一、設計背景與意義：從觀察到需求的科學啟蒙演講人04/設計與制作：從方案到實物的工程實踐03/|需求維度|具體要求|02/前期準備：基于動物習性的需求分析01/設計背景與意義：從觀察到需求的科學啟蒙06/拓展與延伸：從實踐到思維的進階05/測試與優(yōu)化：基于數(shù)據(jù)的迭代設計目錄07/總結：用設計連接科學與生命2025四年級科學上冊動物投食器設計實踐課件各位老師、同學們：今天，我們將共同開啟一段“用科學設計改善動物生活”的實踐之旅——動物投食器設計。作為一線科學教師，我曾帶領學生用塑料瓶、卡紙和木片制作出能定時投食的喂鳥器，也見證過孩子們因“小松鼠吃太快導致食物撒漏”而反復調整開口大小的專注。這段經歷讓我深刻體會到：科學實踐的魅力，在于將課本知識轉化為解決真實問題的能力。接下來，我們將從“為什么設計”“如何設計”“怎樣優(yōu)化”三個維度，系統(tǒng)展開本次實踐。01設計背景與意義：從觀察到需求的科學啟蒙1生活中的真實問題在校園觀察活動中，許多同學發(fā)現(xiàn)：投喂流浪貓時，一次性倒太多食物會變質，倒太少又不夠吃；給鳥食槽添食需要頻繁爬上梯子，遇到雨天食物還會被淋濕；班級飼養(yǎng)角的倉鼠總在夜間進食，清晨投放的食物可能被壓碎或受潮。這些問題背后，是“如何讓動物獲得安全、適量、新鮮的食物”的核心需求。設計動物投食器，正是用科學方法解決生活問題的典型場景。2課程標準的呼應《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確要求四年級學生“能通過觀察、實驗等方法獲取信息，設計簡單的技術與工程解決方案”。動物投食器設計實踐恰好涵蓋了“生物與環(huán)境”（了解動物食性）、“技術與工程”（設計與制作）兩大核心概念，是落實“做中學”“用中學”的優(yōu)質載體。3情感價值的滲透當學生為流浪動物設計更貼心的投食器時，他們不僅在實踐科學知識，更在培養(yǎng)“尊重生命、關愛自然”的責任感。我曾聽到學生說：“原來小麻雀吃小米要慢慢啄，太大的開口會撒出來浪費。”這種基于觀察的共情，比單純的說教更有力量。02前期準備：基于動物習性的需求分析前期準備：基于動物習性的需求分析要設計有效的投食器，首先需要回答一個問題：“目標動物需要什么樣的投食方式？”這需要我們像科學家一樣展開調研。1確定目標動物建議選擇校園或社區(qū)中常見、易觀察的動物，例如：鳥類（麻雀、白頭鵯）：食性以谷物、昆蟲為主，進食頻率高，警惕性強；小型哺乳類（松鼠、倉鼠）：門齒發(fā)達，偏好堅果、種子，可能儲存食物；兩棲類（青蛙）：捕食活餌（如面包蟲），需保持食物活性?；顒咏ㄗh：以小組為單位，連續(xù)3天觀察目標動物的進食時間、食物類型、取食方式（啄食/啃食/吞咽），記錄在《動物觀察記錄表》中（如表1）。|觀察項|麻雀（示例）|倉鼠（示例）||--------------|---------------------------|---------------------------||食物類型|小米、碎玉米|瓜子、谷物|1確定目標動物|進食頻率|白天每小時1-2次|夜間活躍，單次進食5-10分鐘|01|取食方式|快速啄食，食物顆粒小|前肢抱握，門齒啃咬|02|環(huán)境需求|避雨、視野開闊的位置|避光、干燥的角落|032提煉設計需求根據(jù)觀察數(shù)據(jù)，我們可以梳理出投食器的核心功能需求（如表2）：03|需求維度|具體要求||需求維度|具體要求||--------------