小学二年级综合实践活动《巧手制趣翁：探秘平衡与重力》教案

小学二年级综合实践活动《巧手制趣翁：探秘平衡与重力》教案

一、课程核心理念与设计依据

（一）课程性质与定位

本节课是依据《义务教育综合实践活动课程指导纲要（2022年版）》及小学低年级学生认知发展特点，设计的跨学科项目式学习活动。活动以“制作不倒翁”为实践载体，深度融合科学探究、技术制作、艺术设计和数学测量等多个学科领域，旨在通过“做中学、创中思”的方式，培养二年级学生的动手实践能力、科学探究精神和创造性思维。

（二）核心素养培育指向

1.科学素养：初步建立“重心”“平衡”“重力”等科学概念的前认知，培养观察、比较、推测、验证的探究习惯。

2.技术素养：经历“设计—选材—制作—调试”完整的技术制作流程，掌握安全使用简单工具的方法。

3.艺术素养：在造型装饰中培养审美感知和创意表达。

4.跨学科思维：在解决“如何让不倒翁更稳定”“如何让外观更美观”等真实问题中，初步体验多角度思考问题的方式。

（三）理论依据

1.建构主义学习理论：强调学生在动手操作中主动建构知识，将新经验与已有认知（如玩积木时的平衡经验）建立联系。

2.STEAM教育理念：整合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics），通过项目式学习实现深度学习。

