小学一年级科学《创意小水车：设计与制作》项目式学习教案

小学一年级科学《创意小水车：设计与制作》项目式学习教案

学科与学段分析：

本教学设计针对小学科学一年级下学期。根据《义务教育小学科学课程标准（2022年版）》，本学段的学生处于“物质科学”与“技术与工程”领域的启蒙阶段。课程核心在于引导学生认识常见材料的特性，体验简单的设计与制作过程，发展动手能力和初步的工程思维。本课内容《制作小水车》完美契合“技术与工程”领域“工程设计与物化”部分的要求，同时深度融合“物质科学”中“水具有流动性，能对物体产生力的作用”这一核心概念。对于一年级学生而言，这是一次典型的跨学科项目式学习（PBL）实践，融合了科学探究、技术应用、工程设计与数学测量，并自然渗透了艺术审美与劳动教育。

一、设计理念与理论依据

本教案以建构主义学习理论和“做中学”（LearningbyDoing）理念为基石，强调学生在真实情境中通过主动探究和动手实践构建知识。设计遵循STEAM教育框架（科学、技术、工程、艺术、数学），旨在打破学科壁垒，培养一年级学生的综合素养。

1.核心素养导向：聚焦小学科学核心素养——“科学观念”“科学思维”“探究实践”“态度责任”。本课通过制作与测试水车，帮助学生在实践中形成“力可以改变物体的运动状态”的初步科学观念；在设计与改进中锻炼“提出问题—设计方案—解决问题”的工程思维与批判性思维；在合作探究中培养严谨求实的科学态度和乐于分享的责任感。

2.项目式学习（PBL）驱动：以一个驱动性问题——“如何制作一个能转得又快又稳的小水车？”贯穿始终。学生经历“明确任务—知识准备—设计制作—测试优化—展示评价”的完整项目周期，在解决真实问题的过程中实现深度学习。

3.差异化教学与脚手架支持：充分考虑一年级学生动手能力、认知水平的差异，提供分层任务卡、多样化的材料包和可视化的步骤指引图，为不同起点的学生搭建上升的“脚手架”，确保全员参与，各有所获。

4.形成性评价一体化：将评价嵌入教学全过程，运用“工程师日志”（图画、符号记录）、课堂观察量表、作品评价量规（rubric）及学生自评互评等多种方式，实现“教-学-评”一致性，促进学生学习与教师教学的即时调整与改进。