|--------------------------------------------------------------------------||安全性|無尖銳邊緣（防劃傷）、材料無毒（防誤食）、固定穩(wěn)固（防傾倒）||適配性|開口大小匹配動物取食方式（如麻雀需5-8mm開口，倉鼠需10-15mm）||控量性|單次投食量可控（如鳥類每日需30-50g，避免過量導致變質）||保護性|防雨（覆蓋頂棚）、防潮（底部透氣）、防搶食（針對群居動物設計分隔）||便捷性|添食方便（可開合頂蓋）、清潔容易（可拆卸部件）||需求維度|具體要求|關鍵提醒：四年級學生常忽略“動物行為”與“設計參數(shù)”的關聯(lián)，教師需引導他們用數(shù)據(jù)說話——例如“觀察到麻雀每次啄食2-3粒小米，因此投食口寬度應略大于小米直徑（約3mm），避免一次掉落過多”。04設計與制作：從方案到實物的工程實踐1設計原理的科學支撐投食器的核心是“控制食物輸出的時間與量”，涉及以下科學原理：重力原理：利用食物自身重量下落（如倒置瓶身，食物因重力從開口流出）；杠桿原理：通過觸發(fā)裝置（如鳥爪踩動杠桿）打開投食口（適合定時/觸發(fā)式設計）；容量控制：通過隔板、螺旋通道延長食物下落路徑，減緩流速（如“螺旋式投食器”）；密封原理：利用彈性材料（如海綿、橡膠圈）防止雨水滲入（防雨設計關鍵）。2方案設計的步驟Step1：繪制設計草圖用鉛筆在A4紙上畫出投食器的正視圖、側視圖，標注關鍵尺寸（如瓶身高度20cm、開口直徑5mm）。草圖需包含：主體結構（儲存?zhèn)}、投食口、支撐底座）；功能部件（防雨蓋、控量隔板、觸發(fā)裝置）；材料標注（如“儲存?zhèn)}用500ml塑料瓶”“投食口用硬卡紙加固”）。Step2：小組討論優(yōu)化采用“3問法”完善方案：“是否滿足目標動物的取食需求？”（如為倉鼠設計的投食器是否有避光簾？）；“是否存在安全隱患？”（如邊角是否鋒利？材料是否易老化？）；“是否便于制作與改進？”（如復雜結構是否可用簡單材料替代？）。2方案設計的步驟Step1：繪制設計草圖案例分享：某小組為麻雀設計的“防雨漏斗式投食器”，最初方案用玻璃罐做儲存?zhèn)}，但討論后發(fā)現(xiàn)玻璃易碎，最終改用透明塑料瓶，既安全又便于觀察剩余食物量。3材料選擇與工具使用推薦材料（安全、易得、可回收）：主體結構：塑料瓶（飲料瓶、洗衣液瓶）、紙盒（牛奶盒、鞋盒）；加固部件：硬卡紙、竹片、木片（需打磨邊緣）；密封材料：海綿、橡膠圈（舊玩具上的橡膠帶）、保鮮膜（臨時防水）；連接工具：熱熔膠（需教師輔助）、透明膠帶、尼龍繩（懸掛用）。工具安全須知：剪刀、裁紙刀由教師統(tǒng)一發(fā)放，使用時保持“刀尖向外”；熱熔膠槍需教師操作，學生負責固定部件；懸掛類投食器需檢查懸掛點承重（如樹枝承重需超過投食器總重量的2倍）。4制作實施的關鍵環(huán)節(jié)1以“重力控量式投食器”為例（適合鳥類），制作步驟如下：2切割儲存?zhèn)}：將塑料瓶從距底部1/3處橫向剪開，上半部分倒置作為儲存?zhèn)}（瓶口向下）；5添加防雨蓋：用卡紙制作三角形頂棚，用尼龍繩固定在儲存?zhèn)}上方，與投食口保持5-8cm距離（避免遮擋取食）；4制作投食口：在儲存?zhèn)}底部（原瓶口處）套一個直徑5mm的塑料環(huán)（可用吸管切割），控制單次出食量；3安裝控量隔板：在儲存?zhèn)}內部粘貼硬卡紙隔板，呈45傾斜，延長食物下落路徑（減緩流速）；4制作實施的關鍵環(huán)節(jié)1組裝底座：將下半部分塑料瓶剪去瓶口，作為接食盤，用熱熔膠與儲存?zhèn)}底部連接（確保穩(wěn)固）。