小学一年级科学《设计制作我的笔筒》跨学科项目式学习（PBL）教学设计

小学一年级科学《设计制作我的笔筒》跨学科项目式学习（PBL）教学设计

  一、设计理念与理论依据

  本教学设计立足于当前小学科学教育“素养导向、综合学习、注重实践”的核心改革方向，深度融合项目式学习（Project-BasedLearning,PBL）与工程设计思维（EngineeringDesignProcess）的理念。我们认识到，对于小学一年级学生而言，科学学习不仅是知识的积累，更是思维习惯、探究能力和创造精神的启蒙。传统的“手工课”或“制作课”容易流于简单的技能模仿与，而本设计旨在将其升华为一个真实的、有驱动性问题的微型工程项目。

  本设计以《义务教育科学课程标准（2022年版）》为根本遵循，紧密对接“技术与工程”领域的内容要求，强调“工程的关键是设计”。我们借鉴了STEAM教育中跨学科整合的先进模式，将科学（材料的特性）、技术（工具的安全使用）、工程（设计与优化）、数学（形状、稳定性、空间感知）与艺术（美学设计）有机融合。同时，依据一年级学生的认知发展特点——以具体形象思维为主，好奇心强，注意力持续时间有限，但动手意愿强烈——我们设计了“玩中学、做中学、创中学”的螺旋式上升学习路径。通过创设“为班级文具角制作一个既实用又美观的专属笔筒”这一真实情境，将知识、技能与情感目标包裹在一个充满意义感和归属感的任务之中，激发学生的内在动机，引导他们像“小小工程师”一样，经历“明确问题-前期探究-设计方案-制作原型-测试改进-分享交流”的完整过程，从而在实践中初步建构工程思维，培养解决真实问题的综合素养。

  二、学情分析

  授课对象为小学一年级下学期学生，年龄约6-7岁。经过一个多学期的科学学习，学生已具备以下基础：对周围常见材料（如纸、塑料、木头）有初步的感性认识；具备基本的观察能力，能用感官进行简单描述；在教师的引导下，能进行简单的比较和分类；有初步的合作意识，愿意在小组内分享想法和材料。然而，他们也面临如下挑战：工程设计思维“零基础”，从未系统经历“设计-制作-改进”的流程；书面与口头表达能力处于发展阶段，设计意图的描述可能不够清晰、连贯；精细动作发展水平不一，在使用剪刀、胶带等工具进行粘贴、组合时可能遇到困难，影响作品的完成度与美观度；在团队协作中，容易以自我为中心，出现争抢材料或任务分工不清的情况。此外，学生的前概念可能包括：认为笔筒只要“能装笔”即可，对“稳定性”、“容量”、“美观”等多元需求缺乏综合考虑；对材料的选择可能仅凭个人喜好，而非基于材料特性（如硬度、可塑性）的理性分析。本设计将通过结构化的活动支架和清晰的步骤引导，帮助学生克服这些挑战，并将他们的前概念转化为科学、系统的工程实践认知。

  三、教学目标

  基于核心素养导向，本课的教学目标设定如下：

  （一）科学观念

  1.通过观察与比较多种常见生活材料（如卡纸、塑料瓶、纸杯、纸盒），认识到不同材料具有不同的特性（如软硬、厚薄、透光性、可塑性），并能根据笔筒的功能需求（稳固、能装笔），初步学会选择合适的材料。

  2.在制作与测试过程中，理解“结构”与“功能”的简单关系。例如，认识到底部面积较大、结构对称的笔筒更稳定；笔筒的高度和宽度决定了其容量。

  （三）科学思维

  1.发展初步的工程设计思维：在教师引导下，能经历“明确任务（做什么）-探究材料（用什么做）-设计想法（怎么画）-动手制作（动手做）-测试改进（改一改）-展示分享（说一说）”的基本流程。

  2.发展创造性思维与批判性思维：鼓励学生提出多样化的设计方案，并通过实际测试（如放笔测试、吹气稳定性测试），反思自己设计的优点与不足，敢于并乐于对初步作品进行优化。