3.儿童认知发展理论：针对皮亚杰所述的具体运算阶段初期儿童思维特点，提供可操作、具象化的学习材料。

二、学情深度分析

（一）学生已有经验基础

1.知识经验：学生在一年级科学课中接触过“物体形状”“轻重”等概念；在生活中有玩不倒翁玩具、搭积木不倒的直观体验。

2.技能基础：能使用安全剪刀进行简单裁剪，能用胶水粘贴轻质材料，具备基本的图形辨认和涂色能力。

3.认知特点：以具体形象思维为主，注意力集中时间约为15-20分钟，喜欢游戏化、故事化的学习方式。

（二）潜在学习困难预设

1.对“重心”这一抽象概念的理解存在困难，易将“重”等同于“大”。

2.在调试过程中可能因反复失败而产生挫折感。

3.小组合作时可能出现分工不清、沟通不畅的情况。

（三）差异化支持策略

1.概念可视化：用“小秘密藏在肚子下面”等拟人化语言解释重心。

2.脚手架设计：提供“调试记录卡”将过程游戏化，设立“专家求助站”。

3.合作结构优化：采用“拼图式合作法”，明确角色（材料员、操作员、记录员、汇报员）。

三、教学目标体系

（一）核心目标

通过自主设计并制作一个具有创意的个性化不倒翁，理解影响物体稳定性的关键因素，体验完整的技术制作过程，培养解决问题能力和创新意识。

（二）具体目标维度

1.知识与技能维度

1.2.能说出制作不倒翁需要哪些基本材料（如球形外壳、配重物、装饰材料）。

2.3.能通过动手操作发现“重心越低、底部越圆滑，物体越稳定”的规律。

3.4.能安全使用剪刀、胶棒等工具，完成裁剪、粘贴、固定等基本操作。

4.5.能为自己的不倒翁设计并制作富有创意的外观装饰。

6.过程与方法维度

1.7.经历“观察现象—提出问题—设计实验—动手制作—测试改进”的完整探究过程。

2.8.学会使用“试一试、调一调、比一比”的方法调试不倒翁的稳定性。

3.9.能用简单的图画或符号记录制作步骤和调试发现。

4.10.能在小组内表达自己的想法，倾听同伴建议。

11.情感态度与价值观维度

1.12.激发对生活中平衡现象的好奇心和探究欲。

2.13.在反复调试中培养耐心细致、坚持不懈的科学态度。

3.14.通过创意装饰感受制作的乐趣，增强“我能行”的自信心。

4.15.初步建立“变废为宝”的环保意识，养成整理工具材料的好习惯。

（三）目标达成的可观测指标

1.学生制作的不倒翁能在外力推动后自动回正。

2.学生能向同伴解释“我在底部加了橡皮泥让它更稳”。

3.调试记录卡上至少有两次调整记录。

4.作品展示时能说出自己的设计创意。

四、教学重难点及突破策略

（一）教学重点

1.制作过程的完整性体验：重点不是做出完美作品，而是完整经历“设计—制作—调试—优化”的迭代过程。

2.重心与稳定关系的感性认识：通过对比实验获得直接经验。

（二）教学难点

1.抽象概念的具体化：将“重心”“稳定性”转化为儿童可操作、可感知的语言和动作。

2.调试方法的系统性：避免盲目尝试，引导有目的、有记录的调试。

（三）突破策略

1.概念突破策略

1.2.拟人化比喻：将重心称为“不倒翁的小脚丫”，位置低则“站得稳”。

2.3.对比实验可视化：制作“高重心”和“低重心”两个对比模型，让学生直观感受。

3.4.身体体验法：让学生模仿不倒翁站立、下蹲，感受重心变化。

5.方法指导策略

1.6.调试三步曲：提供“一推（测试）—二看（观察摇晃）—三调（调整配重）”口诀。

2.7.问题排查指南：用图画形式展示常见问题（倒后不起、歪斜、转动不灵）的可能原因。

3.8.专家微课堂：录制2分钟微视频，展示调试小技巧。

五、教学资源与环境设计

（一）材料准备（按小组配备，4人一组）

1.基础材料包

1.2.球形外壳选项：洗净的乒乓球、塑料蛋壳、圆形纸盒（直径约8cm）各2个

2.3.配重材料：橡皮泥（20克/块）、小螺母、螺丝、玻璃珠（各若干）

3.4.固定材料：双面胶、白乳胶、透明胶带、黏土

4.5.装饰材料：彩色卡纸、皱纹纸、毛根、活动眼睛、羽毛、彩色纽扣

5.6.工具类：儿童安全剪刀、塑料刮板、搅拌棒、电子秤（教师用）

7.辅助资源包

1.8.调试工具包：小勺子（调整橡皮泥用）、牙签（点胶用）、小镊子

2.9.记录工具：不倒翁制作步骤图卡、调试记录卡（带笑脸评级）、创意设计草图纸

3.10.防护用品：小围裙、桌面保护垫、材料收纳盒

（二）环境创设

1.物理空间布局

1.2.采用“岛屿式”小组布局，每桌配备材料架和工具墙。

2.3.设立四个功能区：

1.3.4.探索发现区：陈列各种不倒翁（传统的、创意的、有故障的）

2.4.5.制作工作区：小组操作台，配备防护垫

3.5.6.调试挑战区：设置不同坡度的测试斜面（5°、10°、15°）

4.6.7.作品展示区：分层展示架，配作品名片卡

8.数字资源支持

1.9.交互式白板课件：包含不倒翁原理动画、制作步骤分解视频

2.10.AR增强现实应用：扫描空白球体可预览不同装饰效果

3.11.过程记录工具：每组配备平板电脑，可拍摄调试过程

12.安全与环保设计

1.13.所有工具均采用圆角塑料材质，胶水为无毒水基胶。

2.14.材料以可回收物为主（如废旧乒乓球、纸盒），设置“边角料回收盒”。

3.15.明确安全操作三原则：传递剪刀手柄向前、使用胶水“点点就行”、细小材料防误食。

六、教学过程实施（两课时连排，80分钟）

第一课时：探秘平衡原理，设计个性方案（40分钟）

环节一：情境导入，聚焦问题（8分钟）

活动1：故事激趣（3分钟）

教师讲述自编故事《摇摇晃晃王国历险记》：王国里的物品总是站不稳，小工匠需要制作“不倒卫士”来帮助它们。出示各种站不稳的物品图片（易倒的瓶子、歪斜的积木塔），引出核心问题：“怎样才能让东西推不倒呢？”

活动2：现象观察与初步猜想（5分钟）

1.每组发放两个不倒翁（一个传统圆形底，一个平底改装版），让学生自由玩耍2分钟。

2.提问引导：

1.3.“你发现了什么有趣的现象？”

2.4.“为什么它倒了又能自己站起来？”

3.5.“猜猜秘密藏在哪里？”

6.学生分享后，教师不直接给出答案，而是揭示本课任务：“今天我们都来当小工匠，解开不倒翁的秘密，并制作一个独一无二的不倒翁卫士。”

