小学三年级科学《专项学习：像工程师那样》教学设计

小学三年级科学《专项学习：像工程师那样》教学设计

一、教学背景与设计理念

本教学设计基于《义务教育科学课程标准（2022年版）》中关于技术与工程领域的核心要求，针对苏教版三年级上册《专项学习像工程师那样》展开。该内容位于学生初步接触科学探究之后，旨在引导他们从科学家的探究视角转向工程师的实践视角，理解工程技术的本质是“通过设计和制作来解决实际问题”。设计理念融合了项目化学习（PBL）与跨学科整合（STEAM），强调在真实问题情境中，让学生经历“明确问题—前期研究—设计方案—制作模型—测试改进—展示交流”的完整工程流程。【非常重要：工程思维的启蒙】本课设计不仅关注最终作品的完成度，更注重学生在过程中对工程实践方法的体验、对失败与改进的接纳、以及对团队协作和社会责任感的培养。作为三年级起始阶段的工程专项课，本设计将复杂工程流程儿童化、活动化，通过“制作一个满足特定需求的装置”这一核心任务，驱动学生像工程师一样思考和行动，为后续中高年级更复杂的工程实践奠定坚实基础。

二、教学目标

（一）科学知识目标

1.能说出工程师是设计、发明和制造产品来解决实际问题的人，了解工程师的工作与科学家的研究有所不同。【基础】

2.能复述并初步理解工程实践的一般步骤：明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流。【核心要点】

3.认识几种常见材料（如纸板、胶带、木棒等）的基本特性及其在制作中的简单应用。

（二）科学探究目标

4.能在教师引导下，针对一个具体问题，从多个角度进行前期研究，搜集有用信息。【重要】

5.能根据研究结果，在小组内讨论并提出至少一种解决问题的初步设想，尝试用画图或文字的方式表达设计方案。

6.能依据设计方案，选择合适的材料，动手制作简单的模型或原型。

7.能对自己和他人的作品进行简单的测试，并根据测试结果提出改进建议，体验迭代优化的过程。【难点】【高频考点】

（三）科学态度目标

8.在小组活动中，乐于与他人合作，积极表达自己的想法，倾听他人意见。

9.面对制作过程中的失败或问题，不气馁，愿意分析原因并尝试改进，初步养成严谨、细致的工程态度。

10.通过作品展示与交流，体验工程实践的成就感，增强对工程技术领域的兴趣。

（四）科学、技术、社会与环境目标

11.能举例说明工程技术产品对人类生活的影响，如桥梁让交通更便利、净水器保障饮水安全等。

12.在设计与制作中，初步考虑材料的节约与环保，树立可持续发展的意识。【热点】

三、教学重难点

（一）教学重点

引导学生在解决具体问题的过程中，亲历并理解“像工程师那样”工作的基本流程，特别是从问题到方案的转化过程。【非常重要】

（二）教学难点

1.帮助学生将前期研究的发现转化为具体、可行的设计方案，并用图示清晰表达。

2.引导学生在测试后主动发现作品不足，并形成有效的改进思路，而非简单地重做或放弃。【难点】

四、教学方法与准备

（一）教学方法

采用“任务驱动法”与“探究式学习”相结合，辅以小组合作法。通过创设真实的问题情境，激发学生内在动机；通过分步骤的脚手架式引导，帮助学生逐步攻克工程挑战。教学过程融入“设计思维”的理念，强调同理心、定义问题、构思、原型制作和测试。

（二）教学准备

1.教师准备：多媒体课件（含工程师工作视频、各类工程产品图片、设计图纸范例）、评价量表。演示用材料：不同承重结构的桥梁模型（图片或实物）、简易净水装置模型。

2.学生准备（以小组为单位）：基础材料包（卡纸、吸管、一次性筷子、橡皮筋、胶带、胶水、剪刀、直尺、记号笔等）。记录用纸（A4白纸、设计草稿纸）。为增加真实性，可准备情境道具，如模拟河道的水盆、砝码或小沙袋（用于承重测试）、模拟污水（用于净水实验）等。具体材料根据本课聚焦的“核心工程任务”而定，本设计将以“为校园小动物设计并制作一个喂食器”作为贯穿全课的核心案例展开阐述，此任务贴近三年级学生生活，趣味性强，且能涵盖工程实践各要素。

