小学科学一年级STEM启蒙“船为什么能浮在水面”教学设计

小学科学一年级STEM启蒙“船为什么能浮在水面”教学设计

一、教学背景与设计理念

（一）课程定位与学情分析

【基础】本课是针对小学一年级学生开设的综合实践活动，隶属于STEM教育启蒙课程。一年级学生正处于前运算阶段向具体运算阶段过渡的时期，他们对周围世界充满好奇心，以直观形象思维为主，对“浮与沉”的现象有着丰富的感性经验，如洗澡时玩具鸭浮在水面、石头沉入水底等。然而，这种经验往往是零散的、未经系统建构的。他们对于“为什么”的探究欲望强烈，但缺乏科学探究的方法和工程思维的初步意识。因此，本课的设计定位是在趣味性的探究活动中，初步渗透科学探究的要素（观察、提问、猜想、验证）和工程设计的基础流程（明确问题、设计方案、测试改进），实现科学、技术、工程与数学的有机融合。

（二）设计理念

【非常重要】本设计严格遵循《义务教育科学课程标准》及STEM教育核心理念，倡导以学生为中心的真实问题驱动式学习。课程以“船为什么能浮在水面”这一核心问题为引领，将学习置于有意义的“造船载物”情境中。通过“现象观察引发认知冲突—科学探究揭示原理—工程设计应用原理—反思迭代深化理解”的螺旋式上升路径，引导学生在“做中学”、“思中悟”。设计特别强调跨学科整合：科学维度探索浮力的初步概念与影响因素；技术维度学习使用剪刀、胶带等简单工具进行模型制作；工程维度遵循“明确需求—设计图纸—动手搭建—测试优化”的流程；数学维度涉及形状认知、比较多少（载重量）、简单计数等。全过程注重培养学生的科学精神、创新意识、动手实践能力和合作交流能力，为学生的终身发展奠定基础。

二、教学主题与优化标题

小学科学一年级STEM启蒙“船为什么能浮在水面”教学设计

三、教学目标设计

【重要】基于核心素养导向，确立以下三维目标：

（一）科学知识与概念

学生通过观察、实验，初步认识物体在水中的浮沉现象；知道不同材质的物体在水中的浮沉状态不同；初步理解“浮力”的存在，感知形状改变（如将橡皮泥捏成船型）可以改变物体的浮沉状态；了解船能浮在水面是因为水对它有一个向上的托力（浮力），且船的形状（空心、增大排开水体积）有助于获得更大的浮力。

（二）科学探究与过程

学生能够运用多种感官（眼、手）观察物体的浮沉现象，并尝试用“沉”、“浮”等词语描述；能基于观察提出关于浮沉原因的简单猜想；学会使用简单的实验器材（水槽、各种小物件、橡皮泥、锡纸等）进行探究操作；初步学习设计简单的实验方案（如“比较不同形状橡皮泥的浮沉”）并付诸实施；能用自己的语言（口头或图画）表达探究过程和发现。

（三）技术与工程实践

【非常重要】学生能够识别“制作一艘能承载一定重量货物（如小石子或硬币）的船”这一工程任务；初步体验工程设计的流程：明确任务要求（船要浮起来，还要能载物）→设计方案（在脑海中或在纸上画出船的形状）→动手制作（选择合适的材料和工具）→测试与改进（下水测试，根据结果修改设计）；学会安全使用剪刀、胶带等基本工具；通过不断迭代，制作出一艘能成功浮在水面并具有一定载重能力的“小船”。

（四）态度、情感与价值观

激发学生探究身边科学现象的兴趣，形成主动观察、乐于提问的习惯；在小组合作中，体验分工协作的重要性，愿意倾听和尊重他人的意见；在工程挑战中，培养耐心、细致和面对失败不气馁、勇于改进的科学态度；初步建立“科学技术可以改变生活”的意识，感受创造的乐趣和成就感。

四、教学重难点剖析

【高频考点】重点：通过实验操作，观察比较不同物体的浮沉现象，初步感知浮力与物体材质、形状的关系。

【难点】理解改变物体形状（如从实心球状变成空心船状）可以使其从沉变浮的科学原理（即排开水的体积发生了变化，这个概念只需初步感知，不要求一年级学生掌握严格定义）。

【热点】工程实践中的“设计—测试—改进”循环过程，以及小组合作的有效开展。

五、教学方法与准备

（一）教学方法

主要采用情境教学法、探究式学习法、项目式学习法。教师作为引导者和协助者，创设“小小造船师”的情境，提供有结构的材料，设计层层递进的探究活动，引导学生在自主、合作、探究中建构知识。同时，结合直观演示法，展示关键操作步骤，确保实验安全有序。

