小学科学一年级上册《工程启蒙：我们的设计与制作》教案

小学科学一年级上册《工程启蒙：我们的设计与制作》教案一、课程背景与设计理念在深入贯彻《义务教育科学课程标准（2022年版）》的背景下，本课作为小学科学一年级上册第一单元“走近科学”的第2课，是学生从“小小科学家”的观察与提问，迈向“小小工程师”的实践与创造的桥梁。本教学设计秉持“做中学、用中学、创中学”的核心理念，聚焦核心素养中的“科学观念”、“科学思维”、“探究实践”与“态度责任”。我们深刻认识到，对于一年级学生而言，工程实践并非高深莫测的技术操作，而是一种基于真实需求、通过动手实践来解决问题、并在迭代改进中形成初步技术意识的启蒙活动。本课将依托苏教版新教材的内容框架，以“铅笔加长器”为载体，将抽象的“工程”概念具象化为一次完整的“需求分析设计方案动手制作测试改进”的微项目学习，旨在点燃学生对技术工程领域的兴趣，培养其严谨的工程思维和精益求精的工匠精神，为后续的深度学习奠定坚实的基础16。二、教材与学情分析（一）教材分析本课是苏教版一年级上册第一单元《走近科学》的第二课，在整个单元中起着承上启下的关键作用。第一课《小小科学家》引导学生像科学家一样观察和思考，而本课则引导学生像工程师一样动手和创造。教材内容主要分为三大板块：首先是“认识工程师”，通过呈现不同领域的工程师及其作品，帮助学生建立对工程师职业的初步印象；其次是“区分工程师与科学家”，通过对比，让学生理解工程师的核心工作是“设计”和“制造”，以满足人们的需求；最后是“工程实践”，这是本课的核心环节，通过“制作铅笔加长器”这一简单而典型的活动，让学生亲历工程实践的完整流程，即“明确问题—设计方案—制作模型—测试改进—展示评价”。这一过程不仅是对前两个板块知识的应用，更是对学生工程思维的启蒙，让学生在实践中体会到“工程就在身边”，从而消除对工程的陌生感和距离感56。（二）学情分析一年级学生刚刚步入小学，他们对世界充满好奇，具有强烈的动手欲望和模仿能力。在日常生活中，他们大多有过搭积木、玩沙子、拼装玩具的经验，这些看似简单的游戏其实已经蕴含了最初的“工程”雏形，如“搭建一个城堡”（明确目标）、“选择合适的积木”（选材）、“如何让城堡不倒”（结构与稳定性）等。这是本课宝贵的经验基础。然而，这个年龄段的学生注意力集中的时间较短，思维的逻辑性和系统性尚在萌芽阶段，往往想到哪就做到哪，缺乏明确的目标意识和规划意识，更不懂得“设计”的重要性。因此，本课的教学设计必须充分尊重学生的这一认知特点，将复杂的工程流程分解为一个个具体、可操作的小步骤，通过生动的情境、结构化的材料和可视化的工具（如简单的设计图模板），引导学生逐步从“随意玩”走向“有目的地做”，初步建立起“先想后做、边做边想、做好再想”的工程思维习惯23。三、教学目标（一）科学观念1.【基础】知道工程师是设计、发明和制造产品的人，我们的生活中充满了工程师的成果。2.【基础】理解工程师的工作与科学家不同，科学家侧重“发现”，解释自然现象；工程师侧重“发明”，解决实际问题，满足人们的需求6。（二）科学思维1.【重要】能够通过观察、比较，将自身搭积木等游戏经验与工程师的工作进行类比，发现其内在的共同点。2.【重要】能在教师引导下，通过小组讨论，初步运用需求分析的方法，明确铅笔加长器需要满足的条件（如牢固、轻便、易握等）。3.【高频考点】经历“问题设计制作测试改进”的完整过程，初步感知工程思维的迭代性，意识到“好产品是不断改进出来的”36。（三）探究实践1.【非常重要】能使用简易材料（如废旧纸张、吸管、胶带、橡皮泥等），通过剪、卷、粘、捆等基本技能，动手制作一个铅笔加长器。2.【非常重要】能够用简单的图画或语言，向同伴表达自己的设计思路和创意。3.【基础】能对自己和他人的作品进行简单的观察和评价，并尝试对自己的作品提出改进设想。