通過“設(shè)計并制作一輛氣球動力小車”活動培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)與工程素養(yǎng)

〔摘" "要〕" 本文以“設(shè)計并制作一輛氣球動力小車”活動為例，圍繞《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的要求，通過工程實踐活動整合技術(shù)與工程素養(yǎng)，探索小學(xué)科學(xué)項目化學(xué)習(xí)的有效途徑?；顒釉O(shè)計基于明確問題、設(shè)計方案、實施計劃、檢驗作品、改進(jìn)完善和發(fā)布成果的工程設(shè)計流程，注重學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力及合作能力的培養(yǎng)。通過任務(wù)驅(qū)動和分組協(xié)作，學(xué)生經(jīng)歷了從創(chuàng)意到成品的全過程，理解了技術(shù)與工程的基本原理，體驗了工程設(shè)計對生活發(fā)展的促進(jìn)作用。該活動可有效培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)，為小學(xué)科學(xué)課程改革提供實踐參考。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；技術(shù)與工程素養(yǎng)；項目化學(xué)習(xí)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0058-03

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出，小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)通過項目化學(xué)習(xí)和實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力以及技術(shù)與工程素養(yǎng)。技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造，它們通過設(shè)計和實施解決實際問題，影響著人類生產(chǎn)和生活。本課例以蘇教版科學(xué)一年級上冊《小小工程師》一課為例，以“氣球動力小車”工程實踐活動為載體，通過項目化學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)學(xué)生在動手實踐中提升創(chuàng)新能力、設(shè)計能力和合作能力，為全面落實《課程標(biāo)準(zhǔn)》提供了實踐方案。

一、明確問題

課堂開始，教師通過一個趣味性的演示引發(fā)學(xué)生的關(guān)注——將一個充氣的氣球捏住，再松開手，氣球迅速向前飛出。學(xué)生被氣球飛行的現(xiàn)象吸引，紛紛討論這是為什么。教師借此引導(dǎo)學(xué)生思考：“氣球的動力能否用來推動一輛小車？”并將問題引向工程實踐活動的主題——“設(shè)計并制作一輛氣球動力小車”。

為了進(jìn)一步幫助學(xué)生聚焦任務(wù)，教師明確活動目標(biāo)：制作一輛氣球動力小車，并讓小車能向前跑3米以上。通過任務(wù)布置，學(xué)生意識到他們需要結(jié)合氣球釋放氣體的原理，以及小車結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，完成這一目標(biāo)。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析任務(wù)要求：小車需要具備哪些基本結(jié)構(gòu)？氣球動力如何影響小車的運行？氣球的出氣方向與小車的運動方向有何關(guān)系？這些問題幫助學(xué)生初步形成工程設(shè)計的思路，明確了需要面對的技術(shù)挑戰(zhàn)。

為了讓學(xué)生更深入地理解任務(wù)的復(fù)雜性，教師鼓勵學(xué)生小組討論，列出設(shè)計和制作中可能面臨的具體問題。例如，小車的底盤材料如何選擇才能既輕便又結(jié)實？車輪應(yīng)該怎樣安裝以確保平穩(wěn)運行？氣球的固定位置是否會影響小車的運行距離？通過引導(dǎo)學(xué)生自主提出問題并分解任務(wù)，教師培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識和邏輯分析能力，為后續(xù)活動奠定了基礎(chǔ)。

二、設(shè)計方案

在明確問題之后，設(shè)計方案成為工程實踐活動的核心環(huán)節(jié)，直接影響到活動的成效。通過精心設(shè)計、有效引導(dǎo)、任務(wù)分解，幫助學(xué)生完成從概念到方案的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)他們的工程思維。為此。教師先要引導(dǎo)學(xué)生探討設(shè)計一輛氣球動力小車需要解決的核心問題。例如，氣球的固定位置與方向如何選擇？車輪的材料和大小是否會影響小車的運動效果？小車的重量如何控制？這些問題的提出，幫助學(xué)生明確了設(shè)計方案需要考慮的關(guān)鍵因素。隨后，教師通過提問的方式激發(fā)學(xué)生深入思考，例如，“氣球的出氣方向與小車的前進(jìn)方向有何關(guān)系？”“如何固定氣球才能讓動力充分發(fā)揮？”等，引導(dǎo)學(xué)生逐步聚焦問題并提出初步解決思路。

