資源簡介

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【課堂無憂】新課標同步備課 四年級科學上冊（蘇教版）
專項學習 像工程師那樣……（教學教案）
核心素養
科學觀念：※動手動腦，選擇合適的材料，設計和制作滿足個性化需求的LED發光手環，并向同伴展示交流。
科學思維：※能夠明確工程任務，經歷工程實踐活動的過程，重點領會前期研究、制作模型和展示交流三個環節的基本方法。
探究實踐：※通過閱讀工程師的相關資料，知道不同類型的工程師具有一些共同的素養，激發綜合運用知識與技能改變人們生產與生活的愿望。
態度責任：※在制作LED發光手環的完整過程中，領會前期研究、制作模型和展示交流的基本方法。重點
※選擇合適的材料連接LED電路及對手環進行裝飾。難點
教學內容
本冊教材專項學習的主題是“制作LED手環”，需要運用本冊教材簡單電路的科學知識，同時還需要美術等方面的知識。手環是很多學生喜歡佩戴的，有些學生還希望手環在夜晚能閃閃發光。教材通過提出“制作一個可以發光的有個性的LED手環”任務，讓學生明確這個任務的具體要求是什么，充分列出可能遇到的困難和問題，并用多種方法進行前期研究。在此基礎上初步設計能使LED發光的連接方法，并通過設計草圖呈現連接方法。之后依據設計方案，選擇合適的材料和工具制作實物模型，反復測試改進，最后以多種形式和同伴互相展示交流自己的作品。從工程實踐能力培養的角度來看，本冊的專項學習活動是螺旋上升的第二階段，有著承前啟后的作用。本冊著重指導三個主要環節——前期研究、制作模型和展示交流，讓學生有針對性地經歷工程實踐活動的完整過程。從工程思維培養的角度看，工程思維是以工程眼光看待世界和處理問題的思考方式，具有非線性、超協調邏輯性、集成性的思維特點。本冊專項學習主要培養學生的策劃性思維、規則性思維、構建性思維、價值性思維等。
本次專項學習主要由兩部分組成。第一部分介紹了不同專業領域的工程師所具有的一些共同素養，例如繪圖、制作模型、運用數學和科學、使用工具和儀器等，讓學生在低年段認識工程師的基礎上抽取本質的內容。第二部分從學生喜愛的生活物品出發，提出“制作一個可以發光的LED手環”任務，通過明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進，最終向同伴展示交流。在前期研究環節，強調用多種方法找出可能遇到的問題的解決方案，如上網查閱或實驗探究怎么讓LED亮起來，去商店調查裝飾手環的方法等。在制作模型環節，強調要根據方案制作模型從而檢測產品的實際效果。在展示交流環節，強調要用多種形式展示交流制作的LED手環。整個專項學習強調讓學生經歷一個完整的工程活動過程，逐步學會像工程師一樣思 考和解決問題。
教學準備
教師材料：不同工程師工作的圖片。
學生分組材料：設計圖紙、LED、紐扣電池、銅箔膠帶、彩色紙、絕緣膠帶、剪刀等。
教學過程
活動一 認識工程師的共同素養
不同職業門類的工程師雖然從事的具體工作不同，但他們具有某些共同的素養。
1.工程師能繪制圖紙。工程師繪圖最初是用筆、圓規、紙、尺之類的工具，后來隨著計算機及繪圖技術的普及，計算機繪圖成為主流。工程師借助電腦軟件，在電腦上設計圖紙，包括平面圖、三維立體圖等。
2.工程師會制作產品模型。產品模型是指仿照產品的外形、顏色、形狀等，通過特殊的方法做成與實際產品幾乎一樣的模型。模型制作的過程不僅滲透著工程師對產品的理解，而且也是工程師設計思想、設計創造的體現。不同行業有不同的產品模型，如建筑模型、汽車模型、日用品模型、機械模型等。
3.工程師能運用數學和科學知識來解決問題。
一個優秀的工程師都是受過良好的數學（微積分、函數等）和科學（物理、化學和生物學等）方面的教育。他們要使用數學家們研究出來的數學理論和數學工具，并把它們應用到科學家們發現的對物理世界的各種認識中去，設計出對社會有用的東西。
4.工程師會使用各種工具和儀器。不同領域的工程師使用的工具和儀器也不同。比如工具可分為測量工具、切割工具、農用工具、電動工具等；儀器可分為測量儀器、光學儀器、實驗室儀器、測繪儀器等。
所有的工程項目都和人的需求有關，因此，工程師還要懂一些心理學、社會學、美學等方面的知識。工程師可以是個人，也可以是完成某一項工程任務的工程師團隊。個人和團隊都具備以上這些基本素養。