2常見問題與解決：5接食盤易翻倒：底座太輕（可在接食盤底部填充石子增加重量）。4雨水滲入：防雨蓋邊緣未超出投食口（需延長頂棚寬度2-3cm）；3食物堵塞：隔板角度過?。ㄐ枵{整至30-45）或投食口直徑太?。ㄐ钄U大1-2mm）；05測試與優(yōu)化：基于數(shù)據(jù)的迭代設計1測試方案的制定測試需模擬真實使用場景，建議設計《投食器測試記錄表》（如表3），記錄關鍵指標：|測試項|測試方法|達標標準||----------------|--------------------------------------------------------------------------|------------------------------||投食量控制|向儲存?zhèn)}裝入50g小米，記錄30分鐘內掉落的食物量|誤差≤5g（目標動物日食量的1/5）||防雨性能|用噴壺模擬降雨（100ml/分鐘），持續(xù)5分鐘后檢查儲存?zhèn)}內食物濕度|食物無明顯潮濕|1測試方案的制定|取食便捷性|觀察目標動物取食時的行為（是否猶豫、是否能順利取到食物）|無驅趕行為，取食成功率≥80%||結構穩(wěn)定性|手持投食器搖晃10次，檢查部件是否松動；懸掛時測試承重（懸掛24小時）|無部件脫落，懸掛無傾斜|2優(yōu)化策略的實施根據(jù)測試數(shù)據(jù)，小組需針對問題提出改進方案。例如：1問題：投食速度過快（30分鐘掉落20g，超標10g）；2分析：隔板角度過大（原設計60，食物下滑過快）；3改進：將隔板角度調整為35，增加1塊輔助隔板（形成“S”型路徑）。4問題：麻雀取食時易被防雨蓋遮擋；5分析：頂棚過低（原設計距投食口3cm，遮擋視線）；6改進：用更長的尼龍繩將頂棚升高至8cm，同時在頂棚邊緣剪出弧形缺口（擴大視野）。73分享與交流完成優(yōu)化后，組織“投食器博覽會”：1小組展示：講解設計思路、測試數(shù)據(jù)、改進過程；2互評環(huán)節(jié)：其他小組從“科學性”（原理應用）、“實用性”（解決問題）、“創(chuàng)新性”（獨特設計）三方面評分；3教師總結：強調“設計是不斷迭代的過程”，肯定學生的觀察細致度與解決問題的創(chuàng)造力。406拓展與延伸：從實踐到思維的進階1跨學科融合A數(shù)學：計算投食量與動物日需量的關系（如麻雀每日需50g，投食器容量應設計為2日量即100g）；B美術：為投食器繪制環(huán)保主題彩繪（如“保護鳥類”圖案），提升美觀度；C語文：撰寫《給小麻雀的一封信》，結合觀察記錄描述投食器的設計初衷。2社會責任的延伸鼓勵學生將成品投食器放置在校園綠化帶、社區(qū)公園，并定期維護（清理殘渣、補充食物）。某屆學生曾發(fā)起“校園投食器守護計劃”，制定輪流值日表，還通過公眾號記錄“小麻雀的取食日記”，吸引了更多同學參與生態(tài)保護。3創(chuàng)新設計的啟發(fā)1引導學生思考：“如果給不同動物設計投食器，還需要考慮哪些特殊需求？”例如：2給池塘里的金魚設計“浮水式投食器”（防止飼料沉底變質）；4給蜜蜂設計“含糖量可控投食器”（模擬花朵蜜腺的濃度）。3給流浪貓設計“防狗搶食投食器”（開口高度超過狗的頭部高度）；07總結：用設計連接科學與生命總結：用設計連接科學與生命回顧本次實踐，我們經歷了“