二、学习目标

（一）科学观念

1.通过观察水流现象和水车工作视频，能说出“流动的水有力量，能让水车转动”。

2.在制作与测试中，初步感知水车叶片的角度、数量、大小以及水流冲击的位置会影响水车转动的快慢与稳定性。

（二）探究实践

1.能利用提供的工具（安全剪刀、图钉）和材料（塑料片、吸管、瓶盖等），在教师指导和同伴协助下，独立或合作完成一个小水车的制作。

2.能通过简单的对比测试（如改变水流高度、调整叶片），观察并描述水车转动情况的变化。

3.能使用简单的图画、符号或关键词，在“我的工程师日志”上记录自己的设计想法和测试发现。

（三）科学思维

1.能在教师引导下，针对“如何让水车转得更好”提出自己的简单猜想。

2.能在测试后，尝试基于观察到的现象，给出改进水车的简单建议（如“叶片可以弯一点”“水要冲在叶片的中间”），体现初步的分析与优化思维。

（四）态度责任

1.对设计与制作小水车表现出浓厚的兴趣和热情，乐于动手尝试。

2.在小组活动中，愿意与同伴交流想法，分享工具和材料，初步建立合作意识。

3.建立安全使用工具（特别是图钉）的意识和爱护实验器材、节约用水的习惯。

三、教学重点与难点

1.教学重点：引导学生经历制作小水车的完整过程，体验流动的水具有能量，能推动水车转动。

2.教学难点：指导学生有目的地观察和思考影响水车转动效果的因素（如叶片形状、角度），并尝试进行简单的优化改进。

四、教学准备

（一）教师准备

1.多媒体资源：

1.2.课件PPT：包含古代水车、现代水电站的图片与视频；清晰的水车制作步骤分解动画；驱动性问题与任务提示。

2.3.视频片段：各种水车工作的实景（农用灌溉、景观水车、小型发电模型）。

4.示范材料：

1.5.教师演示用放大版水车模型（中心轴、叶片可调节）。

2.6.不同设计的水车样品（平板叶片、弯折叶片、多叶片、少叶片）各1-2个。

7.实验环境：

1.8.在教室前方或实验区设置2-3个“测试站”。每个测试站配备：一个大型透明塑料箱作为“水槽”，一个可调节高度的带孔水瓶（模拟稳定水源），毛巾或抹布若干。

9.评价工具：

1.10.“星级工程师”课堂观察记录表（用于记录学生探究、合作、安全操作等表现）。

2.11.“创意小水车”作品评价量规（简化版，以贴纸形式呈现，如“转动之星”“创意之星”“稳固之星”）。

12.板书设计（预先规划磁贴或卡片）：

我们的问题：如何让水车转得又快又稳？

我们的发现：水有力量→推动叶片→水车转动

可能有关：叶片（弯？直？多？少？）、水（高？低？冲哪里？）

（二）学生分组与材料包（按4人异质小组分组，每组一套）

1.核心材料包（统一配备）：

1.2.中心轴：长约10cm的圆形筷子或粗吸管1根。

2.3.轮毂：正方形泡沫板（约5cm5cm

1cm）1块，或大号塑料瓶盖2个。

3.4.叶片：相同规格的长方形塑料片（可从牛奶瓶、饮料瓶裁剪）6-8片。

4.5.支架：带孔的长方形泡沫板或开好槽的纸杯2个。

6.工具包（每组一套，共用）：

1.7.儿童安全剪刀1把。

2.8.圆头图钉或塑料按扣4-6枚。

3.9.防水胶带1卷。

4.10.彩色水笔若干（用于装饰标记）。

11.可选材料区（放置于教室“创意角”，学生可按需取用）：

1.12.不同材质/形状的叶片：稍硬的卡纸条、轻质木片、弯折好的塑料片。

2.13.不同轴材：细木棍、竹签（两端已用黏土包裹防刺）。

3.14.装饰材料：贴纸、亮片、轻质彩泥。

15.记录工具：

1.16.“我的工程师日志”活页每人1张（包含“我的设计图（画画）”、“我的测试（笑脸/平脸/哭脸表情贴纸）”、“我发现的小秘密”等栏目）。

五、教学实施过程（共计2课时，80分钟）

第一课时：情境入项·探索奥秘·设计制作（40分钟）

（一）创设情境，驱动入项（预计时间：8分钟）

1.谜语激趣，联系生活：

1.2.（教师播放溪流潺潺的音频）同学们，请闭上眼睛听，这是什么声音？对，是流水声。水宝宝每天都在奔跑，它可不仅仅是用来喝和洗手的，它身上还藏着很大的本领呢！今天，老师请来了一位利用水本领工作的“朋友”，猜猜它是谁？“远看像车轮，近看像朵花，靠水来推动，浇田功劳大。”（水车）

2.3.教师展示古代水车灌溉、风景区和儿童乐园里水车的图片。提问：你在哪里见过水车？你知道水车是靠什么来转动的吗？

4.呈现挑战，明确任务：

1.5.播放一段小型水车模型在水流冲击下飞快转动的视频。教师用充满激情的语言发布“项目任务”：“同学们，视频里的小水车转得多欢快呀！你们想不想拥有一辆自己亲手做的、独一无二的小水车？今天，我们每个人都来当一回‘小小工程师’，接受一个挑战——制作一个属于自己的、能转得又快又稳的创意小水车！”

2.6.清晰板书驱动性问题：“我们如何制作一个能转得又快又稳的小水车？”

7.初步感知，聚焦核心：

1.8.教师出示一个大型演示水车模型，请一名学生上台，用缓缓倾倒的水瓶将水浇在叶片上，让全班观察水车从静止到转动的过程。

2.9.关键提问与讨论：

1.3.10.“水车刚才动了吗？是谁让它动起来的？”（引导学生说出“水”“水流”）。

2.4.11.“水是怎么让水车动起来的呢？”（引导学生观察水流冲击叶片的现象）。

5.12.教师总结并板书核心概念：“流动的水有力量，这股力量推着水车的叶片，水车就转起来啦！”这是今天我们所有工作的科学原理基础。

（二）探究材料，拆解结构（预计时间：10分钟）

1.观察“成品”，分析结构：

1.2.教师将几个不同样式的水车样品分发给各小组传看。引导学生边看边讨论：“一个小水车主要由哪几个部分组成？”

2.3.学生汇报，教师利用课件动画或实物，同步揭示并命名水车的三个基本部分：

1.3.4.叶片（轮叶）：接收水力的部分。

2.4.5.轴（中心轴）：水车转动的中心柱子。

3.5.6.支架：支撑水车，让轴能灵活转动。

7.熟悉材料，预想连接：

1.8.各小组领取“核心材料包”。教师引导学生将材料与水车的三个部分对应起来：“找一找，哪些材料可以做叶片？哪些可以做轴和支架？”

