一、教學背景與目標定位演講人1.教學背景與目標定位2.小臺燈的功能拆解與材料分類3.導線材料的選擇4.材料選擇的核心原則：功能、安全與環(huán)保5.實踐活動：設計并優(yōu)化小臺燈材料方案6.總結與升華：從材料選擇到工程思維的啟蒙目錄2025四年級科學上冊小臺燈的材料選擇課件01教學背景與目標定位教學背景與目標定位作為一線科學教師，我在長期教學實踐中發(fā)現(xiàn)，四年級學生正處于從“觀察現(xiàn)象”向“探究原理”過渡的關鍵階段。他們對生活中的常見物品（如臺燈）充滿好奇，但往往停留在“能用”的表層認知，缺乏對“為何選擇這些材料”的深度思考?；凇读x務教育科學課程標準（2022年版）》中“材料與結構”“工程與技術”等核心概念的要求，本課件以“小臺燈的材料選擇”為載體，引導學生從“認識材料”到“分析屬性”，最終實現(xiàn)“基于需求選擇材料”的能力進階，同時滲透“安全、環(huán)保、功能適配”的工程思維啟蒙。教學目標21知識目標：認識常見的自然材料（如木材、黏土）與人工材料（如塑料、金屬），理解材料的物理屬性（導電性、隔熱性、承重性）與功能的關聯(lián)。素養(yǎng)目標：培養(yǎng)“需求導向—屬性分析—方案驗證”的工程思維，增強安全意識與環(huán)保意識，感受科學與技術的緊密聯(lián)系。能力目標：能根據(jù)小臺燈的功能需求（發(fā)光、支撐、固定、導電），分析不同材料的適用性，嘗試設計并優(yōu)化材料組合方案。302小臺燈的功能拆解與材料分類小臺燈的功能拆解與材料分類要完成“材料選擇”的任務，首先需明確小臺燈的核心功能。通過觀察實物（我常用自己制作的簡易小臺燈作為教具），學生能直觀拆解出四大功能模塊：光源模塊（發(fā)光）、支架模塊（支撐）、底座模塊（固定）、電路模塊（導電）。每個模塊對材料的要求不同，需逐一分析。光源模塊：從“發(fā)光需求”看材料選擇光源是小臺燈的核心，其材料選擇直接影響亮度、能耗與安全性。四年級學生對“發(fā)光材料”的認知多停留在“燈泡”“LED燈”等成品，需引導其關注“發(fā)光材料的本質”。光源模塊：從“發(fā)光需求”看材料選擇傳統(tǒng)白熾燈與LED燈的對比我曾帶學生拆解過廢舊臺燈，發(fā)現(xiàn)白熾燈的燈絲多為鎢絲（金屬材料），利用電流熱效應發(fā)光，但存在發(fā)熱量大（易燙手）、能耗高的缺點；而LED燈的核心是半導體芯片（人工合成材料），通過電子躍遷發(fā)光，具有低能耗、壽命長、溫度低的優(yōu)勢。結合四年級學生的生活經驗（如家庭常用LED臺燈），可提問：“為什么現(xiàn)在很少用白熾燈做臺燈？”引導學生從“安全（防燙）”“節(jié)能”角度思考材料選擇的合理性。其他發(fā)光材料的探索為拓展思維，可引入“熒光材料”（如熒光棒中的化學物質）與“冷光材料”（如螢火蟲的生物發(fā)光），但需強調：小臺燈需持續(xù)穩(wěn)定發(fā)光，因此更適合選擇電能驅動的材料（如LED燈珠），而熒光材料因時效性（僅能維持數(shù)小時）不適用于長期使用場景。支架模塊：從“支撐需求”看材料選擇支架需滿足“可彎曲/固定”“承重”“絕緣”三大要求。我曾讓學生用不同材料（木條、塑料條、金屬絲）制作支架，通過實驗對比發(fā)現(xiàn)：|材料類型|承重性|可彎曲性|絕緣性|適用性分析||----------------|--------|----------|--------|----------------------------||木條（自然材料）|較強|差（易折斷）|好|適合固定角度的簡單支架，但缺乏調節(jié)性||塑料條（人工材料）|中等|較好（可小幅度彎曲）|好|輕便且絕緣，適合需要微調角度的支架|支架模塊：從“支撐需求”看材料選擇|金屬絲（人工材料）|強|好（可任意塑形）|差（需包裹絕緣層）|承重與塑形優(yōu)勢明顯，但需額外處理絕緣問題|通過表格對比，學生能直觀理解：若需制作可調節(jié)角度的支架，塑料條或包裹絕緣皮的金屬絲更合適；若追求低成本與安全性（避免金屬導電風險），塑料條是首選。