設計意圖：
在三年級認識各種類型的工程師的基礎上，再認識工程師所具備的一些共同的專業素養，加深對工程師的認識。
活動二 探究設計的一般流程
明確問題
明確問題時，問題可以來源于突發靈感產生的創意。留意生活中的需求，常常關注人們的需要或產生的短缺。明確問題還要堅持下面三個原則：首先明確問題的內容，包括問題表述本身是否明確，問題提出的原因是否明確，問題提出的目的是否明確。其次明確問題的價值，包括所提出問題是否遵循基本科學原理，現有技術能否解決該問題，解決該問題所需投入，投入與產出的比是否理想等。
最后明確問題提出的限制因素，包括設計對象的特點和解決的標準，設計者的技術能力與條件。
前期研究
前期研究是為設計方案打下良好基礎的重要環節，前期研究有助于更加有效地設計和制作。首先，要列出完成這個任務可能遇到的問題有哪些。其次，用多種方法查找有助于完成任務的資料，了解別人是怎么做的。最后，想一想這些資料對自己有什么啟示。
設計方案
在小組里開展頭腦風暴，想一想實現設計目標的所有可能的辦法或方案。根據任務中的標準和限制條件，選出大家確認的最好想法，然后用設計草圖及必要文字說明這些辦法或方案。設計方案應規定設計的樣式、功能及指標、制作的流程等。在開始動手之前想一想，要完成你的研究設計，有哪些限制條件是你必須要在工作中考慮的。
制作模型
選擇一個比較可行的設計方案，制作一個模型進行測試，看這個設計方案是不是有效。
（1）制作的模型可以用來檢測未來產品的實際效果。
（2）根據任務的具體情況，確定模型的大小、應重點呈現的部分等。
（3）要選擇合適的材料和工具，依據設計方案進行制作。
模型一般用于檢驗某種產品的運行情況，包括它的工作狀態、耐用性以及安全性等。模型可以是實物，也可以是小樣。本活動制作的模型是實物。
測試改進
對照標準，測試效果。使用自己制作的模型，在實踐中發現不足和改進方案，思考設計方案還能做哪些改進。優秀的作品必須經歷不斷修改、完善的過程。在測試時要注意安全。
展示交流
（1）介紹自己的作品，解答他人的疑問。說明你的設計方案是不是在你預先想到的限制條件下實現的，設計方法有哪些優點和改進，它是否達到產品設計的標準。
（2）認真聽取他人的建議，找到需要進一步改進的地方，然后改進作品。
（3）可以采取PPT、工程設計報告、小報等多種形式。
（4）盡可能詳細地說明自己的設計思路和產品的工作原理。
活動三 制作個性化的LED手環
明確問題
很多女孩喜歡佩戴手環，還希望晚上戴時能閃閃發光。于是，LED手環應運而生。
設計意圖：
明確本次工程活動的任務：設計并制作一個LED手環。基本要求：發光、安全、美觀和個性化。
前期研究
（1）了解LED手環的制作方法。
背景技術：一般手環，在手環表面設計不同的外觀、色彩、造型或花紋，讓消費者可隨喜愛選購。具有發光功能的手環，是在手環上設置LED發光二極管，使手環發出光亮，增進美感。
技術實現要素：制作一種趣味性高、節能環保、結構簡單的LED發光手環。材料包括一個用以供穿套于手腕上的環帶，環帶兩端分別固定于殼體兩側；一個表面透光的殼體，內部容置有控制電路板及電池，控制電路板分別連接開關及LED發光二極管，而殼體兩側接設有環帶，并在殼體底部結合；一個用以將環帶固定結合的蓋體。
（2）研究應該考慮哪些限制因素。
節能：如果沒有開關，LED發光二極管會閃爍不停，持續耗電不能自行斷電，使電池耗盡造成浪費。
安全：為了避免手環裝置破損，損傷皮膚，應采用絕緣性能好的膠帶裝飾手環。
（3）可能遇到的問題。
①怎樣讓LED亮起來？
②怎樣加入開關？
③可以選用哪些材料做裝飾？
設計意圖：
充分列出可能遇到的困難和問題，學會通過查閱資料了解他人的做法，或通過實驗的方法解決問題，為后續的設計方案打下基礎。
設計方案
（1）明確設計LED手環的一般要求。
①功能要求：LED發光、個性化。
②技術指標：節能、安全。
③外觀要求：美觀，有一定的裝飾效果。
④耐用性：結構穩固，經久耐用。
⑤成本要求：材料價格不能超過10元。
（2）小組討論，填寫設計方案。在設計中需要做到以下幾點。