（四）态度责任1.【重要】积极参与工程实践活动，体验设计和制作的乐趣，乐于与他人合作、交流与分享。2.【热点】在活动中初步养成“安全操作”、“节约材料”、“保持整洁”的良好习惯。3.【难点】在遇到困难时，不轻易放弃，愿意尝试不同的方法解决问题，初步形成“善于思考、勇于创新、精益求精”的工程师精神6。四、教学重难点与突破策略（一）教学重点1.知道工程师是做什么的，了解工程师与科学家的区别。2.亲历“制作铅笔加长器”的完整过程，体验工程实践的基本步骤。（二）教学难点1.理解工程师工作的核心是“设计”以满足“需求”。2.在制作过程中，能有意识地根据“需求”进行设计，并在测试后主动进行改进。（三）突破策略1.【难点攻克】通过“情境驱动”与“问题链”相结合的方式。创设“铅笔太短了，舍不得扔”的真实情境，引出核心需求。随后通过一系列问题链，如“这支短铅笔遇到了什么麻烦？”“我们需要做一个什么东西来帮助它？”“这个东西要满足哪些要求？”等，引导学生将模糊的感受转化为具体、可描述的设计需求。2.【思维可视化】引入“设计草图”和“任务清单”。为学生提供带有简单图框的设计纸，鼓励他们用圈圈、线线、符号来表达自己的想法，让“看不见”的设计变得“看得见”。同时，将制作要求（如牢固、美观）转化为检查清单，让学生在制作和测试后有据可依地进行自我评估和改进3。3.【经验类比】将学生的生活经验与工程概念紧密连接。例如，将“设计图纸”类比为“搭积木前在脑子里想的模样”，将“测试改进”类比为“积木倒了，看看是哪里没搭好，重新搭一个更稳固的”。用学生熟悉的经验去解释陌生的概念，降低认知门槛。五、教学准备（一）教师准备1.多媒体课件（PPT）：包含各类工程师的工作照片（如建筑工程师、汽车工程师、软件工程师）、科学家（如牛顿、袁隆平）的照片、各种工程师作品的图片或短视频（如港珠澳大桥、C919飞机、有趣的发明）、铅笔加长器的多种范例图。2.实物教具：不同长度的铅笔（含短的不能再用的铅笔头）、多种材质的铅笔加长器实物或模型（如用纸卷的、用吸管套的、用塑料管接的等）。3.评价工具：“小小工程师”勋章贴纸、小组评价板。4.安全提示标识：制作活动时的“安全小贴士”图示。（二）学生准备（以小组为单位准备材料篮）1.基础材料：废旧A4纸、报纸、卡纸条、饮料吸管、一次性筷子、棉线、橡皮筋、胶水、双面胶、透明胶带、剪刀。2.测试对象：每人一支短铅笔（约45厘米长，可由教师统一提供或学生自带）。3.记录工具：“我是小小工程师”活动记录单（包含“我的需求清单”、“我的设计图”、“我的作品改进记”三个简单板块）。六、教学实施过程（一）情境导入，唤醒经验（预计用时：5分钟）1.呈现实物，引发思考：教师面带神秘地拿出一支非常短的铅笔头，做出写字的困难状。提问：“同学们，老师遇到了一个麻烦，这支铅笔是我最喜欢的，但是它现在太短了，捏都捏不住，扔掉又很可惜。你们在生活中遇到过这样的问题吗？你们有什么好办法能帮帮我吗？”2.学生畅谈，激活经验：学生们会基于生活经验提出各种建议，如“套个笔套”、“找个管子套上去”、“用纸卷一卷”、“用胶带缠一个把儿”等等。教师对学生所有富有创意的想法给予积极肯定。3.引出课题，揭示任务：教师总结：“同学们的办法真多！其实，当我们遇到困难，想办法设计、制作一个东西来解决问题的时候，我们就在做一件非常了不起的事情——像‘工程师’一样工作！”（板书主题：小小工程师）今天，我们就来当一回“小小工程师”，一起为这些短铅笔设计制作一个“加长器”，让它们能够被重新利用起来！【重要】（二）初识工程，辨析角色（预计用时：10分钟）1.看一看，认识工程师：教师播放PPT，展示不同领域的工程师及其伟大的作品。（1）图片展示：展示建筑工程师站在高楼前的照片，提问：“这是什么？谁设计的？”