环节二：解构分析，探究原理（12分钟）

活动3：拆解观察（6分钟）

1.教师出示透明解剖不倒翁（剖开一半的亚克力球体，内部配重可见）。

2.学生观察并描述：“你看到了什么结构？”（外壳、重物、空的部分）

3.关键问题链：

1.4.“重物在什么位置？”（底部）

2.5.“如果重物跑到上面会怎样？”教师演示移动配重至顶部，推动后倾倒。

3.6.“外壳是什么形状？”（圆形）

4.7.“如果做成方形会怎样？”展示方形底模型测试。

活动4：身体模拟实验（6分钟）

1.全体起立，模仿不倒翁：双脚分开站立，上身轻轻左右摇摆，感受重心在脚底。

2.对比实验：尝试踮起脚尖摇摆（模拟高重心），再蹲下摇摆（模拟低重心）。

3.师生共同总结初步发现（板书关键词）：

1.4.秘密一：重的东西要沉在下面（重心低）

2.5.秘密二：底下要圆圆的（减小接触阻力）

3.6.秘密三：下面是空的上面的轻的（上轻下重）

环节三：设计规划，创意构思（15分钟）

活动5：材料探究（5分钟）

1.小组领取材料包，进行3分钟自由探索：

1.2.掂量不同配重材料（橡皮泥、螺母、玻璃珠）的重量

2.3.感受不同外壳（乒乓球、塑料蛋壳、纸球）的质感

3.4.触摸装饰材料的特性

5.材料记录员在草图纸上贴材料小样或画简图。

活动6：创意设计（10分钟）

1.设计任务单引导：

1.2.我的不倒翁名字：（如“彩虹勇士”“胖胖熊猫”）

2.3.它是什么角色？（卫士、舞者、小动物等）

3.4.我打算这样设计：在空白圆形轮廓图上涂色或添加特征

4.5.我需要这些材料：从材料清单中勾选

5.6.可能遇到的困难：预想1-2个问题及解决办法

7.小组内进行1分钟设计分享，互相提建议。

8.教师巡视指导，关注设计可行性和安全性。

环节四：整理准备，明确流程（5分钟）

1.播放2分钟微视频《制作不倒翁四部曲》：①选壳装重物；②封口测试；③装饰打扮；④调试优化。

2.明确制作公约：

1.3.安全第一：工具传递讲礼貌

2.4.环保节约：材料用多少取多少

3.5.耐心调试：失败是成功的开始

4.6.互相帮助：你是小组重要的一员

7.整理工作台，准备进入制作阶段。

第二课时：动手制作迭代，展示评价拓展（40分钟）

环节五：实践制作，初步成型（18分钟）

活动7：核心结构制作（10分钟）

1.步骤一：装配重心系统（4分钟）

1.2.选择外壳，用黏土或胶固定配重于底部内壁。

2.3.技术要点指导：橡皮泥要压紧贴实；小零件需用胶固定防滚动。

3.4.即时测试：装好后轻推，观察是否能回正。若不能，进入简易调试。

5.步骤二：封装与密封（6分钟）

1.6.封装方法教学：纸壳用胶带十字封口；球壳用胶对粘。

2.7.密封检查：摇动听是否有杂音（表示松动）；检查缝隙是否漏光。

3.8.初步功能测试：在平整桌面上推动，记录第一次测试结果。

活动8：创意装饰（8分钟）

1.装饰原则指导：

1.2.平衡装饰：两侧装饰重量尽量对称

2.3.轻质优先：上部用纸、羽毛等轻材料

3.4.创意无限：鼓励故事性设计（如“太空不倒翁”加天线）

5.装饰实施：

1.6.根据设计图裁剪、粘贴

2.7.可使用AR应用预览效果再实际制作

3.8.制作“个性名片”：包括创作者、作品名、特性介绍

环节六：系统调试，优化改进（12分钟）

活动9：三级挑战调试（8分钟）

1.一级调试：桌面平稳测试（3分钟）

1.2.标准：轻推后能在3秒内回正，不歪斜。

2.3.问题排查：若向一侧歪斜，检查配重是否偏斜；若倒后不起，检查重心是否过高。

3.4.调整方法：增减配重、调整位置、重新分布。

5.二级调试：斜坡挑战测试（3分钟）

1.6.在5°斜坡上释放，应能稳定停住不下滚。

2.7.在10°斜坡上轻推，应能摆动后回正。

3.8.记录员在调试卡上记录通过情况（贴通过贴纸）。

9.三级调试：个性优化（2分钟）

1.10.根据作品角色特性增加特殊功能：如“舞蹈家”希望摆动优美，可调整配重获得特定摆动节奏。

2.11.完成最终优化，准备终审。

活动10：故障诊断会（4分钟）

1.收集各组遇到的典型问题，进行集中诊断。

2.问题示例与解决方案：

1.3.问题：“我的不倒翁老是躺下睡觉（倒后不起）”

1.2.4.可能原因：配重太轻或位置太高

2.3.5.解决方案：增加底部配重或降低配重位置

4.6.问题：“它只喜欢往一边歪（倾斜）”

1.5.7.可能原因：配重分布不均匀或外壳不圆

2.6.8.解决方案：检查并调整对称性

9.颁发“调试小专家”证书给提出有效解决方案的学生。

环节七：展示交流，多维评价（8分钟）

活动11：作品发布会（5分钟）

1.展台布置：每组将作品置于展示区，附设计草图、调试记录卡和名片。

2.参观交流：采用“画廊漫步法”，学生带便签条参观其他组作品，写下“我最欣赏的一个设计点”贴于作品旁。

3.代表推介：每组1分钟推介，重点介绍：

1.4.我的作品最特别之处

2.5.制作过程中最大的挑战和如何解决的

3.6.如果再做一次，我会改进什么

活动12：综合评价（3分钟）

1.多元评价主体参与：

1.2.自我评价：完成“我的制作之旅”反思卡（星级自评）

2.3.小组互评：投票选出“最稳定奖”“最创意奖”“最精美奖”