①設計方案時，小組內成員要充分、自由地發表各自的想法。（注意：方案內容包括選擇的原料名稱、操作步驟、實驗注意事項、對手環外形的設計等）
②根據任務中的要求，選出最好的想法。
③用表格和畫圖的方式呈現設計方案。（注意：填寫選擇的原料名稱，設計手環的大小、顏色、形狀、裝飾等）
設計方案●我們要完成的工程任務：制作一個 LED手環。●要求：發光、安全、美觀、有個性。●從查閱資料中獲得的啟發：（1）二極管長腳端為正極，連接電路時要分清正負極。（2）加入開關，避免持續耗電。開關可根據腕帶的長短變化，戴上手環接通電路，摘下手環關閉電路。（3）將導線換成導電膠布。（4）使用雙色二極管實現色彩變化。……●列出需要的材料：導電膠帶、發光二極管、紐扣電池、電路開關、剪刀、雙面膠、彩色膠帶、彩色細繩、彩色絲帶等。●畫出LED手環的設計圖。●對參與設計并制作的LED手環的評價是：★★★★★在整個過程中強調小組合作，提升合作學習意識。
設計意圖：
在前期研究的基礎上，讓學生用畫圖的方法設計個性化的LED手環方案。
制作模型
（1）準備材料和工具： LED、紐扣電池、銅箔膠帶、開關材料、雙面膠、電烙鐵。
（2）按照圖紙進行連接，加入開關。
（3）測試成功后用絕緣材料做裝飾。
設計意圖：
選擇合適的材料和工具，按照設計圖紙制作符合方案的LED手環實物，用于后面的測試環節。
測試改進
(1）依據任務要求，共同商定一個測試標準。（觀察手環的形狀、顏色、美觀度是否和設計方案一致；測試手環的亮度及安全性是否能夠滿足工程任務最初的要求。）
（2）進行反復多次的測試，根據測試得到的信息，判斷是否滿足任務要求。
（3）測試時一定不能將LED手環戴在手上進行，因為既不安全也不方便。可以擺在桌上進行測試。
（4）對不理想的部分進行改進。
設計意圖：
測試LED手環是否能發光，看產品是否符合任務要求。電路測試成功后對手環進行裝飾。
展示交流
各小組依次展示自己的作品。
（1）展示設計圖或作品。可采用PPT、工程設計報告、小報等多種形式。盡可能詳細地說明自己的設計思路和產品的工作原理。
（2）解答其他小組對自己的作品產生的疑問，歡迎他人對自己的作品提出意見和建議。
設計意圖：
學生用PPT、模型、文字等多種形式對完成任 務的全過程進行整理、展示、交流。
活動手冊
課堂總結
本課我們經歷前期研究，完成設計方案，能夠給模型設計草圖。根據自己制作的樣品，積極展開研究、評價，找出不足和提升點，設計改進方案，并制作成品。知道如何改進自己的作品，并積極交流。通過親自動手操作，提升學習科學的興趣，并認識到交流與合作在科學活動中的重要性。結合LED手環的制作過程，在實踐中了解和熟悉工程活動的六個環節：明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流。能像工程師那樣，經歷一個完整的工程活動過程，體會一個產品的制作需要經過多次的測試和改進，才能成型。
板書設計
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
HYPERLINK "http://21世紀教育網(www.21cnjy.com)
" 21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共34張PPT)
專項學習
像工程師那樣……
（蘇教版）四年級
上
01
核心素養
內容總覽
02
探究新知
03
課堂練習
04
活動手冊
05
課堂總結
06
板書設計
核心素養
※動手動腦，選擇合適的材料，設計和制作滿足個性化需求的LED發光手環，并向同伴展示交流。
01
02
※能夠明確工程任務，經歷工程實踐活動的過程,重點領會前期研究、制作模型和展示交流三個環節的基本方法。
03
科學觀念
04
※在制作LED發光手環的完整過程中，領會前期研究、制作模型和展示交流的基本方法。重點
※選擇合適的材料連接LED電路及對手環進行裝飾。難點
科學思維
探究實踐
態度責任
※通過閱讀工程師的相關資料，知道不同類型的工程師具有一些共同的素養，激發綜合運用知識與技能改變人們生產與生活的愿望。
探究新知
活動一 認識工程師的共同素養
不同職業門類的工程師雖然從事的具體工作不同，但他們具有某些共同的素養。