  （三）探究实践

  1.能安全、规范地使用常见手工工具（如安全剪刀、胶棒、透明胶带），完成对材料的裁剪、折叠、粘贴等基本加工操作。

  2.能与同伴进行简单的合作，尝试在小组内交流自己的想法，并能在集体分享中，用清晰的语言介绍自己笔筒的设计亮点、制作过程和遇到的问题。

  3.能对自己或他人的作品进行简单的测试与评价，并基于观察到的现象（如“笔筒倒了”、“笔装不下”），提出一条可行的改进建议。

  （四）态度责任

  1.激发对材料世界和动手制作的好奇心与热情，体验利用科学知识和技能解决实际生活问题的成就感。

  2.培养耐心、细致、坚持不懈的工程品质，以及敢于尝试、乐于接受反馈并改进的开放心态。

  3.初步建立环保意识，认识到废旧材料可以经过设计和巧手改造，变废为宝，成为有用的物品。

  四、教学重难点

  教学重点：引导学生经历一个完整的、简化的工程设计制作流程，重点体验“根据功能需求选择材料”和“制作一个可用的原型”。

  教学难点：1.学生从“随意制作”到“先设计后制作”的思维转变。如何让一年级学生理解“设计图”的意义，并愿意且能够用图画表达自己的想法。2.在测试环节后，引导学生基于发现的问题进行有针对性的、有效的改进，而非推倒重来或放弃。

  五、教学准备

  （一）教师准备

  1.多媒体课件：包含驱动性问题情境动画、各种创意笔筒图片与视频、工程设计流程简易图示、安全操作规范儿歌视频、作品展示背景音乐。

  2.示范材料与工具：多种材料（不同厚薄的卡纸、瓦楞纸、塑料瓶、纸杯、纸盒、小铁罐等）制作的笔筒范例3-4个（其中一个为“问题范例”，如过高过细易倒的）；安全剪刀、胶棒、双面胶、透明胶带、尺子、彩笔。

  3.板书设计材料：磁性贴图（代表工程设计各步骤）、关键词卡片（如“问题”、“材料”、“设计”、“制作”、“测试”、“改进”）。

  4.课堂评价工具：“小小工程师”过程性评价贴纸（分“创意星”、“合作星”、“巧手星”、“坚持星”）；作品展示台。

  （二）学生准备（分组）

  1.探究材料包（每组一份）：包含多种小片材料样本（光面卡纸、瓦楞纸、塑料片、布料、小木片等），用于前期触摸、弯曲、承重测试。

  2.制作材料包（每人/每两人一份）：提供主要基础材料（如一个洗净的酸奶杯、一个方形小纸盒、一张A5尺寸彩色卡纸），同时设置“公共材料区”，提供丰富可选的装饰或加固材料（如彩色毛根、纽扣、贴纸、吸管、小块海绵等）。

  3.工具包（每组一份）：安全剪刀、胶棒、胶带座（配透明胶带）、铅笔、橡皮。

  4.设计图纸：A4纸，上半部分为画图区，下半部分留有简单的引导语：“我的笔筒想做成什么形状？”“我选的主要材料是：”“我想这样让它更稳/更美：”。

  5.测试工具：若干支不同长短、粗细的铅笔、水彩笔。

  六、教学实施过程（总计约80分钟，建议两课时连上）

  （一）第一阶段：情境导入，明确驱动性问题（预计用时：8分钟）

  1.创设情境，引发需求：

   教师活动：播放一段简短的动画或出示几张照片，展示班级“文具角”的现状：同学们的铅笔、尺子散落在框里，互相碰撞，笔尖容易损坏，取用也不方便。同时，呈现一个干净、整齐、每个笔筒都独具个性的“理想文具角”图片，形成对比。

   学生活动：观看情境对比，直观感受“杂乱”带来的不便和“有序”带来的美感与便利，产生整理文具、拥有个人笔筒的心理需求。

   设计意图：从学生真实的班级生活场景出发，创设一个富有代入感的问题情境。这避免了任务的凭空出现，使“制作笔筒”这一行为拥有了真实的意义和目的——解决班级文具角杂乱的实际问题，并为自己的文具安一个“家”。这是PBL成功的关键开端。

  2.提出挑战，定义任务：

   教师活动：以充满激情的语言发布“工程师召集令”：“小朋友们，想不想让我们班的文具角也变得这么整齐又漂亮？今天，我们每个人都来当一名‘小小工程师’，接受一个挑战任务——为我们自己的文具，设计并制作一个专属的笔筒！这个笔筒要能稳稳地站在桌上，装下你的铅笔、橡皮，而且最好能体现出你的个性，一看就知道是你的！”

   学生活动：聆听任务，明确最终目标：制作一个“稳固、能装、美观”的个性化笔筒。情绪被调动，对接下来的活动充满期待。

   设计意图：用“工程师”的角色赋予学生使命感，用“挑战任务”激发其好胜心。清晰阐述笔筒的三项核心要求（稳固、能装、美观），为后续的设计、制作与评价提供了明确的标准和方向。