五、教学实施过程（核心环节）

本课预计安排2-3课时（可根据实际整合为大单元教学），以下为详细过程设计。

（一）情境导入，唤醒经验：发现生活中的工程问题（约10分钟）

1.创设情境，激发兴趣：【非常重要：情境的真实性与趣味性】教师播放一段校园里小鸟或松鼠觅食的短视频，或者展示几张校园角落里小动物觅食困难的图片（例如，食物被雨水淋湿、被大风吹走）。提问：“同学们，看到这些可爱的小动物，它们在寻找食物时遇到了哪些麻烦？我们能做点什么来帮助它们吗？”学生自由发言，可能会提到搭建一个遮雨棚、做一个固定的食盆等。

2.引出概念，聚焦工程：教师顺势提问：“如果我们真的要去制作一个能给校园小动物遮风挡雨、方便取食的装置，这个任务应该由谁来负责？科学家、工人，还是工程师？”引导学生讨论。教师小结并播放简短纪录片片段，展示工程师设计桥梁、机器人、净水器等产品的过程，强调工程师就是“专门设计解决方案、制造产品来解决实际问题的人”。引出本课主题：“今天，我们全班同学就要组成一个个‘小小工程师团队’，像真正的工程师那样，为校园里的小动物设计并制作一个专用的‘爱心喂食器’。”【核心要点：定义工程任务】

（二）明确问题，界定需求：像工程师一样思考（约15分钟）

1.引导提问，细化问题：【基础】教师引导学生思考：“要成为一个优秀的喂食器工程师，我们首先要明确，这个喂食器到底要解决什么问题？仅仅是一个‘能装食物的容器’吗？”组织全班头脑风暴，将模糊的“喂食器”分解为具体、可测量的设计要求。学生可能会想到：要防雨、要稳固不被风吹倒、要方便小动物啄取、材料要安全无毒、要容易添加食物等。教师将这些零散的想法归纳整理，形成一份“喂食器设计要求清单”，例如：

1.2.功能性：能容纳一定量的食物（如50克谷物），并能自动或方便动物取食。

2.3.稳固性：能抵抗3-4级风的吹拂（可用风扇模拟），不易翻倒。

3.4.防水性：雨水不能直接淋湿食物。

4.5.安全性：材料无毒，边缘光滑，不会伤害小动物。

5.6.可持续性：方便人们从外部补充食物。

7.强调约束条件：教师补充工程实践中重要的“约束条件”，即工程师必须在一定的限制下工作。例如：“作为校园项目，我们也有我们的约束条件——只能用我们材料筐里的这些材料（展示材料包），制作时间只有40分钟，每个小组的材料成本不能超过一定‘预算’（用虚拟的工程币代替）。”【热点：工程伦理与限制】这一环节至关重要，让学生理解工程不是天马行空的想象，而是在条件限制下的最优创造。

（三）前期研究，知识储备：为设计找依据（约15分钟）

1.资料查阅与分析：教师提供学习资料卡，内容包括：几种常见鸟类/松鼠的喙部特征和取食习惯（例如，鸽子喜欢啄食平面上的谷物，麻雀更习惯在地面觅食）；常见材料的特性对比（如卡纸易折叠但怕水，塑料瓶防水但需裁剪，木棒坚固但连接困难）。【重要：跨学科整合（生物、物理）】

2.观察与讨论：小组内观察资料卡，并传看几种典型结构的实物或图片，如防雨棚结构、防风底座结构等。讨论：“根据我们要服务的小动物（以麻雀为例），它的取食习惯是怎样的？对我们设计取食口有什么启发？”“哪些材料适合做防水顶棚？哪些材料适合做稳固的底座？”引导学生将生物学知识和材料学知识联系起来，为后续设计奠定基础。教师巡视，参与小组讨论，引导学生关注细节，如“防雨顶棚的屋檐应该伸出多少才能有效挡雨？”【基础】

3.绘制简单示意图：鼓励学生在草稿纸上，根据讨论结果，尝试画出几种可能的取食口形状或底座结构，为设计方案积累素材。

（四）设计方案，头脑风暴：将想法变为图纸（约20分钟）【核心要点】【高频考点】

1.小组讨论，汇聚创意：每组根据前期研究的结果和设计要求清单，开始构思喂食器的整体方案。教师提供“设计指南”问题串引导讨论：

1.2.“我们的喂食器整体外形像什么？用什么做主体？”