底座模塊：從“穩(wěn)定需求”看材料選擇1底座的核心功能是“固定整體，防止傾倒”，因此需關注材料的“重量”“接觸面摩擦力”“加工難度”。我曾組織學生用不同材料（黏土、木塊、塑料盒）制作底座，實驗數(shù)據(jù)如下：2黏土底座：可任意塑形（適合個性化設計），但干燥后易開裂，且重量較輕（需增加石子等配重）；3木塊底座：重量適中，天然紋理增加摩擦力（與桌面接觸更穩(wěn)），但需工具切割（對四年級學生操作難度較高）；4塑料盒底座：輕便易獲?。ㄈ缢崮毯校商畛渖匙?硬幣增加重量，加工簡單（僅需打孔固定支架），是最適合學生實踐的材料。5通過實際操作，學生能總結出：底座材料的選擇需平衡“重量”與“可加工性”，塑料盒因“易獲取、易改造、可配重”成為推薦方案。電路模塊：從“導電需求”看材料選擇電路模塊是小臺燈的“神經”，需連接電源（電池）、開關與光源，因此材料需滿足“導電性”“安全性”“易連接”三大要求。03導線材料的選擇導線材料的選擇常見導線為銅芯（外層包裹塑料絕緣皮），因銅的導電性僅次于銀（成本更低），且延展性好（易彎曲連接）。我曾讓學生用鋁絲、鐵絲替代銅絲實驗，發(fā)現(xiàn)鋁絲易氧化（接觸不良）、鐵絲電阻大（發(fā)熱明顯），均不如銅絲穩(wěn)定。需強調：導線必須選擇導電性強的金屬材料，且外層絕緣皮不可破損（防觸電）。開關材料的選擇開關需“導電連通”與“絕緣斷開”，因此需同時使用導電材料（如金屬片）與絕緣材料（如塑料外殼）。學生自制開關時，可用回形針（金屬，導電）與塑料片（絕緣）組合，通過“按壓回形針接觸導線”實現(xiàn)通斷，直觀理解“材料組合”的必要性。04材料選擇的核心原則：功能、安全與環(huán)保材料選擇的核心原則：功能、安全與環(huán)保通過前兩部分的拆解，學生已能從單一模塊分析材料屬性，但需進一步提煉“材料選擇的通用原則”，幫助其建立系統(tǒng)思維。功能適配原則：材料屬性與需求精準匹配每個功能模塊對材料的核心需求不同，需“按需選材”。例如：光源模塊需“發(fā)光穩(wěn)定、低發(fā)熱”→選LED燈珠（半導體材料）；支架模塊需“承重、絕緣”→選塑料條（人工高分子材料）；底座模塊需“穩(wěn)定、易加工”→選塑料盒（可回收人工材料）；電路模塊需“導電、安全”→選帶絕緣皮的銅導線（金屬+高分子復合材料）。我常以“如果用玻璃做支架會怎樣？”提問，引導學生思考：玻璃雖透明美觀，但易碎且承重差，不符合支架的“支撐”需求，從而強化“功能優(yōu)先”的意識。安全優(yōu)先原則：規(guī)避潛在風險四年級學生動手實踐時，安全是首要前提。材料選擇需滿足：無毒性：避免使用含甲醛的劣質塑料、易揮發(fā)的化學黏合劑（推薦白膠或雙面膠）；無尖銳邊角：金屬材料需打磨邊緣，木塊需選擇邊角圓潤的（可用舊家具的邊角料）；低能量風險：使用5號/7號電池（1.5V）而非插座（220V），避免觸電；LED燈珠溫度低（≤40℃），避免燙傷。我曾目睹學生用鐵釘固定支架時劃傷手指，此后特別強調：優(yōu)先選擇“鈍頭工具”（如塑料扎帶）和“軟質固定材料”（如泡沫膠），將安全意識融入材料選擇的每一步。環(huán)保節(jié)約原則：踐行可持續(xù)發(fā)展2025年的科學教育需滲透“雙碳”理念，材料選擇應體現(xiàn)“節(jié)約資源、循環(huán)利用”。