（二）教学准备

【基础】教师准备：1.多媒体课件（包含各种船只图片、浮沉现象短视频、工程师设计图纸的简单介绍）。2.分组实验材料（每小组一套）：透明大水槽（贴上水位刻度线，便于观察）、水、各种测试小物件（如木块、塑料积木、回形针、玻璃珠、海绵、一元硬币、小石子等）。3.造船材料（每小组一套）：防水油泥或橡皮泥（足量）、铝箔纸（足量）、小纸杯、吸管、小木片、胶带、儿童剪刀。4.测试用“货物”：统一规格的小铁钉或垫圈（每小组一小盒）。5.记录单：设计为图文结合的“我的发现记录单”和“小船设计图纸”。

学生准备：提前在生活中观察哪些东西能浮在水面，哪些会沉下去；穿上便于活动的衣物。

六、教学实施过程

【非常重要】本环节将详细展开，分为五个紧密相连的进阶环节。

（一）激趣导入，聚焦问题（预计用时5分钟）

1.情境创设：教师播放一段生动的动画或视频，内容是卡通人物在河边玩耍，看到树叶、树枝浮在水面漂走，而扔下去的小石子却直接沉底。画面定格，传来画外音：“为什么有的东西能浮在水面上，有的却沉下去了呢？特别是，那些巨大的铁船，那么重，为什么也能稳稳地浮在水面呢？”

2.问题聚焦：教师展示一幅巨大的钢铁货轮在海上航行的图片，与学生刚才观察到的回形针、硬币下沉的现象形成鲜明对比，引发认知冲突。教师提出本课的核心驱动问题：【重要】“同学们，这些船有的比我们的教室还大，还是用重重的钢铁做的，它们为什么能浮在水面上，而不沉下去呢？你们想不想也当一回小小科学家和小小造船师，来揭开这个秘密？”

3.揭示课题：教师顺势板书或通过PPT展示优化后的课题——“船为什么能浮在水面”，并宣布开启“小小造船师”的探险之旅。

（二）初步探究，感知浮沉（预计用时10分钟）

1.材料探秘，自由探索：教师为每个小组发放一个水槽和一些“神秘宝箱”（装有各种小物件）。提出【基础】探索要求：“请小朋友们用手摸一摸、看一看这些宝贝，然后把它们一个一个轻轻地放进水里，仔细观察，看看会发生什么神奇的事情？把你看到的告诉同桌。”

2.观察与描述：学生开始分组操作，教师巡回指导，提醒他们动作要轻，注意观察物体刚入水时的状态和最终的状态。鼓励学生用“浮起来”、“沉下去”、“漂在水面”、“沉到水底”等语言进行描述。

3.交流与汇报：探索结束后，教师组织全班交流。“哪个小组愿意来分享一下，你们把什么东西放进水里，看到了什么现象？”学生可能会说：“木块浮起来了！”“玻璃珠沉下去了！”“塑料积木是浮的！”等。

4.初步分类与记录：教师在黑板上贴出两个磁力贴，分别画有向上的箭头（表示浮）和向下的箭头（表示沉）。邀请学生将手中的物体图片（课前准备好的磁力贴片）贴到对应的区域。师生共同完成对常见物体浮沉属性的初步分类。

【设计意图】此环节旨在唤醒学生的已有经验，通过亲身操作，将零散的感性认识初步归类整理，形成对“浮”与“沉”两个基本概念的直观感知，为后续深入探究奠定事实基础。同时，这也是科学观察与描述能力的初步训练。

（三）聚焦形状，深化理解（预计用时15分钟）

【非常重要】此环节是本课的科学探究核心，旨在引导学生从关注“材质”转向关注“形状”这一关键变量。

1.制造认知冲突：教师拿起一块橡皮泥，捏成一个实心的圆球，问学生：“大家猜猜，这个橡皮泥球放到水里，会浮还是会沉？”学生根据刚才的经验可能会猜测不一。教师将其放入水中，学生观察到它“沉下去了”。

2.提出挑战性问题：教师将橡皮泥捞出，神秘地说：“现在，老师要施展一个小魔法，还是这块橡皮泥，但我要让它改变一下样子，再放进水里，你觉得结果会一样吗？”教师当着全班的面，将橡皮泥捏成一个碗状（或小船的浅盒状），尽量捏得边缘薄一些，底部平整。然后轻轻放入水中，引导学生观察奇迹的发生——橡皮泥碗浮在了水面上！全班学生会发出惊叹声。

