小学五年级科学《制作简易空气净化器》教学设计（青岛版新教材）

小学五年级科学《制作简易空气净化器》教学设计（青岛版新教材）【教材分析】《制作简易空气净化器》是青岛版新教材小学科学五年级上册第一单元第五课的内容，是一节典型的技术与工程领域的实践课。本课是在学生学习了空气的成分、空气与生命的关系以及常见空气污染物等知识之后编排的，它把"认识空气污染"这一认知层面的学习，推进到"解决空气污染问题"这一实践层面。教材遵循"明确问题—设计方案—制作作品—测试改进—展示交流"的工程实践主线，引导学生综合运用过滤、吸附等科学原理，利用纸板、纱布、棉花、活性炭、小风扇等简易材料，设计并制作一台能够在一定程度上净化空气的装置。这一课承载着三重使命：一是巩固和运用前面所学的空气知识；二是让学生亲历完整的工程设计流程，体会"设计—制作—测试—改进"的技术迭代思想；三是培植学生的环保意识和社会责任感，使科学学习真正指向生活。需要特别指出的是，本课的价值不在于学生做出的净化器性能有多高，而在于学生在"做"的过程中思维发生的真实变化。教师应警惕"手工作品化"的倾向，避免课堂变成手工课，要始终让科学原理成为工程的骨架，让工程问题成为思维生长的土壤。【学情分析】五年级的学生经过四年多的科学学习，已经具备了初步的观察、实验、记录和表达能力，对空气、过滤、吸附等概念有了前认知基础。在生活中，多数学生见过或使用过家用空气净化器，有的家长还购买过除甲醛产品，这些生活经验是宝贵的教学资源，但同时也是粗糙甚至错误的——学生往往认为"越厚的材料净化效果越好""净化器是个神秘的盒子"，缺乏对净化原理的清晰认识。从能力层面看，五年级学生动手欲望强烈，乐于合作，能够完成较复杂的制作任务，但在设计前先动脑思考的科学设计意识较弱，常常拿到材料就动手，导致作品缺乏科学合理性。此外，学生对于"测试""改进"环节的认识往往流于形式，需要教师通过结构化的任务单予以规范。从心理特点看，五年级学生正处于具体运算向形式运算过渡的阶段，他们渴望完成"像工程师一样"的真实任务，具有初步的竞争意识和表现欲，这为"小组竞标""产品发布会"等教学情境提供了心理基础。【教学目标】科学观念目标：知道空气可以通过过滤、吸附等方式得到一定程度的净化；理解简易空气净化器的工作原理，即空气在动力作用下通过净化材料，颗粒物被过滤材料拦截，有害气体被活性炭等吸附；认识到材料的特性决定了它的用途，结构的设计影响装置的性能。科学思维目标：能在明确限制条件（材料、成本、时间）的前提下提出设计方案；能基于测试结果分析作品的优缺点，运用证据进行推理，提出有针对性的改进设想；能通过比较不同小组的设计方案，归纳出影响净化效果的关键因素。探究实践目标：经历完整的工程设计流程，能与同伴合作绘制设计图，依据图纸选择合适的材料制作简易空气净化器；能使用简易的测试方法（如观察熏香产生的烟雾通过装置前后的变化）检验作品性能，并对作品进行至少一轮迭代改进。态度责任目标：在活动中体验合作与分工的重要性，养成安全操作、节约材料的良好习惯；感受科学技术改善生活的价值，树立保护空气环境、争当环保小卫士的责任感；养成一丝不苟、精益求精的"工匠精神"的初步意识。【教学重难点】教学重点：理解过滤与吸附的净化原理，能综合运用这些原理设计并制作简易空气净化器；经历"设计—制作—测试—改进"的完整工程流程。教学难点：在设计环节能基于科学原理进行有依据的选材与结构设计，而不是盲目拼搭；能根据测试获得的证据提出有效的改进方案，实现作品的迭代升级。【教学准备】教师准备：多媒体课件（含雾霾天气图片、空气净化器实物拆解视频、过滤原理动画）、演示用成品简易空气净化器一台、计时器、评价量规展示板。学生准备（四人小组为单位）：废旧纸筒或塑料瓶坯、小电扇（USB供电）、纱布、薄海绵、棉花、细纱布袋装的活性炭颗粒、双面胶、透明胶、剪刀（安全型）、美工刀（教师辅助使用）、设计图纸纸（A3）、彩笔；测试用香（教师统一管理）、透明塑料罩或大型饮料瓶上半部（作烟室）、记录单。安全预案：小电扇使用前教师检查电池仓；美工刀、火柴仅限教师测试环节操作；测试产生的烟雾控制在极少量，保持教室通风；为过敏体质学生调整观察位置。