（工程师设计了大楼）。（2）图片展示：展示汽车工程师在生产线旁的照片，提问：“我们坐的汽车是谁发明的？”（汽车工程师）。（3）视频展示：简短视频展示航天工程师发射卫星的场景，提问：“能把卫星送到太空的火箭，是谁设计的？”（航天工程师）。教师小结：工程师就是那些设计、发明和制造出各种物品，来帮助我们生活、工作和学习的人。从我们住的房子，到坐的汽车，再到手中的铅笔，都离不开工程师的智慧。62.比一比，区分科学家与工程师：（1）教师同时展示牛顿发现万有引力的图片（或苹果落地图）和工程师根据万有引力定律设计桥梁的图片。（2）引导讨论：左边这位是谁？（科学家牛顿）。右边这位呢？（工程师）。科学家牛顿看到苹果落地，他在想什么？（为什么苹果会往下落，而不是往上飞？）——这是“发现”。工程师知道了地球有引力，他在建桥时会想什么？（怎么让桥墩更牢固，能承受住桥和车子的重量，不被地球拉倒？）——这是“发明”和“设计”来解决问题。（3）教师用儿童化的语言总结：【难点】科学家的工作是“找秘密”，找到大自然的秘密；工程师的工作是“用秘密”，用这些秘密来“造东西”，让我们的生活更美好。比如，科学家发现了“轮子可以滚动”的秘密，工程师就利用这个秘密造出了自行车、汽车，让我们跑得更快。所以，科学家重在“发现”，工程师重在“设计”和“制造”。（板书：科学家：发现；工程师：设计、制造）（三）需求分析，明确目标（预计用时：7分钟）【非常重要】1.聚焦问题，提炼需求：教师再次拿起短铅笔。提问：“我们要为这支短铅笔设计一个加长器。作为‘用户’，我对这个加长器有什么要求呢？请大家当一回‘小小调研员’，想一想，一个好的铅笔加长器，应该满足哪些条件？”2.小组讨论，头脑风暴：学生在小组内围绕“好用的加长器是什么样的”进行讨论。教师在巡视中引导，例如：“如果太松了，铅笔会怎样？（掉下来）太紧了会怎样？（塞不进去）”“如果太沉了，写字会怎样？（手酸）”“如果表面有刺，会怎样？（扎手）”。3.全班交流，形成“需求清单”：教师邀请各小组代表发言，并在黑板上用简洁的图画或文字记录下大家达成的共识。这个“需求清单”应包括：（1）【基础】能牢固地套住铅笔，不松动。（2）【基础】方便铅笔放进和取出。（3）【重要】长短、粗细要合适，握起来舒服。（4）【重要】材料要轻便，太重了写字累。（5）【热点】最好能好看一点，有个性。教师强调：“同学们，这个‘需求清单’就是工程师设计产品的第一步，也是最重要的一步！只有知道了用户需要什么，才能设计出好用的产品。”（四）创意设计，绘制蓝图（预计用时：8分钟）【难点】1.启发思路，打开想象：教师展示几种不同结构的铅笔加长器实物或图片（如简单的纸卷式、带卡槽的吸管式、可调节的伸缩式等）。引导学生观察：“你们看，同样是加长器，它们的‘长相’和‘结构’一样吗？不同的设计有什么好处？”2.明确任务，提出要求：现在，请每一位“小工程师”根据我们刚才的“需求清单”，开动脑筋，在“活动记录单”的“我的设计图”方框里，画出你的铅笔加长器。教师特别说明：【非常重要】“画设计图不是美术课画画，不要求画得特别漂亮。只要你能用简单的线条、图形，把你用什么材料、怎么做的想法表达清楚，让其他人一看就明白，就是一张优秀的设计图！”3.学生设计，教师巡回指导：教师发放记录单，学生开始构思并绘制草图。教师在此过程中，重点关注：（1）引导学生思考材料选择：你想用纸还是吸管？为什么？（2）引导学生思考连接方式：你想怎么把铅笔固定住？用胶带缠？还是用纸卷紧？（3）对有困难的学生进行个别辅导，鼓励他们先用语言表达，再尝试画出来。4.组内交流，分享创意：画好后，在小组内互相看一看、说一说自己的设计，听听小伙伴的建议。教师选取一两份有代表性的设计图（如想法特别、表达清晰或存在明显问题的）在全班进行展示和简单点评，重点点评其如何回应“需求清单”。