2.3.“取食口设计在哪里？什么形状？大小如何？”

3.4.“用什么结构防雨？是做一个倾斜的顶，还是整个罩起来？”

4.5.“如何保证它稳固不翻？是把底座做重、做大，还是用夹子固定？”

5.6.“食物从哪里添加？需要设计一个‘加料口’吗？”

鼓励小组内每人提出一个创意，并用简图快速记录。教师强调“头脑风暴”原则：不批评、求数量、鼓励组合改进。

7.形成正式设计方案：【难点】各小组在多个创意基础上，综合讨论，确定一个最有可能满足所有设计要求且在材料和时间约束下的最佳方案。将方案绘制在A4纸上，要求画出清晰的结构图，至少包含正视图和俯视图，并用箭头和文字标注各部分的名称、所用材料、关键尺寸（如长度、高度）。这张图纸就是“小小工程师”的“工程蓝图”。教师巡回指导，重点帮助学生解决“想法到图纸”的转化困难，如“怎样画图才能让人看懂你的结构？”“这个连接处你打算用胶带还是用插接？”鼓励学生标注细节，如“用胶带加固底座四角”。

8.方案预评估：方案完成后，每组对照“设计要求清单”进行自我检查，看方案是否涵盖了所有必须的功能。教师可选取1-2个典型方案进行全班简要点评，肯定优点，指出可能存在的共性问题（如重心过高导致不稳），但不过多否定，保留学生在实践中自我发现的空间。

（五）制作模型，动手实践：将图纸变为实物（约30分钟）【非常重要】【高频考点】

1.材料领取与分工：各小组根据设计方案，派“材料员”到“工程材料超市”领取所需材料。教师强调“按需领取”，提倡节约，因为后续可能会有改进需要补充材料。小组内进行角色分工：一位“总工程师”负责统筹和解读图纸；两位“建造师”负责主要部件的制作；一位“质检员”负责监督制作是否符合图纸要求，并检查安全细节（如边缘是否光滑）。【重要：角色扮演与协作】

2.动手制作，教师巡回指导：学生按照图纸开始制作。教师在这一环节的主要角色是观察者、支持者和安全督导员。重点关注：

1.3.学生是否严格按照图纸进行，遇到问题是如何调整的。

2.4.连接技术是否牢固，如胶带的粘贴方式、结构的插接方法等，适时提供技巧指导。

3.5.小组协作是否顺畅，能否有效解决内部争议。

4.6.安全问题，特别是剪刀等工具的使用。

鼓励学生遇到困难时，首先在小组内讨论解决，而不是立刻求助教师。教师可适时抛出启发式问题，如“你觉得这个连接处不够稳固，看看能不能用三角形的结构来加固它？”这体现了工程师在现场解决问题的应变能力。

（六）测试改进，迭代优化：用数据说话（约20分钟）【难点】【非常重要】

1.测试准备与标准发布：在大部分小组完成基本制作后，教师组织进入“工程测试阶段”。发布统一的测试标准和方法：

1.2.稳固性测试：用风速档位固定的风扇吹30秒，喂食器不倾倒为合格。

2.3.防水性测试：用喷壶模拟降雨，喷洒10秒，检查内部食物是否明显变湿。

3.4.功能性测试：在喂食器内放入30克谷物，观察动物（模拟用镊子或小勺）是否方便取食（取食口设计是否合理）。

每组将自己的作品带到测试区，依次进行三项测试。测试结果由小组“质检员”记录在“测试记录表”上，分为“合格”与“需改进”。

5.问题分析与改进：【核心要点】测试结束后，小组返回座位。教师引导：“几乎没有哪个产品是一次就完美的。真正的工程师会根据测试数据，不断改进自己的设计。现在，请各小组根据测试结果，找出你们作品存在的问题。比如，没通过稳固性测试，是底座太小？还是重心太高？没通过防水测试，是顶棚太小？还是材料吸水？”引导学生深入分析失败原因。