2.9.关键讨论：“叶片怎样才能固定在轴上？轴又怎么架在支架上呢？”让学生观察泡沫板、瓶盖上的孔，摆弄一下图钉、吸管，进行初步的构想和尝试，但不急于固定。教师巡视，关注学生使用图钉的安全姿势（捏圆头，垂直向下按）。

（三）设计引导，动手制作（预计时间：20分钟）

1.设计先行——“我的创意图纸”：

1.2.教师强调工程师工作流程：“工程师在动手之前，都会先画一张设计图。现在，请各位小工程师在你们的‘工程师日志’上，画出你想做的小水车样子。你的叶片打算怎么装？是直的还是弯的？装几片？”

2.3.学生进行个性化设计（图画形式）。教师提供“设计小贴士”PPT参考：几种常见的叶片安装方式（放射状直插、有一定角度弯折）。鼓励学生发挥想象，画出与众不同的水车。

4.分层制作——搭建“脚手架”：

1.5.教师通过课件播放清晰的步骤分解动画，并同步进行关键步骤的慢动作实物演示。

1.2.6.步骤一：制作轮子。演示如何在泡沫板轮毂中心戳孔，以及如何用图钉将叶片有角度地（重点强调）固定在轮毂四周。提供“叶片帮手”（一个折出固定角度的卡纸模板），供需要的学生辅助弯折叶片角度。

2.3.7.步骤二：安装转轴。演示将轴（筷子或吸管）穿过轮毂中心的孔，并确保轮子能在轴上自由转动，不会太松脱落。

3.4.8.步骤三：搭建支架。演示将轴的两端架在两个带孔支架的凹槽或孔洞上，并用胶带简单加固支架底部，防止倾倒。

5.9.分层任务提示：

1.6.10.基础任务（所有学生）：参照演示步骤，制作一个能安装好叶片、装上轴并能架在支架上的基本水车。

2.7.11.进阶任务（能力较强或已完成基础任务的学生）：尝试调整叶片的角度或数量；为你的水车起名字并用彩笔进行美化装饰；思考如何让支架更稳固。

12.安全监督与合作实践：

1.13.学生开始分组制作。教师播放轻音乐，营造专注氛围。教师进行“移动式”指导：

1.2.14.巡回观察，及时解决技术难题（如轴穿不过孔、叶片固定不牢）。

2.3.15.重点关注工具使用安全，反复提醒图钉的使用规范。

3.4.16.鼓励组内分工合作（如一人扶稳，一人固定；一人制作，一人准备材料），并引导遇到困难的小组先组内讨论解决。

4.5.17.对提前完成基础任务的小组，发放“探索卡”，引导他们去“可选材料区”尝试更换不同叶片，或开始思考测试方案。

（四）整理反思，预告测试（预计时间：2分钟）

1.下课铃响前5分钟，教师播放整理音乐。要求学生：

1.2.将已完成或未完成的水车作品放在小组的“作品盘”中。

2.3.将所有工具（特别是图钉）清点并放回工具盒。

3.4.清理桌面上的碎屑。

5.教师小结：“今天各位小工程师都出色地完成了设计和初步制作。下节课，我们将进入最激动人心的环节——‘水车测试大会’！看看谁的水车是‘转速之王’，谁的水车是‘稳定之星’。请大家今天回家也可以想想，怎样能让你的水车表现更棒？”

第二课时：测试优化·展示交流·拓展延伸（40分钟）

（一）回顾聚焦，明确测试标准（预计时间：5分钟）

1.快速回顾：教师通过PPT快速回顾上节课的核心原理（水有力量）和制作要点。

2.制定测试标准：教师提问：“‘转得快’和‘转得稳’具体怎么看？我们怎么比？”

1.3.引导学生共同商定简单的测试标准：

1.2.4.“转得快”：用同样大小的一杯水从相同高度冲下去，看谁的水车转的圈数多（或转的时间长）。

2.3.5.“转得稳”：水车转动时，不左右摇晃，不卡住，顺利转动。

6.介绍测试站与规则：

1.7.教师带领学生认识“测试站”的装置（可调高度水瓶、水槽）。

2.8.宣布测试规则：每组轮流到测试站，每次一人测试；测试者自己操作水瓶浇水（教师或助手协助调节初始高度）；组员在旁观察记录；测试完毕用毛巾擦干水车和桌面；爱护器材，节约用水。

（二）首轮测试与初步观察（预计时间：12分钟）

1.分组测试：各小组按序到测试站进行首轮测试。要求测试者先自我介绍水车名字（如“闪电号”），再进行测试。

2.记录现象：测试时，组内其他成员和等待的小组都作为观察员。学生在自己的“工程师日志”“我的测试”栏，用简单的符号或表情贴纸记录结果（例如：转得快画星星或贴笑脸；转不动画叉或贴哭脸；晃动得厉害画波浪线）。