3.引发深度思考：教师抓住时机追问：【难点】“太神奇了！同样是一块橡皮泥，没变样子前，它沉下去；变了样子后，它却浮起来了。请小朋友们想一想，这是为什么？是什么让它发生了变化？”引导学生意识到是“形状”的变化。

4.小组探究挑战：教师布置分组探究任务。“现在，轮到你们来当科学家了！每个小组都有一块橡皮泥。请你们尝试把它做成不同的形状，然后放到水里去试一试，看看哪些形状能让橡皮泥浮起来，哪些形状会让它沉下去。把你们的发现，用简单的图画或者符号记录在‘我的发现记录单’上。”

5.动手实验与记录：学生分组进行尝试，教师巡视指导，鼓励学生大胆尝试不同的形状，如捏成薄片、卷成筒、做成有凹槽的船形等。引导学生观察，同样是能浮起来的形状，它们有什么共同的特点？（引导发现：都是空心的、像碗或盒子一样，中间是空的，边缘薄而高）。对于沉下去的形状，它们又有什么特点？（实心的、球形的、饼状的）。

6.交流研讨，归纳总结：实验结束，各小组汇报发现。教师引导学生归纳：【高频考点】“能让橡皮泥浮起来的形状，都像什么？它们里面是不是都空空的，像个小碗或者小船？”师生共同得出结论：当橡皮泥是实心、一团的时候，它容易沉下去；当我们把它捏成中间是空的、薄薄的形状时，它就能浮在水面上。教师初步渗透“形状改变了，它在水中受到的向上的力（浮力）也改变了”的科学概念，但不做深入讲解。

【设计意图】通过魔术般的演示和开放的探究活动，将学生的注意力从“是什么东西”引向“什么东西变成了什么形状”，直指浮力原理的核心要素之一——形状与排开水体积的关系。让一年级学生在动手操作和直观对比中，初步建构起“空心形状可以增加浮力”的朴素认知。

（四）工程设计，造船载物（预计用时25分钟）

【非常重要】此环节是STEM理念的集中体现，将科学原理应用于工程实践，并融入数学测量。

1.任务发布，明确需求（工程1.0）：教师以“造船厂总工程师”的身份发布任务：【热点】“亲爱的小小造船师们，通过刚才的探索，我们已经掌握了让物体浮起来的小秘密——把它做成空心的、像小船一样的形状。现在，真正的挑战来了！海洋公园需要一批‘货物运输船’，要求是：用老师提供的材料（展示：一张锡纸、一块橡皮泥、一个小纸杯、几根吸管等），制作一艘小船。这艘船不仅要自己能浮在水面上，还要能安全地运载货物。看看哪个小组设计的小船最能干，装的小铁钉（或垫圈）最多！”

2.设计图纸，构思方案（工程2.0）：教师引导学生，工程师在造船前都要先画图纸。分发“小船设计图纸”记录单，上面有简单的轮廓，鼓励学生先和小组伙伴商量，准备做什么形状的船？用什么材料做？计划怎么用胶带把它们组合起来？然后在图纸上画出来。教师强调：“图纸就是我们的计划，画得越清楚，造出的船就越成功。”教师展示一两份简单明了的工程草图范例。

3.动手制作，物化方案（工程3.0）：学生根据设计图，开始动手制作。教师强调工具使用的安全（剪刀、尖嘴镊子等），并鼓励小组成员分工合作，例如一人扶材料，一人粘贴，一人稳定。教师巡回观察，对遇到困难的小组进行启发式指导，如：“你的船边有点矮，水会不会漫进去？怎么加高一点呢？”“你的船底有缝隙漏水了，可以用什么材料堵住吗？”鼓励学生根据实际情况随时调整方案。

4.下水测试，收集数据（工程4.0）：【基础】制作完成后，迎来最激动人心的“试航”环节。各小组轮流将自己的小船放入水槽中，确保船体能稳定漂浮。然后，开始向船里逐个放入“货物”（小铁钉或垫圈），边放边数，直到小船沉没或大量进水为止。记录下这艘船的“最大载货量”（如：装了15个铁钉）。这一过程融合了数学计数和数据比较。

5.分析结果，迭代改进（工程5.0）：【重要】测试结束后，并不是活动的终点，而是改进的起点。教师组织全班进行工程复盘：“有的船装了很多货物，真厉害！我们来采访一下‘冠军船’的小组，你们的船是怎么设计的？为什么能装那么多？”请成功小组分享经验（如：船底做得又大又平，船舷做得高，重量放得均匀等）。同时，也请载重量少或者失败的小组分析原因（如：船底有洞漏水了，船身不平衡翻了，船太小了等）。然后，教师给出至关重要的指令：“现在，请各个小组根据刚才测试中发现的问题，吸取别人的成功经验，回到座位上，改进或重新制作你们的小船！这次的目标是超越自己！”给予学生5-8分钟的二次设计与制作时间。