【教学过程】一、情境导入，明确工程任务上课伊始，教师播放一段延时摄影视频：镜头下，一辆汽车经过建筑工地旁的马路，空气中有明显的浮尘。随后出示两张对比图——重雾霾天气下的城市与雨后初晴的同一地点。教师提问："这两天的空气，你更愿意呼吸哪一天的？我们每天有多少人、多少个小时在呼吸？世界卫生组织的资料告诉我们，人每天呼吸一万升以上的空气。可是当空气里有灰尘、有烟雾、有有害颗粒物的时候，我们的肺并没有选择的权利。"学生自由发表感受，如咳嗽、喉咙不舒服、不敢开窗等。教师继续追问："面对不干净的空气，人类做了什么？"引出空气净化器，追问："一台空气净化器动辄上千元，它为什么值这么多钱？它的肚子里到底藏着什么秘密？"播放空气净化器拆解视频，引导学生观察其结构：进风口、过滤层、风机、出风口。学生归纳：空气是被风机"吸"进去的，经过一层一层的"网"变干净后被"吐"出来。教师顺势板书工程任务："今天我们要完成一个真实的工程挑战——用桌上的简易材料，制作一台简易空气净化器。要求是：第一，有动力装置让空气流动；第二，至少使用两种净化材料；第三，能接受'烟雾测试'的检验；第四，成本合理，每人分工明确。工程时限，三十五分钟。"设计意图：以真实的空气质量问题唤起学生的生活经验和情感共鸣，将"制作一个东西"升华为"解决一个真实问题"。明确给定的限制条件（时间、材料、功能、成本）正是工程实践区别于手工制作的关键，约束条件设置为后续的理性设计提供了框架。二、聚焦原理，突破认知难点制作之前，教师并不急于让学生动手，而是先破解"净化"的科学密码。教师拿出三件物品：一块纱布、一团棉花、一小袋黑色颗粒（活性炭）。提问："请猜一猜，这三样东西分别能拦住空气里的什么？"演示小实验一：教师将点燃的香产生的烟雾，通过纱布抽吸，学生观察纱布上有焦褐色残留，明白了纱布、多层织物可以拦截较大颗粒物——这叫过滤。教师用筛米类比："纱布好比筛子，比筛孔大的过不去，这就是过滤原理。"演示小实验二：将活性炭颗粒靠近有色有异味的液体（稀释的红墨水），静置片刻颜色变浅。学生明白了活性炭内部有无数孔隙，能吸附异味和有害气体。教师简介："一克活性炭展开的表面积相当于一个篮球场，这些看不见的孔洞像一间间小房间，把有害分子'请进去关起来'。"教师追问："如果让你把空气里所有的脏东西都拦住，是不是用最厚、最密的材料把风口堵死就行了？"演示：把一块塑料板封在风扇出风口，烟雾无法通过。学生顿悟：堵住不行，空气要能通过，但又不能让脏东西通过，这是一对矛盾。教师总结净化器的三大设计难题，也是评价本课作品的三个核心维度：流得动（空气流通顺畅）、拦得住（净化效果好）、做得巧（结构合理、成本节约）。设计意图：原理不清是本课最容易"翻车"的地方。通过两个微型演示实验和"堵死不行"的认知冲突，帮助学生建立"通透性—净化性"的平衡意识，这是设计的灵魂，为后面的自主设计提供科学的支点。三、构思设计，绘制工程图纸教师提出"先想后做"的铁律："工程师从不边做边想。请各组用五分钟，在设计图纸上画出你们的净化器方案。图纸上要有：整体结构图、每一层净化材料的标注、空气流动的箭头方向、材料清单。一张合格的图纸，别人看了能照着做出来。"各组展开设计讨论。教师巡视，适时介入典型问题：有的小组只画了一个盒子，没有考虑风机位置。教师提示："风从哪进、哪出？是推还是吸？"有的小组把活性炭放在最外层。教师启发："进风口第一层应该先拦住什么？让'粗脏东西'进机器里面合不合理？"引导学生形成"先粗滤、再细滤、后吸附"的层级意识。有的小组塞了过厚的棉花导致风机负载过大。教师提醒权衡："想一想，你的电风扇力气有多大？"完成初稿后，进行"图纸答辩"环节：每组用三十秒向全班陈述方案亮点，其他同学提出一个质疑或建议。教师将各组的金点子记录在黑板的"智慧墙"上，如"预过滤网可替换""采用漏斗形进风口减速沉降大颗粒""活性炭夹在两层纱布中间防泄漏"。最后各组根据自己的分刷修改定稿。设计意图：将"做中学"升级为"想中学、辩中学"。绘图把内隐的思维外显化，答辩则让方案接受群体智慧的淬炼，这一环节直指教学难点——基于原理的理性设计。四、动手制作，分工协作实践学生按图纸开始制作。教师在黑板上明示分工建议：结构设计员、材料管理员、制作操作员、质量监督员，小组成员各司其职、轮岗体验。