一、教學背景與目標定位：為何聚焦“材料選擇”？演講人CONTENTS教學背景與目標定位：為何聚焦“材料選擇”？材料選擇的四大核心依據(jù)：從原理到需求的邏輯推導具體材料的分類推薦與對比：從理論到實踐的落地制作過程中的材料適配要點：從選擇到調(diào)整的實踐智慧教學實施建議：從材料選擇到科學思維的進階結(jié)語：材料選擇背后的科學思維啟蒙目錄2025四年級科學上冊風向標制作材料選擇課件各位同仁、同學們：今天，我將以“風向標制作材料選擇”為主題，結(jié)合四年級科學課程標準與學生認知特點，從教學背景、材料選擇依據(jù)、具體材料推薦、制作適配要點及教學實施建議五個維度展開分享。作為一線科學教師，我曾帶領(lǐng)多屆學生完成過風向標制作項目，過程中積累的經(jīng)驗與反思，將貫穿本次課件的每個環(huán)節(jié)，力求為大家提供兼具理論指導性與實踐操作性的參考。01教學背景與目標定位：為何聚焦“材料選擇”？1課程標準的核心指向《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》在“物質(zhì)與能量”“地球與宇宙”跨學科主題中明確要求：四年級學生需“通過觀察、實驗等方法探究簡單工具的結(jié)構(gòu)與功能”，并“能選擇合適的材料制作簡單的科學模型”。風向標作為氣象觀測的基礎(chǔ)工具，其制作過程恰好是“結(jié)構(gòu)決定功能”“材料適配需求”等科學觀念的具象化載體。2學生認知的發(fā)展需求四年級學生（9-10歲）正處于具體運算階段向形式運算階段過渡的關(guān)鍵期，其動手能力顯著提升（手部小肌肉群發(fā)育較完善），但抽象思維仍依賴具體經(jīng)驗支撐。因此，通過“材料選擇—制作—調(diào)試”的完整探究鏈，既能滿足其“做中學”的認知特點，又能引導其從“隨意選材料”向“基于功能選材料”的科學思維進階。3教學目標的分層設(shè)定STEP4STEP3STEP2STEP1基于上述背景，本次“風向標制作材料選擇”的教學目標可細化為：知識目標：理解風向標“箭頭指風來方向”的工作原理，明確材料需滿足“輕、對稱、靈活”的核心要求；能力目標：能根據(jù)功能需求對比不同材料的特性（如重量、硬度、耐候性），并選擇適配的制作材料；情感目標：感受“生活材料可轉(zhuǎn)化為科學工具”的創(chuàng)新意識，體會材料選擇對工具功能的直接影響，激發(fā)對科學探究的興趣。02材料選擇的四大核心依據(jù)：從原理到需求的邏輯推導材料選擇的四大核心依據(jù)：從原理到需求的邏輯推導要選對材料，首先需明確風向標“如何工作”。風向標由箭頭、尾翼、支架三部分構(gòu)成（如圖1所示）：箭頭受風力小，尾翼受風力大，二者的力矩差推動風向標旋轉(zhuǎn)，最終箭頭指向風的來向。因此，材料選擇需圍繞“讓風向標靈敏、穩(wěn)定、耐用”的核心功能展開，具體遵循以下四大依據(jù)：1科學性依據(jù)：匹配工作原理的材料特性輕質(zhì)性：若材料過重（如金屬片），風需更大的力才能推動風向標旋轉(zhuǎn)，導致靈敏度降低；反之，過輕的材料（如薄紗）易受亂流影響，無法穩(wěn)定指向。四年級學生制作的風向標總重量建議控制在20-30克（含支架）。01對稱性：箭頭與尾翼的面積、重量需嚴格對稱，否則會因單側(cè)力矩過大導致“偏航”。例如，若尾翼一側(cè)更重，即使無風時風向標也會偏向該側(cè)。02抗風性：材料需具備一定硬度，避免強風下變形（如軟卡紙遇風易卷曲）；同時表面應光滑，減少空氣阻力（如毛邊紙會增加摩擦）。