1.工程師能繪制圖紙。工程師繪圖最初是用筆、圓規、紙、尺之類的工具，后來隨著計算機及繪圖技術的普及，計算機繪圖成為主流。工程師借助電腦軟件，在電腦上設計圖紙,包括平面圖、三維立體圖等。
探究新知
2.工程師會制作產品模型。產品模型是指仿照產品的外形、顏色、形狀等，通過特殊的方法做成與實際產品幾乎一樣的模型。模型制作的過程不僅滲透著工程師對產品的理解，而且也是工程師設計思想、設計創造的體現。不同行業有不同的產品模型，如建筑模型、汽車模型、日用品模型、機械模型等。
探究新知
3.工程師能運用數學和科學知識來解決問題。
一個優秀的工程師都是受過良好的數學(微積分、函數等)和科學(物理、化學和生物學等)方面的教育。他們要使用數學家們研究出來的數學理論和數學工具，并把它們應用到科學家們發現的對物理世界的各種認識中去，設計出對社會有用的東西。
探究新知
4.工程師會使用各種工具和儀器。不同領域的工程師使用的工具和儀器也不同。比如工具可分為測量工具、切割工具、農用工具、電動工具等；儀器可分為測量儀器、光學儀器、實驗室儀器、測繪儀器等。
探究新知
所有的工程項目都和人的需求有關，因此，工程師還要懂一些心理學、社會學、美學等方面的知識。工程師可以是個人，也可以是完成某一項工程任務的工程師團隊。個人和團隊都具備以上這些基本素養。
探究新知
活動二 探究設計的一般流程
明確問題時，問題可以來源于突發靈感產生的創意。留意生活中的需求，常常關注人們的需要或產生的短缺。明確問題還要堅持下面三個原則:首先明確問題的內容，包括問題表述本身是否明確，問題提出的原因是否明確，問題提出的目的是否明確。其次明確問題的價值，包括所提出問題是否遵循基本科學原理，現有技術能否解決該問題，解決該問題所需投入，投入與產出的比是否理想等。
最后明確問題提出的限制因素，包括設計對象的特點和解決的標準，設計者的技術能力與條件。
探究新知
前期研究是為設計方案打下良好基礎的重要環節，前期研究有助于更加有效地設計和制作。首先，要列出完成這個任務可能遇到的問題有哪些。其次，用多種方法查找有助于完成任務的資料，了解別人是怎么做的。最后，想一想這些資料對自己有什么啟示。
探究新知
在小組里開展頭腦風暴，想一想實現設計目標的所有可能的辦法或方案。根據任務中的標準和限制條件，選出大家確認的最好想法，然后用設計草圖及必要文字說明這些辦法或方案。設計方案應規定設計的樣式、功能及指標、制作的流程等。在開始動手之前想一想，要完成你的研究設計，有哪些限制條件是你必須要在工作中考慮的。
探究新知
選擇一個比較可行的設計方案，制作一個模型進行測試，看這個設計方案是不是有效。
(1)制作的模型可以用來檢測未來產品的實際效果。
(2)根據任務的具體情況，確定模型的大小、應重點呈現的部分等。
(3)要選擇合適的材料和工具，依據設計方案進行制作。
模型一般用于檢驗某種產品的運行情況，包括它的工作狀態、耐用性以及安全性等。模型可以是實物，也可以是小樣。本活動制作的模型是實物。
探究新知
對照標準，測試效果。使用自己制作的模型，在實踐中發現不足和改進方案，思考設計方案還能做哪些改進。優秀的作品必須經歷不斷修改、完善的過程。在測試時要注意安全。
探究新知
(1)介紹自己的作品,解答他人的疑問。說明你的設計方案是不是在你預先想到的限制條件下實現的，設計方法有哪些優點和改進，它是否達到產品設計的標準。
(2)認真聽取他人的建議，找到需要進一步改進的地方，然后改進作品。
(3)可以采取PPT、工程設計報告、小報等多種形式。
(4)盡可能詳細地說明自己的設計思路和產品的工作原理。
探究新知
很多女孩喜歡佩戴手環，還希望晚上戴時能閃閃發光。于是，LED手環應運而生。
活動三 制作個性化的LED手環
探究新知
(1)了解LED手環的制作方法。
背景技術:一般手環，在手環表面設計不同的外觀、色彩、造型或花紋，讓消費者可隨喜愛選購。具有發光功能的手環，是在手環上設置LED發光二極管，使手環發出光亮，增進美感。
探究新知
技術實現要素:制作一種趣味性高、節能環保、結構簡單的LED發光手環。材料包括一個用以供穿套于手腕上的環帶，環帶兩端分別固定于殼體兩側;一個表面透光的殼體，內部容置有控制電路板及電池，控制電路板分別連接開關及LED發光二極管，而殼體兩側接設有環帶，并在殼體底部結合；一個用以將環帶固定結合的蓋體。