例如：優(yōu)先使用廢舊材料（如塑料瓶改造成底座、快遞盒裁剪成裝飾片）；避免一次性材料（如丟棄的吸管可替代新塑料條）；選擇可回收材料（如金屬、塑料均屬可回收物，實驗后分類處理）。我?guī)W生收集班級廢舊物品制作小臺燈時，有學生用奶茶杯（洗凈）做底座，用舊電線（剝取銅芯）做導線，既完成了作品，又踐行了環(huán)保，這種“變廢為寶”的成就感比單純使用新材料更深刻。05實踐活動：設計并優(yōu)化小臺燈材料方案實踐活動：設計并優(yōu)化小臺燈材料方案理論分析后，需通過實踐驗證所學。我通常將課堂分為“方案設計—材料采購—組裝調試—優(yōu)化改進”四步，以下是具體流程：方案設計（20分鐘）以4人小組為單位，根據(jù)小臺燈功能模塊，填寫《材料選擇記錄表》（如表1），要求每組至少列出2種備選材料并說明理由。表1小臺燈材料選擇記錄表|功能模塊|需求描述|備選材料1|選擇理由|備選材料2|選擇理由||----------|----------------|-----------|-------------------------|-----------|-------------------------||光源|穩(wěn)定發(fā)光、低發(fā)熱|LED燈珠|能耗低、溫度低|小電珠|易獲取但發(fā)熱較高|方案設計（20分鐘）|支架|承重、可調節(jié)|塑料條|輕便、絕緣|包膠鐵絲|可塑形但需檢查絕緣層|01|底座|穩(wěn)定、易加工|塑料盒|易獲取、可填充配重|木塊|天然材料但需切割工具|02|電路|導電、安全|銅導線|導電性好、有絕緣皮|鋁導線|易氧化、需頻繁檢查接觸|03材料采購與組裝（30分鐘）提供“材料超市”（包含LED燈珠、塑料條、塑料盒、銅導線、電池盒、開關等），學生根據(jù)方案領取材料，用白膠、扎帶等工具組裝。過程中需提醒：導線連接時剝線長度不超過1cm（避免短路）；支架與底座固定時需測試承重（懸掛小砝碼模擬燈頭重量）；電路組裝后先不通電檢查（避免正負極接反）。調試與優(yōu)化（25分鐘）通電測試后，各組匯報問題并優(yōu)化。常見問題及解決策略：01支架傾倒：底座填充沙子/硬幣增加重量，或擴大底座接觸面積（用塑料盤替代塑料盒）；02電路接觸不良：檢查導線剝線處是否氧化（用砂紙打磨），開關金屬片是否壓緊；03光源過暗：更換更高功率的LED燈珠，或增加電池數(shù)量（串聯(lián)2節(jié)電池，總電壓3V）。04展示與評價（15分鐘）每組展示作品，從“功能實現(xiàn)度”（能否穩(wěn)定發(fā)光）、“材料合理性”（是否符合安全/環(huán)保原則）、“創(chuàng)新性”（是否使用廢舊材料）三方面互評。我曾看到一組學生用竹編筐做底座（自然材料），既美觀又穩(wěn)定，這種“跨材料”的創(chuàng)新正是工程思維的體現(xiàn)。06總結與升華：從材料選擇到工程思維的啟蒙總結與升華：從材料選擇到工程思維的啟蒙04030102回顧整節(jié)課，我們圍繞“小臺燈的材料選擇”展開了從“功能拆解—屬性分析—方案設計—實踐驗證”的完整探究過程。核心結論可總結為三點：材料選擇是“需求導向”的決策過程：需先明確功能需求，再匹配材料屬性（如發(fā)光選LED、支撐選塑料條）；安全與環(huán)保是底線與責任：無論是選擇無毒材料還是利用廢舊物品，都體現(xiàn)了對生命安全與可持續(xù)發(fā)展的重視；工程思維的本質是“解決問題”：從發(fā)現(xiàn)問題（如支架不穩(wěn)）到提出方案（增加底座配重），再到驗證改進，這是科學探究與技術實踐的深度融合。