032安全性依據(jù)：契合學生操作的防護要求無毒環(huán)保：膠水需選擇兒童安全型（如白膠，避免502膠的刺激性氣味）；裝飾材料優(yōu)先水性彩筆（可水洗），而非油性馬克筆（含揮發(fā)性溶劑）。03易固定：連接部件（如轉(zhuǎn)軸）不宜過緊（避免扭斷）或過松（導致晃動），建議使用回形針、細鐵絲等可調(diào)節(jié)松緊的材料。04四年級學生使用工具的能力有限（如剪刀、膠水的掌控力不足），材料需滿足：01無尖銳邊角：避免金屬片、硬塑料的毛邊劃傷；建議選擇邊緣可打磨的材料（如輕木片）或自帶圓角的成品（如塑料墊板）。023可操作性依據(jù)：適配學生動手能力的難度控制學生的手部力量與精細動作尚在發(fā)展中，材料需滿足“易裁剪、易連接、易調(diào)整”：易裁剪：厚度建議在0.5-2mm（如硬卡紙、3mm泡沫板），可用普通剪刀或手工刀操作；避免過厚的木板（需鋸子）或過薄的塑料膜（易撕裂）。易連接：連接方式以“粘貼+穿插”為主（如白膠粘貼箭頭與尾翼，回形針穿插固定轉(zhuǎn)軸），避免復雜的螺絲、焊接等操作。易調(diào)整：若材料初期選擇不當（如尾翼過重），需能快速替換或修正（如卡紙可剪小、泡沫板可挖減重孔）。4教育性依據(jù)：滲透科學思維的材料價值提供多類材料（卡紙、塑料片、木片），引導學生通過“稱量重量”“風吹測試”對比哪種更靈敏；鼓勵個性化設(shè)計（如用樹葉做尾翼），但需通過實驗驗證其可行性，培養(yǎng)“假設(shè)—實證”的科學態(tài)度。材料選擇不應是“教師指定”的被動過程，而應成為學生“觀察—比較—驗證”的探究過程。例如：利用廢舊材料（如飲料瓶、快遞盒），滲透“變廢為寶”的環(huán)保理念；03具體材料的分類推薦與對比：從理論到實踐的落地具體材料的分類推薦與對比：從理論到實踐的落地基于上述依據(jù)，我將風向標制作材料分為“主體結(jié)構(gòu)材料”“輔助固定材料”“裝飾材料”三類，每類推薦2-3種常見材料，并標注其優(yōu)缺點及適配場景（如表1所示）。1主體結(jié)構(gòu)材料：箭頭、尾翼與支架的核心載體主體結(jié)構(gòu)是風向標的“功能核心”，需重點關(guān)注輕質(zhì)性與對稱性。1主體結(jié)構(gòu)材料：箭頭、尾翼與支架的核心載體1.1箭頭與尾翼材料硬卡紙（250-300克/平方米）：1優(yōu)點：易裁剪（普通剪刀即可）、重量輕（單張A4卡紙約5克）、成本低（可回收廢舊包裝盒）；2缺點：遇水易軟（戶外測試需防水處理，如涂透明指甲油）、硬度一般（強風下可能卷曲）；3適配場景：課堂初制（驗證原理）、室內(nèi)展示（無風環(huán)境）。4塑料片（0.5-1mm厚）：5優(yōu)點：防水耐候（適合戶外長期使用）、硬度高（不易變形）、表面光滑（減少空氣阻力）；6缺點：裁剪需專用工具（如美工刀+直尺）、重量略高（同面積比卡紙重約3-5克）；71主體結(jié)構(gòu)材料：箭頭、尾翼與支架的核心載體1.1箭頭與尾翼材料適配場景：戶外實測（如校園氣象站）、長期觀察項目。輕木片（1-2mm厚）：優(yōu)點：天然材質(zhì)（學生易接受）、重量輕（密度約0.2-0.3g/cm3）、可打磨（調(diào)整邊緣對稱性）；缺點：需提前處理毛刺（避免劃傷）、易吸潮（潮濕環(huán)境需涂清漆）；適配場景：手工興趣小組（強調(diào)材料質(zhì)感）、跨學科項目（結(jié)合木工基礎(chǔ)）。教學提示：建議課堂初制時優(yōu)先用硬卡紙（降低操作門檻），待學生掌握原理后，再引導用塑料片或輕木片升級；可組織“材料對比實驗”——每組選擇一種材料制作，戶外同時測試，記錄“從靜止到指向穩(wěn)定的時間”，直觀感受材料差異。