6.二次测试，见证成长：改进后的小船进行第二次下水测试，再次记录载货量。通常，大部分小组的载货量都会有明显提升。教师引导学生感受改进带来的成功喜悦。

【设计意图】该环节完整呈现了“明确问题—设计方案—动手建造—测试评估—分析改进”的工程学基本流程。将科学课中的“浮力原理”转化为工程实践中的“造船载物”任务，使知识在应用中得以深化。通过两次“设计-测试”循环，学生不仅锻炼了动手能力，更体验到了迭代优化的工程思维和面对失败的积极心态。数学的计数与比较为评估提供了量化依据。

（五）拓展延伸，畅谈收获（预计用时5分钟）

1.总结发现，提炼方法：教师引导学生回顾本课的经历：“今天我们从观察东西浮沉，到改变橡皮泥形状，最后亲手设计和改进了能载货的小船，大家有什么收获和想说的？”鼓励学生畅所欲言，谈科学发现、谈制作技巧、谈合作感受。

2.回归核心问题：再次展示大轮船的图片，提问：“现在，你们能用自己的话，说说用钢铁做成的大轮船为什么能浮在水面上了吗？”引导学生将本课所学（形状、空心、浮力）与生活实际联系起来，形成完整的解释闭环。

3.拓展视野，激发持续探究：教师简单介绍除了形状，水的秘密（比如死海含盐量高，人能浮起来）以及更大的船（如航空母舰、潜水艇）的特别之处。鼓励学生课后继续观察，生活中还有哪些利用浮力的例子（救生圈、游泳圈、浮桥等）？也可以尝试用家里的其他材料（如矿泉水瓶、泡沫）制作创意小船。

【设计意图】通过总结和拓展，将知识从课堂延伸到课外，培养学生将科学、技术与工程与社会生活紧密联系的意识，激发持续的探究兴趣，真正实现“从生活中来，到生活中去”。

七、板书设计（体现为教室前方黑板/白板的最终布局）

左边区域：科学探秘角

标题：谁浮？谁沉？

（贴图区）浮↑：木块、塑料积木……

沉↓：玻璃珠、硬币、回形针……

【重要发现】橡皮泥变“空心船”就能浮！

中间区域：工程挑战区

标题：小小造船师

任务：造一艘能载物的船！

流程：设计→制作→测试→改进

右边区域：我们的收获

（留白，用于贴各小组最终成功的“冠军船”照片或记录下最高载货量数字）

关键词：形状、浮力、合作、改进

八、教学评价与反思

（一）评价方式

【基础】本课采用过程性评价与终结性评价相结合的方式。过程性评价贯穿始终，重点关注：1.学生的参与度和好奇心（是否积极观察、提问）；2.实验操作的习惯与规范性（是否轻拿轻放，认真观察记录）；3.合作交流能力（是否倾听同伴意见，分工协作）；4.工程设计思维（是否有明确的设计意图，能否根据测试结果进行改进）。终结性评价主要体现在：1.能否清晰描述物体浮沉现象及初步原因；2.“小船”作品的完成度与载重能力；3.能否在总结环节表达出自己的收获和理解。

（二）教学反思

本教学设计充分考虑了小学一年级学生的认知特点和兴趣点，以游戏化和项目化的方式组织教学，将看似复杂的科学原理和工程流程分解为一个个可操作的趣味活动。其中，最大的亮点在于：

1.【非常重要】紧密的环节递进：从自由探索到聚焦探究，再到工程应用，三个层次环环相扣，逻辑清晰。特别是“橡皮泥变形记”环节，起到了承上启下的关键作用，成功地将学生的思维焦点从材质引向了更具核心意义的“形状”。

2.【热点】真实的工程体验：不满足于简单的“做一做”，而是完整地引入了“测试—分析—改进”的迭代过程。让一年级学生亲身体验“失败是成功之母”的工程师文化，比单纯做成功一件作品更有教育价值。

3.深度的跨学科融合：科学（浮沉原理）、技术（工具使用）、工程（设计迭代）、数学（计数、比较）在真实任务中自然融合，不显生硬，让学生在解决问题中综合运用多学科知识和能力。

实施中需注意的潜在难点及对策：

1.【难点】课堂秩序控制