3.4.教师评价：基于过程观察和成果，颁发定制奖状（如“工程小能手”“创意设计师”“调试达人”）

5.评价维度可视化：

1.6.稳定性测试结果（通过几级斜坡）

2.7.创意设计亮点（故事性、美观度、材料创新）

3.8.合作与坚持（调试次数、互助行为）

4.9.环保与整洁（材料利用率、工作台整理）

环节八：总结延伸，生活链接（2分钟）

1.原理应用拓展：

1.2.展示生活中应用不倒翁原理的物品：摇椅、地震仪、玩具娃娃、自平衡机器人。

2.3.思考题：电风扇底座为什么很重？塔式起重机如何保持平衡？

4.项目延伸建议：

1.5.家庭小实验：用鸡蛋壳制作不倒翁

2.6.创意挑战：设计一个“最大”或“最小”的不倒翁

3.7.观察任务：寻找生活中5种利用重心保持平衡的现象

8.整理与收纳：

1.9.按材料类别回收剩余材料

2.10.工具清洁归位

3.11.工作台恢复整洁

七、教学评价设计

（一）过程性评价工具

1.观察记录量表（教师用）

1.2.参与度指标：主动操作次数、提出问题数量、帮助同伴行为

2.3.技能发展：工具使用规范性、调试方法系统性、问题解决策略

3.4.合作表现：倾听、表达、分工执行、冲突解决

5.学生过程记录包

1.6.设计草图与材料清单

2.7.调试记录卡（含测试次数、问题描述、解决方法、效果评价）

3.8.制作日志（简单图文记录关键步骤和发现）

（二）成果性评价标准

1.功能实现等级

1.2.优秀：通过三级斜坡测试，回正迅速无晃动

2.3.良好：通过二级测试，回正稍有晃动

3.4.合格：通过一级测试，能基本回正

4.5.待改进：无法自主回正

6.创意设计等级

1.7.优秀：有完整故事设定，装饰精美且符合力学原理

2.8.良好：有主题设计，装饰协调

3.9.合格：有简单装饰，完成基本制作

4.10.待改进：仅完成结构无装饰

11.工艺质量等级

1.12.优秀：结构牢固、密封完整、装饰工整

2.13.良好：结构较牢固、无松动、装饰平整

3.14.合格：基本成型，有少量瑕疵

4.15.待改进：结构松散，易损坏

（三）综合评价方式

1.档案袋评价：收集每位学生的设计图、过程记录、作品照片、反思卡，形成个性化学习档案。

2.表现性评价：在调试挑战和作品推介环节观察学生的综合表现。

3.增值性评价：关注学生从起点（原有经验）到终点（达成水平）的进步幅度。

八、教学反思与优化建议

（一）预设问题及应对预案

1.问题一：时间把控难度大

1.2.预案：设置明显的时间提示信号（如沙漏、倒计时器）；准备“速成锦囊”卡供进度慢的小组选用简化方案。

3.问题二：概念理解出现偏差

1.4.预案：准备三个层次的解释语言：拟人化比喻（初级）、生活类比（中级）、科学术语（高级），根据学生反馈选择使用。

5.问题三：调试过程陷入僵局

1.6.预案：设立“专家救援队”（由先成功的学生担任），建立求助机制；提供“调试秘籍”小卡片。

（二）差异化教学策略

1.对快速完成者：提供进阶挑战卡，如“制作能跳舞的不倒翁（摆动节奏控制）”“设计双层不倒翁”。

2.对制作困难者：提供半成品材料包（如预固定配重的外壳）、分步视频指导、一对一助手帮扶。

3.对创意不足者：提供创意灵感卡（多种主题示例）、材料组合建议、AR预览辅助决策。

（三）跨学科深度拓展建议

1.数学整合点：测量配重重量（克）、外壳直径（厘米），比较数据；记录摆动次数，进行简单统计。

2.科学延伸点：研究不同底部形状（圆形、椭圆形、多边形）对稳定性的影响；探究液体配重（如半瓶水）的效果。

3.艺术融合点：学习对称图案设计；了解色彩轻重感（深色显重、浅色显轻）在装饰中的应用。

4.工程思维点：引入简单迭代循环概念（制作—测试—修改—再测试）；了解原型设计思想。

5.语文表达点：为作品编写小故事；学习说明性语言描述制作过程。

6.德育渗透点：通过反复调试培养坚毅品质；通过变废为宝树立环保意识；通过小组合作学习团队精神。

（四）教学环境与技术优化方向

1.智能化支持：引入压力传感器测量底部接触力，可视化重心位置；使用慢动作摄影分析摆动轨迹。

2.虚拟与现实融合：开发VR模拟装配程序，允许学生在虚拟空间无限次尝试不同设计方案。

3.过程数据采集：通过物联