在問題分析基礎(chǔ)上，學(xué)生分組討論并嘗試設(shè)計小車的草圖。各小組結(jié)合討論結(jié)果，在草圖上標(biāo)注出小車的基本結(jié)構(gòu)、氣球的固定位置及方向、車輪的安裝方式等重要細(xì)節(jié)。教師鼓勵學(xué)生多角度思考，并適當(dāng)給予指導(dǎo)。例如，對于車輪的設(shè)計，教師可以建議學(xué)生嘗試不同材質(zhì)的車輪對摩擦力和穩(wěn)定性的影響；對于氣球的固定方式，教師可以演示不同工具（如橡皮筋、吸管）的固定效果，幫助學(xué)生理解如何利用材料特性改進(jìn)設(shè)計。

三、實施計劃

（一）材料分配

教師提前準(zhǔn)備好制作氣球動力小車所需的氣球、吸管、塑料瓶蓋、竹簽、膠帶、剪刀、橡皮筋等，并根據(jù)每組設(shè)計方案的不同特點，分配特定的額外材料。學(xué)生結(jié)合自身設(shè)計方案，列出需要的具體材料清單，由教師審核后統(tǒng)一分配。教師在分發(fā)材料時，還應(yīng)強調(diào)資源的合理利用和廢棄材料的回收，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

（二）任務(wù)分解

為了提高制作效率并鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，各小組需要將制作任務(wù)分解為多個步驟，并為每個成員分配明確的職責(zé)。例如，一名學(xué)生負(fù)責(zé)剪裁材料，一名學(xué)生負(fù)責(zé)組裝車輪，一名學(xué)生負(fù)責(zé)固定氣球。此外，還需要一名學(xué)生記錄制作過程中的問題與改進(jìn)想法，為后續(xù)方案改良提供依據(jù)。教師在巡回指導(dǎo)中，提醒學(xué)生注意分工合作，遇到問題及時溝通解決。

（三）操作指導(dǎo)

在制作過程中，教師為學(xué)生提供詳細(xì)操作指導(dǎo)，特別是涉及剪刀、竹簽等工具的使用時，須強調(diào)注意事項以確保安全。教師還應(yīng)提醒學(xué)生按照設(shè)計方案一步步完成制作，避免急于求成而導(dǎo)致失敗。

（四）進(jìn)度管理

為保證制作任務(wù)按時完成，教師為每組分配明確的時間節(jié)點。前15分鐘完成車輪和底盤的制作，接下來的20分鐘完成氣球的固定和組裝，最后10分鐘進(jìn)行初步測試和調(diào)整。教師在這一過程中作為時間管理者，隨時提醒各組掌握進(jìn)度，并提供技術(shù)支持。

四、檢驗作品

（一）制定檢驗標(biāo)準(zhǔn)

在開始檢驗前，教師和學(xué)生共同討論并制定氣球動力小車的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，例如，小車是否能跑直線，方向是否穩(wěn)定？小車是否能夠達(dá)到3米以上的運動距離？小車在測試過程中是否存在結(jié)構(gòu)松動或動力不足的問題？這些標(biāo)準(zhǔn)既明確了檢驗的重點，也為學(xué)生提供了具體的改進(jìn)方向。

（二）測試安排

教師在教室或操場上設(shè)置專門的測試區(qū)域，并用卷尺或標(biāo)尺標(biāo)記出清晰的距離線。每組依次將自己的小車放入測試區(qū)，按照氣球充氣、釋放小車的步驟完成測試。各小組需安排一名學(xué)生操作小車，其他成員負(fù)責(zé)記錄測試數(shù)據(jù)（如運行距離、偏移方向等）和觀察運行效果。

（三）多次測試

為確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，每組小車至少應(yīng)測試3次。學(xué)生通過對比不同測試結(jié)果，觀察是否一致或存在異常現(xiàn)象，并記錄每次測試的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。記錄表如表1。

五、改進(jìn)完善

（一）回顧測試結(jié)果

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧測試數(shù)據(jù)和觀察記錄。通過分析記錄表中“運行距離”“偏離情況”和“問題描述”欄，找出影響小車性能的主要問題。例如：動力不足，氣球的固定方式不合理或氣球容量不足；方向偏移，車輪不對稱或小車重心不穩(wěn)；結(jié)構(gòu)問題，車身松散或摩擦力過大。學(xué)生結(jié)合問題進(jìn)行小組討論，嘗試分析問題背后的原因，并明確改進(jìn)方向。

（二）提出改進(jìn)方案

根據(jù)測試反饋，每組學(xué)生制定相應(yīng)的改進(jìn)方案。教師可以通過以下問題加以引導(dǎo)：如何增加小車的動力？是否可以更換更大的氣球或調(diào)整出氣口的方向？如何讓小車保持直線運行？是否需要重新調(diào)整車輪或優(yōu)化車身設(shè)計？如何減少小車的摩擦力？是否可以改善車輪材質(zhì)或增加潤滑措施？學(xué)生需在討論后畫出改進(jìn)設(shè)計圖，并對新的方案進(jìn)行簡要說明，確保每個組員都明確分工與任務(wù)。

