师评价、学生小组内互评以及学生自评（用“笑脸”、“平脸”、“哭脸”对自己的表现进行情感评价）。

  八、板书设计

  板书采用图文结合、动态生成的方式，作为课堂学习思维的视觉锚点。

  主题：我们是“巧运清水”工程师！

  左边区域：问题与路径

  驱动性问题：怎样又快又多又稳地运水？

  工程师之路：观察水→测试材料→设计工具→比赛测试→优化改进

  中间区域：我们的发现（核心概念）

  水（液体）：流动的无固定形状

  材料：吸水（海绵、布…）不吸水（塑料、箔纸…）

  好工具：多（容量）、快（效率）、稳（结构）、巧（创意）

  右边区域：比赛数据与启示

  （比赛时实时记录组别、运水量、观察员关键词）

  优化金点子：_______

  （课后总结时填写）

  九、教学反思与特色

  本教学设计力图体现当前小学科学教育的前沿理念与实践形态，其特色与预期反思点如下：

  1.深度融合PBL与STEAM：以真实的“运水”工程挑战贯穿始终，将科学探究（液体性质）、技术应用（工具使用）、工程设计（制作优化）、数学测量（非标准单位比较）以及艺术表达（设计绘图）无缝整合，使学习在跨学科语境中自然发生，富有意义。

  2.突出学生主体与探究层次：活动设计由浅入深，从自由玩水建立感性经验，到有目的测试材料收集数据，再到综合应用知识进行创造性设计与问题解决，符合学生的认知建构规律。教师角色从知识的传授者转变为学习环境的设计者、探究过程的促进者和思维发展的引导者。

  3.重视思维发展而非知识记忆：整个教学过程不满足于学生知道“水是液体”，而是通过一系列环环相扣的活动，促