（五）动手制作，物化成果（预计用时：25分钟）【核心】1.强调规范，做好准备：在动手前，教师利用“安全小贴士”图示，强调剪刀等工具的安全使用方法，以及如何与同伴合作、如何节约材料（如用多少取多少）等工程规范。并发出口令：“小工程师，准备就绪！”2.自主制作，个别指导：学生根据自己或小组讨论后优化的设计图，从材料篮中选择材料，开始动手制作铅笔加长器。教师巡回指导，重点在于：（1）为遇到操作困难的学生提供技术支持，如示范如何更牢固地卷纸、如何用胶带固定等。（2）鼓励遇到设计问题的学生（如铅笔放不进去）停下来思考：是哪里出了问题？是设计图没画好，还是制作时没按图做？引导他们向同伴求助或参考其他同学的做法。（3）观察并表扬那些认真操作、注意安全、节约材料、乐于助人的学生，并给他们贴上“小小工程师”的贴纸作为即时鼓励。3.初步测试，体验成功：当大部分学生完成制作后，请他们将自己带来的短铅笔装入自制的加长器中，进行简单的握笔和书写测试，初步感受自己的“产品”。（六）测试改进，迭代优化（预计用时：12分钟）【非常重要】【难点】1.创设“产品发布会”情境：教师宣布：“各位小小工程师，我们的‘铅笔加长器’产品发布会现在开始！现在请大家像真正的工程师一样，对自己的产品进行严格的测试和评价。”2.明确评价标准（即“需求清单”）：将黑板上的“需求清单”作为本次评价的标准。引导学生对照清单，自我检查。3.自我测试与反思：（1）第一关：牢固性测试。轻轻地甩一甩，铅笔会掉出来吗？如果掉出来，问题可能出在哪里？（太松了）（2）第二关：使用性测试。试着写几个字，握起来舒服吗？加长器会不会变形？（太软了、不够结实）（3）第三关：美观性评价。看看自己的作品，满意吗？学生在测试中会发现各种问题，如“我的加长器太软了，一捏就扁了”、“我的铅笔总是往里缩”、“我的接口处胶带没粘好，开了”。4.开启“迭代改进”环节：教师引导学生：“发现问题了吗？太好了！在工程师看来，发现问题不是失败，而是成功的第一步！因为只有发现问题，我们才能去改进它，让产品变得更好。现在，请你们当自己的‘质量检测员’，针对发现的问题，想想怎么改进？”【热点】5.动手改进作品：学生针对测试中发现的问题，对自己的作品进行修改、加固或优化。教师鼓励他们大胆尝试新的材料或方法。例如，软的可以再加一层纸或缠上胶带；松的可以在接口处加个橡皮筋或塞点东西。6.展示交流，分享智慧：邀请几位改进效果明显的学生上台，展示他们改进前后的作品，并分享他们发现了什么问题、又是如何解决的。教师对学生的改进意识和解决问题的能力给予高度赞扬。（七）拓展延伸，情感升华（预计用时：3分钟）1.总结收获，强化认知：教师提问：“通过今天当‘小小工程师’的活动，你们知道了工程师是做什么的？（生答）我们制作铅笔加长器，经历了哪些步骤？”引导学生回顾：发现问题（铅笔太短）→明确需求（要牢固、轻便）→设计图纸→动手制作→测试改进。2.回归生活，拓展视野：教师展示一些更高级、更精密的铅笔加长器（如金属的、带有装饰的）或者其它由简到繁的发明案例图片（如轮子的演变史），告诉学生：“今天我们做的只是一个非常简单的小东西，但其中蕴含的‘需求设计制作改进’的道理，和建造大高楼、制造大飞机是一样的！只要你们善于观察生活，发现需求，并像今天一样乐于动手、勤于思考，你们未来也能成为真正的工程师，创造出改变世界的产品！”73.布置课后挑战任务：鼓励学生回家后，向家长展示自己的作品，并介绍工程师的工作。同时，可以观察家里有没有其他需要改进的小物品，试着画一个设计图，和家长一起动手改一改。七、板书设计小小工程师科学家：发现（大自然的秘密）工程师：设计、制造（满足需求的物品）我们的工程流程：发现问题（铅笔短了）明确需求（牢固、轻便、好握……）（此处贴需求清单关键词）↓设计方案（画