3.教师引导性观察：教师在各测试站间巡视，用提示性问题引导全体学生观察：

1.4.“注意看，水是冲在叶片的哪个位置时，水车启动最快？”

2.5.“叶片是平的还是弯的，接住的水更多？”

3.6.“水从高一点和低一点的地方冲下来，有什么不一样？”

7.发现分享（短暂讨论）：所有小组完成首轮测试后，教师召集学生围坐。提问：“在刚才的测试中，你发现了什么让水车转得好的‘小秘密’吗？或者你的水车遇到了什么‘麻烦’？”鼓励学生用简短的句子分享（如：“我的水车叶片平的，转得慢。”“水冲在叶片边边上，水车就歪了。”）。教师将学生的发现关键词记录在板书的“我们的发现”区域。

（三）优化改进与再次挑战（预计时间：15分钟）

1.发布优化任务：“工程师最了不起的地方，就是能根据测试发现的问题，不断改进自己的设计。现在，请大家根据刚才的发现，参考‘创意角’的新材料，有10分钟时间优化你们的水车，然后我们将进行‘终极挑战赛’！”

2.差异化优化支持：

1.3.对于水车运行良好的小组：发放“挑战卡”，鼓励他们尝试在更高水位冲击下测试，或尝试制作双层叶片水车。

2.4.对于水车出现问题的小组：教师进行针对性辅导，如：

1.3.5.问题：转动不灵/卡顿->检查轴是否平直，支架孔洞是否对齐，转动部位是否摩擦太大。

2.4.6.问题：转动慢->建议调整叶片角度（弯折更大，更像勺子接水），或增加叶片数量。

3.5.7.问题：晃动严重->检查叶片是否对称安装，轴是否位于中心，支架是否稳固。

8.二次制作与测试：学生投入优化工作。优化后，可进行第二轮测试，验证改进效果。鼓励学生在“工程师日志”上简单画出或写出自己的改进地方（如：给叶片画个弯箭头）。

（四）成果展示与多元评价（预计时间：6分钟）

1.“水车博览会”：各小组将最终版水车作品放置在展示区（桌面），小组成员站在旁边。

2.巡回参观与点赞：所有学生离开座位，像参观博览会一样轮流观看其他小组的作品。每人手里有3枚“点赞贴纸”（不同颜色代表“创意”“转速”“稳固”），可以贴在自己最喜欢的3个不同作品上。

3.颁奖与评价：教师根据作品获得的贴纸类型和数量，结合自己的课堂观察，颁发趣味奖项：“最佳创意设计奖”、“超级转速奖”、“工程稳固大奖”、“团队合作奖”等。颁奖时，请获奖小组简单说说经验（“我们把叶片弯了一下”）。

4.总结升华：教师总结全课：“这两天，我们从设计师到工程师，完成了小水车的设计、制作、测试和优化。我们不仅证明了流动的水有力量，更体验了像真正工程师一样思考和工作：遇到问题，动手尝试；根据结果，思考改进。这就是科学和工程的魅力！”

（五）整理收纳与拓展延伸（预计时间：2分钟）

1.安全有序收纳：在音乐声中，学生将自己的水车作品（可带回家）、工程师日志整理好。小组长负责将小组公用工具和剩余材料完整归位。

2.拓展任务（选做）：

1.3.家庭探索：回家后，用盆、桶和你的小水车，试试还能用什么方法驱动它？（如用手拨动、用嘴吹气）比较一下，哪种力量让它转得最快？

2.4.艺术创作：为你心爱的小水车编一个简短的小故事，或者画一幅《我的水车在工作》的图画。

3.5.阅读链接：推荐阅读绘本《神奇的水车》、《水的力量》，了解更多关于水能利用的知识。

六、板书设计

板书采用思维导图式与关键词磁贴相结合的方式，动态生成，贯穿两课时。

创意小水车：设计与制作

我们的驱动性问题：

[如何让水车转得又快又稳？]

/\

/\

（第一课时）/\（第二课时）

/\

________/_____________\__________

||||

|我们的原理：||我们的发现：|

|水有力量→||•叶片（图钉）|

|推叶片→||-弯的？直的？|

|水车转！(磁贴)||-多的？少的？|

|_______________||•水（水滴图）|

|-冲哪里？|

|-高？低？|

|___________________|

我们的作品评价：

[创意之星][转速之星][稳固之星]

七、教学反思预设与评估要点

（一）教学效果评估

1.目标达成度：通过观察学生作品的成功率、测试环节的现象描述、工程师日志的记录，评估科学观念与探究实践目标的达成度。至少90%的学生应能成功制作出可转动的水车，并口头表述出“水冲叶片使车转”的核心关系。

2.高阶