教师巡视指导，重点关注：进风与出风的密封性——有的组风道漏风，教师追问："漏风意味着什么？是不是有一部分'脏空气没走净化道，抄近道出来了？'"引导学生用胶带封堵接缝。净化层的装配顺序——强调"先装内层后装外层""活性炭装袋密封后再嵌入"。安全规范——使用剪刀时不可对人；美工刀切割由教师或辅助完成；小电扇接通前请教师检查。教师同时关注"图纸与现实"的偏差处理。有学生喊："老师，我们这样材料不够啦，图纸得改！"教师回应："工程实践中修改图纸是常态，但修改要在图纸上用红笔标注，留痕，像真正的工程师一样。"制作接近尾声，预留五分钟请各组进行"自我检测"：通电启动，把净化器置于烟雾源出口处，观察出风口烟雾是否变淡。教室内设置三个"烟雾测试台"，由教师统一管理点火和烟雾操作，学生轮流将作品送测。设计意图：动手环节教师退居指导者角色，让学生在真问题、真材料、真合作中经历"遇到障碍—想办法—再实践"的过程，这是工程思维的成熟过程。强调图纸留痕，于细微处渗透严谨求实的科学态度。五、测试改进，实现迭代升级测试是工程的镜子。教师组织"作品见证会"，依次对各组净化器定性测试：将烟源对准进风口，观察出风口烟雾浓淡变化和纱布层上的颜色变化，用"★"符号在评价量规上给"流得动、拦得住、做得巧"三项打分。测试中出现了典型现象，教师即时抓住：现象一：某组出风口烟几乎消失，但风速极弱。教师让全组思考："它把脏东西都留下了，可它几乎'吐不出气'，这样的净化器放在房间里要多久才能净化一遍？效率和效果怎么平衡？"现象二：某组风很大但出风口烟雾依然明显。教师追问："问题出在哪一层？拆下来看看。"学生发现活性炭层太薄或颗粒空隙太大，给"加料"找到了依据。现象三：某组仅用一层纱布，拦截效果有限。教师把两片纱布叠加后再测，效果明显提升，学生亲眼看见"层级与厚度"的价值。基于测试数据，各组用五到八分钟实施一次"紧急改进"，并用完成改进前后对比记录单："我们的问题——我们的改进——我们的结果"。设计意图：测试—改进是本课工程设计区别于手工制作的灵魂环节。三个典型问题分别对应工程设计中的"性能平衡""局部失效""结构优化"三个真实命题，学生在证据驱动下完成有意义的迭代，真正实现从"做出来"到"做得好"的思维跨越。六、展示交流，收获工程智慧举行"空气净化器新产品发布会"。每组一钟陈述：我们解决了什么问题、我们最大的创新点、我们遇到的困难及克服办法、如果再做一次我们会怎么做。台下"评委"依据三项量规投票，评出"最佳净化奖""最佳创意奖""最佳工艺奖""最具潜力奖"。教师强调：评价不只奖励最好的作品，也奖励最认真思考的团队，鼓励失败中的发现。教师引导学生把个人经验上升为集体共识："今天我们每个人都像工程师一样工作。谁能说一说，工程师设计一座桥、一台机器，和我们今天做的事情，有什么相同的地方？"学生归纳出：先明确问题、再设计、再制作、再测试改进、最后交付——不断循环，让产品越来越好。教师板书完整流程图：问题—设计—制作—测试—改进—（新问题）。课堂最后，教师播放一段简短视频：中国自主研发的空气过滤材料如何应用于航天员的太空舱、如何走进医院和家庭。教师结语："今天我们在教室里做的，和科学家实验室里做的，是同一件事——用智慧让明天的空气更干净。期待若干年后，我们班的同学能设计出真正改变世界的净化器。"【拓展作业】1.查阅资料或询问家人，了解家用空气净化器的滤芯为什么分为初效滤网、HEPA滤网和活性炭三层，绘制一张结构简图，下节课分享。2.利用家里安全的材料，在家长协助下对自己设计的净化器进行一次改良，拍摄改进前后对比照片或一段小视频。3.观察家里、学校周边的空气状况，写一份《我为空气做点事》的微倡议书，向全班宣传保护空气的做法。【板书设计】主板书居中书写课题"制作简易空气净化器"。左侧板书科学原理：过滤（纱布、棉花——拦截颗粒物）、吸附（活性炭——吸附有害气体和异味）、动力（风机——让空气流动）。右侧板书工程流程：问题→设计→制作→测试→改进。下方板书三大评价标准：流得动、拦得住、做得巧。板书中保留学生"智慧墙"贡献的关键点子，用不同颜色粉笔标注，让板书成为本课思维生长的地图。【教学反思预设】预设一：若课堂时间分配紧张，测试与改进环节可适当压缩为两组代