6.制定改进方案：针对分析出的原因，小组讨论并制定改进方案。改进可以在原有作品上进行修补，也可以在图纸上修改，为制作“2.0版”做准备。例如，为底座增加配重或扩大支撑面；为顶棚加长帽檐或在顶部覆盖一层塑料膜。这个环节鼓励学生快速行动，向“质检员”申请补充少量材料进行现场修改，然后再次测试。这一“测试-分析-改进-再测试”的循环，是工程实践的灵魂，也是本课的核心价值所在。【热点：迭代思维】

（七）展示交流，评价反思：分享工程成果（约15分钟）

1.成果展示与演说：邀请几个有代表性的小组（如测试全优的组、改进效果显著的组、遇到特殊挑战并克服的组）上台，向全班展示他们的喂食器作品和设计图纸。汇报内容包括：我们解决了什么问题？我们的设计有什么亮点？在测试中遇到了什么困难？我们是如何改进的？【重要：表达能力与反思】

2.互动提问与答辩：台下的同学扮演“客户”或“评审专家”，就作品的实用性、美观性、创新性进行提问或提出建议。例如：“如果下雨很大，你们的顶棚能坚持住吗？”“你们的材料是不是环保的？”汇报小组需尝试解答。

3.教师总结与升华：教师对各个小组的表现给予肯定，特别表扬那些在测试失败后不放弃、积极寻找改进办法的小组。再次回顾工程师工作的完整流程，强调“失败”是通向成功的必经之路，改进比一次完美更重要。并引导学生将眼光放长远：“今天我们为校园小动物设计了喂食器，明天我们也许就能为社区老人设计便利设施，为环保设计垃圾回收装置。只要我们像工程师一样思考，就能用我们的智慧和双手，让世界变得更美好。”

（八）拓展延伸，课后任务：延续工程思维（课后完成）

鼓励学生以个人或小组形式，观察自己的家庭或社区，发现一个需要解决的小问题（如书桌收纳混乱、花盆浇水不便），尝试运用本课学到的工程步骤，设计并制作一个简单的解决方案，可以是草图，也可以是简单模型，下节课进行“微工程分享”。【基础：学以致用】

六、板书设计（使用图文结合方式）

（一）核心流程：像工程师那样……

1.明确问题：为谁？解决什么？条件限制？

2.前期研究：查资料、学知识、看结构。

3.设计方案：画图纸、标材料、定尺寸。【非常重要】

4.制作模型：动手做、按图施工、合作。

5.测试改进：试一试、找问题、想办法。【难点】

6.展示交流：说想法、听建议、共分享。

（二）核心词汇：工程师设计改进模型测试

（三）金句：失败是工程师的好老师！改进让作品更完美！

七、教学评价设计

本课采用过程性评价与终结性评价相结合的方式。

（一）过程性评价（占比60%）

1.参与度：在小组讨论、前期研究、制作过程中是否积极主动。（师评、互评）

2.合作性：是否能够倾听他人意见，有效进行分工协作。（互评）

3.设计能力：设计方案是否清晰、合理，有创意地回应了设计要求。（师评，依据设计图纸）

4.改进能力：在测试环节能否主动发现问题并提出有效改进策略。（师评、自评）

（二）终结性评价（占比40%）

5.作品测试结果：是否通过了稳固性、防水性、功能性三项基本测试。（客观评价）

6.展示交流表现：汇报是否清晰，能否合理解释设计思路和过程。（师评）

八、教学反思与预设（课前思考）

本教学设计充分考虑了三年级学生的认知特点和动手能力。在实施过程中可能遇到的挑战及应对策略如下：

1.【预设挑战一】：学生在设计方案时天马行空，严重超出材料或时间限制。应对策略：在设计环节开始前，反复强调“约束条件”（材料篮、时间、虚拟成本），并提供范例方案，让学生理解“可行性”是优秀设计的重要标准。

2.【预设挑战二】：制作过程中，学生完全脱离图纸，随意发挥。应对策略：“总工程师”的角色赋予其监督图纸执行的职责。教师巡视时，及时提醒“请总工程师核对一下，你们现在做的和图纸上画的一致吗？如果有改变，是否需要在图纸上标注？”将图纸作为动态调整的记录工具，而非僵化的教条。

3.【预设挑战三】：测试改进环节，学生遇到失败后情绪低落或放弃。应对策略：提前铺垫工程师故事，如爱迪生发明电灯经历了上千次失败。教师在此环节要投入更