探究新知
(2)研究應該考慮哪些限制因素。
節能:如果沒有開關，LED發光二極管會閃爍不停，持續耗電不能自行斷電，使電池耗盡造成浪費。
安全:為了避免手環裝置破損，損傷皮膚,應采用絕緣性能好的膠帶裝飾手環。
探究新知
(3)可能遇到的問題。
①怎樣讓LED亮起來
②怎樣加入開關
③可以選用哪些材料做裝飾
探究新知
(1)明確設計LED手環的一般要求。
①功能要求:LED發光、個性化。
②技術指標:節能、安全。
③外觀要求:美觀，有一定的裝飾效果。
④耐用性:結構穩固，經久耐用。
⑤成本要求:材料價格不能超過10元。
探究新知
(2)小組討論，填寫設計方案。在設計中需要做到以下幾點。
①設計方案時，小組內成員要充分、自由地發表各自的想法。(注意:方案內容包括選擇的原料名稱、操作步驟、實驗注意事項、對手環外形的設計等)
②根據任務中的要求，選出最好的想法。
③用表格和畫圖的方式呈現設計方案。(注意:填寫選擇的原料名稱，設計手環的大小、顏色、形狀、裝飾等)
探究新知
設計方案
●我們要完成的工程任務:制作一個 LED手環。
●要求:發光、安全、美觀、有個性。
●從查閱資料中獲得的啟發:
(1)二極管長腳端為正極，連接電路時要分清正負極。
(2)加入開關，避免持續耗電。開關可根據腕帶的長短變化，戴上手環接通電路，摘下手環關閉電路。
(3)將導線換成導電膠布。
(4)使用雙色二極管實現色彩變化。
……
探究新知
●列出需要的材料:導電膠帶、發光二極管、紐扣電池、電路開關、剪刀、雙面膠、彩色膠帶、彩色細繩、彩色絲帶等。
●畫出LED手環的設計圖。
●對參與設計并制作的LED手環的評價是:★★★★★
在整個過程中強調小組合作，提升合作學習意識。
探究新知
(1)準備材料和工具: LED、紐扣電池、銅箔膠帶、開關材料、雙面膠、電烙鐵。
(2)按照圖紙進行連接，加入開關。
(3)測試成功后用絕緣材料做裝飾。
探究新知
(1)依據任務要求，共同商定一個測試標準。(觀察手環的形狀、顏色、美觀度是否和設計方案一致；測試手環的亮度及安全性是否能夠滿足工程任務最初的要求。)
(2)進行反復多次的測試，根據測試得到的信息，判斷是否滿足任務要求。
(3)測試時一定不能將LED手環戴在手上進行，因為既不安全也不方便。可以擺在桌上進行測試。
(4)對不理想的部分進行改進。
探究新知
各小組依次展示自己的作品。
(1)展示設計圖或作品。可采用PPT、工程設計報告、小報等多種形式。盡可能詳細地說明自己的設計思路和產品的工作原理。
(2)解答其他小組對自己的作品產生的疑問,歡迎他人對自己的作品提出意見和建議。
探究新知
點亮LED
課堂練習
6.[選擇]制作模型時，選擇制作材料最基本、最重要的因素是( )。
A.外形美觀 B.價格便宜 C.加工性能
7.[簡答]簡要說出工程產品設計的一般流程。
明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流。
C
課堂練習
1. [填空]不同___________的工程師雖然從事的具體工作不同，但他們具有某些共同的素養。
2.[判斷]工程創造的根本動力是需求。( )
3.[判斷]設計方案和制作模型可同步進行。( )
4.[判斷]工程師必須專業知識過硬，管理學、心理學、美學知識等可有可無。( )
5.[選擇]對于LED電子元件的連接，常用的連接方式是( )。
A.捆綁 B.膠結 C.焊接
職業門類
×
√
×
C
活動手冊
活動手冊
課堂總結
本課我們經歷前期研究，完成設計方案，能夠給模型設計草圖。根據自己制作的樣品，積極展開研究、評價，找出不足和提升點，設計改進方案，并制作成品。知道如何改進自己的作品，并積極交流。通過親自動手操作，提升學習科學的興趣，并認識到交流與合作在科學活動中的重要性。結合LED手環的制作過程，在實踐中了解和熟悉工程活動的六個環節:明確問題、前期研究、設計方案、制作模型、測試改進、展示交流。能像工程師那樣，經歷一個完整的工程活動過程，體會一個產品的制作需要經過多次的測試和改進，才能成型。
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