（三）進(jìn)行改良制作

小組成員按照新設(shè)計方案對小車進(jìn)行改良。調(diào)整車身結(jié)構(gòu)，加固松散部分，確保小車在運行過程中穩(wěn)定；優(yōu)化氣球安裝，嘗試更換更大的氣球或調(diào)整出氣口的角度，確保氣流能夠充分推動小車；重新調(diào)整車輪，校正不對稱的車輪或更換摩擦力較小的材料。在改良過程中，教師巡回指導(dǎo)，提醒學(xué)生注意安全，尤其是使用剪刀或膠槍等工具時要小心操作。

（四）進(jìn)行二次測試

改良完成后，各小組再次測試優(yōu)化后的小車，并記錄測試數(shù)據(jù)，與初次測試結(jié)果進(jìn)行對比。教師可以指導(dǎo)學(xué)生使用以下表格進(jìn)行對比分析，如表2。

六、發(fā)布成果

（一）規(guī)劃展示形式

教師引導(dǎo)學(xué)生討論并選擇適合的成果展示形式。通過現(xiàn)場操作展示氣球動力小車的運行效果，讓其他小組和教師直觀感受作品的性能。分組說明從設(shè)計到改進(jìn)的全過程，包括遇到的問題、改進(jìn)措施及優(yōu)化結(jié)果。展示設(shè)計圖紙、測試記錄表和改進(jìn)前后的對比分析數(shù)據(jù)，以直觀形式說明作品的性能優(yōu)化過程。

（二）小組展示作品

每個小組依次進(jìn)行成果展示，將小車放置于展示區(qū)域，演示其動力和運行效果（能否跑過3米）。結(jié)合測試數(shù)據(jù)表，說明是如何解決原有問題并改進(jìn)性能的，介紹作品中的獨特設(shè)計或創(chuàng)新點。

（三）教師評價反饋

展示結(jié)束后，組織其他小組對展示進(jìn)行評價，提出建議或表揚創(chuàng)新點。評價可以圍繞以下問題展開：小車是否能穩(wěn)定跑過3米？運行效果如何？設(shè)計方案是否合理？是否充分體現(xiàn)工程設(shè)計的核心要素？改進(jìn)過程是否體現(xiàn)了創(chuàng)新與問題解決能力？教師根據(jù)各組表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)性評價，肯定小組中的亮點和創(chuàng)新點，同時針對共性問題提出改進(jìn)建議。

（四）回顧反思案例

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧整個活動過程，圍繞以下問題展開反思：在整個設(shè)計、測試和改進(jìn)過程中，哪些環(huán)節(jié)最具有挑戰(zhàn)性？是如何克服的？學(xué)到了哪些技術(shù)與工程知識？如果再次進(jìn)行類似的設(shè)計活動，哪些方面可以做得更好？

（五）表彰激勵學(xué)生

為鼓勵學(xué)生的積極參與和團(tuán)隊合作，教師可以設(shè)置多種表彰類別，例如：最佳性能獎，獎勵運行效果最佳的小車；最佳設(shè)計獎，獎勵設(shè)計方案最有創(chuàng)意的小組；最佳團(tuán)隊合作獎，獎勵分工明確、合作默契的小組。

通過此次氣球動力小車的設(shè)計與制作活動，學(xué)生不僅掌握了基礎(chǔ)的技術(shù)與工程知識，更在實踐中體驗到了從問題提出到方案設(shè)計、實施、測試和改進(jìn)的完整工程過程。這一項目化學(xué)習(xí)活動，不僅鍛煉了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維，更讓他們理解了科學(xué)、技術(shù)與工程之間的緊密聯(lián)系，以及這些領(lǐng)域如何共同推動問題的解決。通過分組合作和不斷優(yōu)化改進(jìn)，學(xué)生學(xué)會了如何在團(tuán)隊中協(xié)作，如何從失敗中汲取教訓(xùn)，并不斷完善自己的設(shè)計。在整個過程中，學(xué)生不僅參與了具體的工程實踐，還通過討論與展示，培養(yǎng)了批判性思維、問題解決能力和溝通表達(dá)技巧。教學(xué)活動的最終成果展示，不僅是對學(xué)習(xí)過程的總結(jié)，也為學(xué)生提供了一個展示自我、互相學(xué)習(xí)的機會，從而增強了他們的自信心。

【本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究立項課題“指向探究實踐素養(yǎng)培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)項目化學(xué)習(xí)研究”的階段性研究成果，課題編號2023JY15-L132】

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