  3.联系已知，初步构想：

   教师活动：提问引导：“在你家里或教室里，你见过什么样的笔筒？它们都是用什么做的？”简短交流后，教师出示几个利用废旧物品（塑料瓶、易拉罐、纸卷芯）制作的简单笔筒范例，快速传递“变废为宝”的环保理念。

   学生活动：回忆生活经验，分享所见过的笔筒。观察教师范例，意识到制作笔筒的材料可以多种多样，来源于日常生活。

   设计意图：激活学生的已有经验，建立新旧知识的联结。展示废旧材料制作的范例，既开阔思路，又自然渗透了环保教育，为后续材料选择做铺垫。

  （二）第二阶段：探究与规划——像工程师一样思考（预计用时：20分钟）

  1.探究材料特性（科学聚焦）：

   教师活动：分发“探究材料包”，引导学生进行“材料探索小游戏”。提出探究问题：“我们要选材料来做笔筒，哪种材料更合适呢？让我们用小手来侦探一下。”教师示范并指导操作：①摸一摸，感受光滑/粗糙、柔软/坚硬；②弯一弯，看看材料容易变形还是能保持形状；③放一支笔在上面轻轻压，看材料会不会明显凹陷。同时，播放《工具安全使用小儿歌》，强调使用剪刀等工具的注意事项。

   学生活动：以小组为单位，轮流触摸、弯曲、轻压各种材料样本，并用自己的语言描述发现：“卡纸硬硬的，不容易弯。”“塑料片滑滑的，一弯就弹回来。”“瓦楞纸凹凸不平，有点软，但好像有点厚。”在活动中初步建立材料特性与可能用途的关联。

   设计意图：这是将科学探究融入工程实践的关键一步。避免学生仅凭外观喜好选择材料，而是引导他们通过简单的对比实验，亲身体验不同材料的物理特性，为“根据功能选材料”这一工程核心思维奠定实证基础。安全教育的儿歌化处理，符合一年级学生的认知特点，易于记忆和遵守。

  2.分析需求，明确标准（技术分析）：

   教师活动：将驱动性问题转化为具体的技术要求，进行互动讨论。提问：“什么样的笔筒才‘稳’？”（引导想到底部要平、不能太小、不能太高太瘦）。“怎么才算‘能装’？”（引导想到要有一定高度和宽度）。“怎样体现‘美观’和‘你的个性’？”（引导想到颜色、图案、装饰）。教师板书或贴出关键词：“稳”、“能装”、“我的风格”。

   学生活动：在教师引导下，结合生活经验和刚才的材料探索，思考并回答。例如，有学生可能会说：“底部要大一点，像大象的脚。”“不能做成细细高高的，像竹竿一样容易倒。”“可以画上我喜欢的恐龙。”

   设计意图：将抽象的“好笔筒”标准，分解为具体的、可操作的技术指标。这个过程是在培养学生的“分析问题”能力，让他们知道工程师在动手前，必须把客户（此处是自己和班级）的需求想清楚、想具体。这是工程设计思维中“界定问题”环节的儿童化呈现。

  3.构思与设计（工程绘图）：

   教师活动：引出“设计图”的概念：“工程师在盖大楼、造汽车前，都会先画好详细的设计图。今天，我们也要先画一画‘我的笔筒设计图’。”发放设计图纸，并讲解图纸上的引导语。教师可在白板上同步绘制一个简单的范例设计图，边画边用语言描述：“我主要用一个酸奶杯做身体，因为它已经有个形状了，而且它是塑料的，不怕水。我觉得它有点矮，我想用这张红色卡纸给它加高一层，卷成筒粘在杯口。为了让更稳，我打算在底部外面贴一圈瓦楞纸，加大底部。最后，我要用彩色毛根在杯身上绕出我的名字。”

   学生活动：倾听教师范例，理解设计图是“想法的蓝图”。开始独立或与同桌轻声讨论，构思自己的笔筒。在设计纸上画出笔筒的主要样子，并尝试用图画或简单的符号、文字（可拼音）标注主要材料和自己打算如何让它更稳、更美。

   设计意图：这是突破教学难点的关键一步。对于一年级学生，要求精细的设计图不现实。本环节的重点是培养“先设计后制作”的思维习惯和用图示表达想法的初步能力。教师的“有声思维”示范至关重要，它为学生提供了可模仿的思维路径和表达支架。设计图纸上的引导语则起到了脚手架的作用，帮助学生聚焦核心思考点。