1主體結(jié)構(gòu)材料：箭頭、尾翼與支架的核心載體1.2支架材料支架需支撐風向標旋轉(zhuǎn)，核心要求是“垂直穩(wěn)定+轉(zhuǎn)軸靈活”。1竹筷子/細木條（直徑5-8mm）：2優(yōu)點：易獲取（超市常見）、易固定（可用泡沫板底座鉆孔插入）、重量輕（不影響整體穩(wěn)定性）；3缺點：表面較粗糙（需砂紙打磨，否則轉(zhuǎn)軸摩擦力大）；4適配場景：基礎(chǔ)制作（配合卡紙箭頭）。5塑料吸管（直徑8-10mm）：6優(yōu)點：表面光滑（減少轉(zhuǎn)軸摩擦）、中空結(jié)構(gòu)（可插入細鐵絲增強支撐）、顏色豐富（提升美觀度）；7缺點：硬度較低（強風下可能彎曲，需加粗或多層包裹）；81主體結(jié)構(gòu)材料：箭頭、尾翼與支架的核心載體1.2支架材料缺點：需注意尖端防護（包裹塑料套）、重量略高（需搭配更輕的箭頭尾翼）；04適配場景：挑戰(zhàn)項目（如“抗10級風風向標”設(shè)計）。05優(yōu)點：硬度高（不易變形）、可彎曲定型（制作個性化支架）；03金屬絲（細鐵絲，直徑1-1.5mm）：02適配場景：強調(diào)“靈活旋轉(zhuǎn)”的進階制作。012輔助固定材料：連接與穩(wěn)定的關(guān)鍵輔助材料雖不直接參與“測風”，但決定了風向標能否正常工作。1回形針/細鐵絲（轉(zhuǎn)軸）：2回形針：易彎曲（可調(diào)整松緊度）、無尖銳端（安全），但承重有限（適合輕量箭頭）；3細鐵絲：更牢固（適合塑料片等較重材料），但需用鉗子調(diào)整形狀（教師輔助操作）；4使用技巧：將回形針彎成“U”型，一端插入箭頭/尾翼的中心孔，另一端套在支架頂部，確保能自由旋轉(zhuǎn)。5白膠/雙面膠（粘合）：6白膠：粘性強（適合卡紙、木片）、可調(diào)整（未干時可移動位置），但需等待干燥時間（約30分鐘）；7雙面膠：即粘即用（節(jié)省時間），但粘性弱（遇潮易脫落），適合臨時固定；82輔助固定材料：連接與穩(wěn)定的關(guān)鍵教學建議：課堂制作時，先用雙面膠臨時固定，待學生確認對稱性后，再用白膠加固。泡沫板/木塊（底座）：泡沫板：重量輕（易移動）、易鉆孔（插入支架），但穩(wěn)定性差（戶外易被風吹倒）；木塊：穩(wěn)定性高（適合戶外）、可雕刻（增加裝飾性），但需提前鉆孔（教師預處理）；優(yōu)化方案：泡沫板底座底部粘貼配重（如小石塊），提升穩(wěn)定性；木塊底座側(cè)面鉆孔，用螺絲固定支架（適合長期放置）。3裝飾材料：科學與審美的融合裝飾材料需在“安全”“易操作”“不影響功能”的前提下，激發(fā)學生的創(chuàng)作熱情。水性彩筆：可水洗（避免臟手）、顏色鮮艷（適合標注“東、南、西、北”方向），建議選擇粗頭款（四年級學生握筆更穩(wěn)）；亮片貼紙：增加美觀度（學生喜愛），但需控制用量（單張貼紙不超過2克，避免影響尾翼重量）；自然材料：如干樹葉（粘貼在尾翼）、小貝殼（裝飾箭頭），需提前干燥處理（避免發(fā)霉），且用白膠固定（確保牢固）。特別提醒：裝飾需在“功能驗證”之后進行——先確保風向標能正常旋轉(zhuǎn)指向，再添加裝飾；若添加后出現(xiàn)“偏航”，需引導學生分析是裝飾材料過重還是位置偏移導致，培養(yǎng)“問題歸因”能力。04制作過程中的材料適配要點：從選擇到調(diào)整的實踐智慧制作過程中的材料適配要點：從選擇到調(diào)整的實踐智慧材料選對了，不代表制作一定成功。