  4.设计初分享与微调（初步论证）：

   教师活动：组织“一分钟设计分享会”，邀请2-3位志愿者，带着自己的设计图到讲台前，用实物投影展示，并简单介绍：“我打算用什么做？”“我怎样让它站稳？”教师和其他学生给予鼓励性掌声。教师可基于分享，进行启发性提问：“大家觉得他的这个‘加大底部’的想法，能帮助笔筒变稳吗？”“如果你有类似的材料，你会有什么不同的创意吗？”

   学生活动：分享者尝试清晰表达；聆听者学习同伴的思路。在互动中，可能会对自己的设计产生新的灵感或进行细微的调整。

   设计意图：分享环节具有多重价值：一是锻炼学生的表达与沟通能力；二是营造互相启发的课堂氛围；三是在正式制作前，提供了一个低成本“论证”想法的机会。教师的提问旨在引导学生关注设计中的“工程逻辑”（如稳定性），而非仅仅是外观。

  （三）第三阶段：制作与实施——像工程师一样动手（预计用时：25分钟）

  1.材料领取与准备：

   教师活动：宣布进入制作阶段，说明材料领取规则（每人一份基础包，装饰材料按需从公共区取用），再次强调工具安全和使用胶水、胶带的技巧（如胶棒要涂匀，胶带要剪成小段使用更灵活）。播放轻柔的背景音乐，营造专注的工作氛围。

   学生活动：有序领取自己的基础材料包和工具，根据设计图，思考还需要哪些装饰材料，然后到公共区选取。

   设计意图：清晰的规则和准备是高效制作的前提。背景音乐有助于学生集中注意力，进入“工作坊”状态。

  2.自主创作与教师个别化指导：

   教师活动：教师巡视全场，进行分层、个别化指导。对于动手能力强、思路清晰的学生，鼓励他们大胆实施，并尝试更复杂的结构或装饰。对于遇到困难的学生（如不知如何将两部分粘牢、不会将纸卷成筒、装饰时手忙脚乱），进行“支架式”帮助：通过提问引导其回顾设计图或观察材料特性，或提供小技巧示范（如“你可以先把纸在杯子上比一比，画条线再剪”），但避免直接代劳。同时，关注学生的坚持性，及时表扬克服困难的行为，颁发“坚持星”贴纸。

   学生活动：参照自己的设计图（允许在制作过程中有合理的调整和即兴发挥），投入地动手制作。经历裁剪、折叠、卷曲、粘贴、组合、装饰等一系列操作过程。在遇到困难时，先尝试自己解决或寻求同桌帮助，再向老师求助。

   设计意图：这是将构思转化为实物的核心过程，是培养学生实践能力、解决问题能力和毅力的主阵地。教师的角色是支持者、引导者和促进者，而非指挥者。个别化指导确保不同水平的学生都能在“最近发展区”内获得进步和成功体验。过程性评价（贴纸）的即时介入，有效激励了学生的学习品质。

  3.过程性记录与反思：

   教师活动：在制作中后期，提醒学生：“小工程师们，如果你的笔筒身体已经基本做好了，可以试着放一两支笔进去，或者轻轻推一下，看看它是不是和你设计时想的一样？”鼓励学生进行简单的过程测试。

   学生活动：部分完成主体结构的学生，开始进行非正式的初步测试。可能会发现“胶没干透有点歪”、“底部有点小，轻轻一碰就晃”等问题，并尝试现场微调（如再加点胶、底部贴个重物）。

   设计意图：将“测试-改进”的意识融入制作过程，而不是截然分开。这符合迭代设计的真实过程，也让学生学会“边做边想”，及时调整策略。

  （四）第四阶段：测试、改进与优化——像工程师一样完善（预计用时：12分钟）

  1.正式测试与问题诊断：

   教师活动：宣布进入“工程师测试中心”时间。提出明确的测试项目：①稳定性测试：将笔筒放在桌面，用嘴轻轻从侧面吹一口气（模拟微风或轻微碰撞），观察是否摇晃或倾倒。②容量测试：依次放入铅笔、水彩笔等，看是否能顺利装入且不倒下。③功能检查：笔筒能否方便地取放笔？组织学生先进行自我测试，然后可以邀请同桌互相测试。

   学生活动：带着紧张又期待的心情，对自己的作品进行三项测试。仔细观察测试结果，并思考：“我的笔筒通过测试了吗？哪个环节出了问题？”同桌互相测试时，需像“质检员”一样认真，并友好地告知测试结果。

   设计意图：设立明确的、可操作的测试标准，使评价客观化。测试过程本身就是一个深入的探究过程，学生能直观地看到自己设计的成果与预期之间的差距，从而发现问题所在。互相测试增加了互动性和趣味性，也培养了客观评价的能力。

  2.迭代改进：

   教师活动：引导讨论：“测试中发现了小问题，怎么办？真正的工程师从来不会一次就放弃，他们会改进！”展示课前准备的“问题范例”（过高过细易倒的笔筒），引导学生集体“会诊”，提出改进建议（如“把它剪短一点”、“在底部粘一圈重的东西”）。然后鼓励学生针对自己笔筒的问题，进行“五分钟快速改进”。提供“改进补给站”（备用加固材料如橡皮泥、小石子、重卡片等）。

   学生活动：根据测试发现的问题，借鉴集体智慧，领取可能的改进材料，对自己的笔筒进行加固、增重、调整重心等优化操作。例如，发现太轻易倒的，在底部内壁粘几颗小石子；发现开口太小装笔不便的，小心地修剪扩大开口。

   设计意图：这是攻克第二个教学难点的环节。通过集体“会诊”范例，学生学习了如何将问题转化为具体的改进策略。提供“改进补给站”给予了物质支持，让学生觉得“改进是可实现的”。这个过程深刻传达了“失败是学习的一部分”、“优化是设计的必经之路”的工程价值观。

  （五）第五阶段：展示、评价与迁移——像工程师一样分享（预计用时：10分钟）

  1.成果展示与交流：

   教师活动：举办“班级笔筒博览会”。在教室前方设置展示台，播放欢快的音乐。组织学生将最终改进后的笔筒放置在展示台上。开展“画廊漫步”活动，让学生有序参观所有作品。然后，邀请几位“设计师”上台，介绍自己的作品：“我最得意的地方是…”“我制作过程中遇到的最大困难是…”“我是怎么改进它的…”

   学生活动：自豪地将作品放入“博览会”，欣赏同学们五花八门、充满创意的成果。在“画廊漫步”中，可以对自己特别喜欢的作品轻声点赞。分享者面向全班，更有条理地介绍自己的工程历程。

   设计意图：盛大的展示环节是对学生数十分钟辛勤劳动的最高认可，能极大提升其成就感和对科学、工程学习的积极情感。“画廊漫步”创造了相互欣赏、学习的社群氛围。分享环节则从“做”上升到了“说”，促进了思维的条理化与元认知发展。

  2.多维综合评价：

   教师活动：引导学生进行多元评价。除了口头表扬，可以设立趣味奖项，如“最稳固抗震奖”、“最具创意造型奖”、“最佳变废为宝奖”、“最美观色彩奖”、“最大进步奖”等，尽可能让更多学生的闪光点被看到。同时，结合课堂观察，为在各个环节表现出色的学生颁发相应的过程性评价贴纸。

   学生活动：参与评价，为自己欣赏的作品或同学鼓掌。回顾自己获得的贴纸，反思自己在本课中哪些方面做得好。

   设计意图：评价与教学目标紧密挂钩，既关注作品结果（稳固、能装、美观），更关注过程表现（创意、合作、巧手、坚持）。趣味奖项的设置避免了单一标准的横向比较，强调每个学生的独特价值和进步，保护并激发了全体学生的学习热情。

  3.总结延伸与生活迁移：

   教师活动：教师进行课堂总结，以图文并茂的方式回顾完整的“小小工程师工作流程”：从发现问题到改进成功。升华主题：“今天，我们用科学的眼光研究了材料，用工程的思维设计和制作，解决了我们身边的一个小问题。其实，工程师就是这样改变世界的。我们的笔筒不仅可以放笔，回家后还可以思考，它能变成什么？比如，放化妆刷、放厨房用具？或者，我们还能为班级设计制作什么？一个收纳盒？一个花盆？”

   学生活动：跟随教师回顾整个项目历程，深化对工程设计流程的理解。思考笔筒的其他用途和新的设计可能。

   设计意图：总结不仅是对知识的回顾，更是对思维方法和学习历程的升华。将课堂作品与更广阔的生活应用场景相联系，启发学生继续观察、思考、创造，实现了学习的迁移，真正体现了“从生活走向科学，从科学走向社会”的课程理念。

  七、板书设计

  （采用动态生成、脉络清晰的流程图式板书）

  小小工程师之路

  【核心驱动问题】→为我们的文具安个“家”

  ↓

  探究材料（摸、弯、压）→选合适的

  ↓

  明确标准（稳、能装、美）→想清楚

  ↓

  画出设计图（先画后做）→有计划

  ↓

  动手制作（安全、细致）→动