結(jié)合多年教學經(jīng)驗，我總結(jié)了三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的材料適配要點，幫助學生避免常見問題。1箭頭與尾翼的對稱性調(diào)試問題預判：學生常因裁剪誤差（如尾翼一側(cè)長2mm）導致力矩不平衡，風向標無法穩(wěn)定指向。解決策略：（1）使用“模板法”：教師提前繪制標準箭頭（長8cm、寬2cm）和尾翼（長8cm、寬5cm）的模板，學生沿模板裁剪，減少誤差；（2）“懸掛測試法”：將箭頭與尾翼分別用細線懸掛，觀察是否垂直下垂——若偏向一側(cè)，說明重量不均，需修剪重的一側(cè)；（3）“風力初檢”：用吹風機低速檔從側(cè)面吹風向標，若箭頭能快速轉(zhuǎn)向風來方向（≤2秒），則對稱性合格。2支架與轉(zhuǎn)軸的靈活性保障常見問題：轉(zhuǎn)軸過緊（風向標轉(zhuǎn)不動）或過松（風向標亂晃）。調(diào)整技巧：（1）轉(zhuǎn)軸過緊：若用回形針，可輕輕掰開“U”型口，增大與支架的間隙；若用細鐵絲，可在接觸點涂抹少量凡士林（減小摩擦）；（2）轉(zhuǎn)軸過松：用透明膠帶包裹支架頂部（增加直徑），或更換更細的回形針（縮小間隙）；（3）“旋轉(zhuǎn)測試”：用手指輕撥風向標，若能自然旋轉(zhuǎn)3圈以上再停下，說明靈活性合格。3戶外實測的材料耐候性優(yōu)化挑戰(zhàn)場景：戶外風吹、日曬、雨淋可能導致材料變形（如卡紙變軟、膠水脫落）。改進方案：（1）防水處理：卡紙表面涂2-3層透明指甲油（教師輔助操作），形成防水膜；（2）加固連接：箭頭與尾翼的粘合處用透明膠帶“包邊”（增加拉力）；（3）防曬保護：塑料片選擇深色款（減少紫外線老化），或用遮陽罩覆蓋（如小紙傘，不影響旋轉(zhuǎn)即可）。05教學實施建議：從材料選擇到科學思維的進階1課前：材料的分層準備與預實驗教師需提前準備“基礎(chǔ)材料包”（硬卡紙、竹筷子、回形針、白膠）和“拓展材料包”（塑料片、輕木片、細鐵絲、透明指甲油），并進行預實驗——用不同材料制作風向標，記錄“靈敏度”“耐用性”數(shù)據(jù)，預判學生可能遇到的問題（如卡紙尾翼卷曲），提前準備解決方案（如提供塑料片作為替換選項）。2課中：問題驅(qū)動的探究式學習1導入環(huán)節(jié)：播放“臺風天氣象站用風向標”的視頻，提問：“為什么風向標能準確指向風來的方向？如果用重的金屬做箭頭，還能靈敏轉(zhuǎn)動嗎？”引發(fā)材料選擇的思考；2探究環(huán)節(jié)：分組領(lǐng)取不同材料，完成“材料特性記錄表”（記錄重量、硬度、是否防水等），通過討論確定本組材料；3制作環(huán)節(jié)：強調(diào)“先驗證功能，再裝飾”的流程，教師巡回指導，重點關(guān)注對稱性調(diào)試和轉(zhuǎn)軸靈活性；4展示環(huán)節(jié)：戶外集中測試，每組匯報“材料選擇理由”“遇到的問題及解決方法”，引導學生對比不同材料的效果。3課后：延伸探究與長期觀察反思總結(jié)：撰寫“我的材料選擇故事”小短文，分享“為什么選這種材料”“調(diào)整過程中的發(fā)現(xiàn)”，深化對“材料適配功能”的理解。03長期觀察：將風向標放置在校園氣象站，記錄一周內(nèi)的風向數(shù)據(jù)，分析“材料耐候性”（如哪組的風向標在雨天后仍能正常工作）；02項目延伸：鼓勵學生用廢舊材料（如酸奶瓶做尾翼、冰棒棍做支架）制作“環(huán)保風向標”，并與課堂作品對比；0106結(jié)語：材料選擇背后的科