一、設計能力與簡易模型制作的邏輯關(guān)聯(lián)演講人設計能力與簡易模型制作的邏輯關(guān)聯(lián)01典型案例：“家庭節(jié)水裝置模型”制作全流程02簡易模型制作的核心流程與教學策略03教學評價：從“結(jié)果評判”到“能力發(fā)展”04目錄2025小學六年級科學上冊設計能力簡易模型制作課件序：從“動手做”到“慧心創(chuàng)”——設計能力培養(yǎng)的時代使命作為一名深耕小學科學教育12年的一線教師，我始終記得2019年帶學生參加“校園橋梁承重賽”時的場景：一群孩子用竹條、棉線和膠水反復調(diào)試，有的模型剛放砝碼就垮塌，有的卻能承重2公斤。當他們舉著改進后的作品歡呼時，我意識到：科學教育的價值，不僅是讓學生記住“結(jié)構(gòu)決定功能”的結(jié)論，更要讓他們在“設計—制作—優(yōu)化”的循環(huán)中，真正理解科學與技術(shù)的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)解決實際問題的能力。2022年《義務教育科學課程標準》明確提出“技術(shù)與工程領(lǐng)域”需重點培養(yǎng)學生的“設計能力”，要求六年級學生能基于科學原理設計簡易模型，并通過測試、調(diào)整提升性能。本課件正是基于這一要求，結(jié)合六年級學生的認知特點（抽象思維萌芽、動手興趣濃厚但系統(tǒng)性不足），圍繞“簡易模型制作”這一載體，系統(tǒng)拆解設計能力培養(yǎng)的路徑與方法。01設計能力與簡易模型制作的邏輯關(guān)聯(lián)1設計能力的核心內(nèi)涵與六年級培養(yǎng)目標設計能力是指“基于特定需求，綜合運用科學知識、技術(shù)方法和實踐經(jīng)驗，提出解決方案并通過制作、測試優(yōu)化方案的能力”（《義務教育科學課程標準》2022版）。對六年級學生而言，其培養(yǎng)目標可細化為：需求分析能力：能從生活或科學問題中提煉具體目標（如“制作一個能承重100克的紙質(zhì)橋梁”）；方案設計能力：能用草圖、文字或簡單符號描述設計思路，體現(xiàn)科學原理（如利用三角形穩(wěn)定性加固結(jié)構(gòu)）；材料選擇能力：能根據(jù)功能需求選擇合適材料（如承重結(jié)構(gòu)選硬卡紙，連接部件選白膠而非雙面膠）；測試優(yōu)化能力：能通過觀察、測量等方法發(fā)現(xiàn)問題，提出改進策略（如通過增加支撐點提升承重）。2簡易模型制作作為設計能力培養(yǎng)載體的獨特價值STEP1STEP2STEP3STEP4相較于復雜工程實踐，簡易模型制作（材料常見、工藝簡單、周期可控）更符合六年級學生的能力邊界，其價值體現(xiàn)在：低門檻，高參與：使用吸管、卡紙、橡皮筋等日常材料，消除“技術(shù)畏難”，讓每個學生都能動手；強關(guān)聯(lián)，深理解：模型制作需調(diào)用“結(jié)構(gòu)與功能”“力與運動”等科學知識，將抽象概念轉(zhuǎn)化為具體實踐；重迭代，養(yǎng)思維：從“初步設計—制作測試—發(fā)現(xiàn)問題—優(yōu)化改進”的閉環(huán)，天然契合“試錯—反思—創(chuàng)新”的科學探究邏輯。02簡易模型制作的核心流程與教學策略1需求分析：從“模糊問題”到“精準目標”需求分析是設計的起點，但六年級學生常因問題描述模糊（如“做一個好看的模型”）導致后續(xù)方向偏差。教學中需引導學生完成“三步轉(zhuǎn)化”：1需求分析：從“模糊問題”到“精準目標”1.1問題情境具象化通過生活場景引入（如“學?；▔枰詣訚不ㄑb置”），或科學問題轉(zhuǎn)化（如“模擬火山噴發(fā)，需展示巖漿流動路徑”），讓學生明確“要解決什么問題”。例如，在“簡易凈化水裝置”項目中，我會先帶學生觀察被污染的河水樣本，提問：“如果這是村莊的水源，你們需要解決什么問題？”學生自然會聚焦“去除雜質(zhì)”“減少異味”等具體需求。1需求分析：從“模糊問題”到“精準目標”1.2目標指標可量化引導學生將需求轉(zhuǎn)化為可測量的指標。如“制作一個抗震小房子”的目標，可拆解為“能承受20次模擬地震（搖晃桌面）不倒塌”“高度不低于15厘米”“使用材料不超過5種”。我常讓學生用“需求清單”表格記錄（見表1），避免目標泛化。|需求維度|具體指標|依據(jù)（科學原理/生活經(jīng)驗）||----------------|---------------------------|---------------------------||功能性|承重≥100克|三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性||安全性|無尖銳邊緣|避免劃傷||材料成本|總費用≤5元|日常材料回收利用|1需求分析：從“模糊問題”到“精準目標”1.3約束條件明確化設計不是“無限制創(chuàng)造”，需讓學生理解現(xiàn)實約束（如時間、材料、成本）。例如，在“風能小車”制作中，我會規(guī)定“只能使用1張A4紙、2根吸管、4個塑料瓶蓋”，并提問：“這些材料限制會如何影響你的設計？”學生由此學會在約束下優(yōu)化方案。2方案設計：從“頭腦風暴”到“科學草圖”方案設計是思維外顯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。六年級學生的思維特點是“具象優(yōu)先”，因此需通過“三階段引導”幫助其完成從“零散想法”到“系統(tǒng)方案”的轉(zhuǎn)化。2方案設計：從“頭腦風暴”到“科學草圖”2.1頭腦風暴：鼓勵發(fā)散，記錄靈感以小組為單位，圍繞核心需求自由發(fā)言（如“如何讓紙質(zhì)橋梁更穩(wěn)固？”），教師需遵循“延遲評判”原則，用“還有其他可能嗎？”“如果這樣會怎樣？”等問題激發(fā)創(chuàng)意。我曾目睹一個小組從“加斜桿”想到“蜂窩結(jié)構(gòu)”，再聯(lián)想到“喜鵲窩的編織方式”，最終設計出多層交叉支撐的橋梁，這正是發(fā)散思維的魅力。2方案設計：從“頭腦風暴”到“科學草圖”2.2科學關(guān)聯(lián)：用原理支撐設計當學生提出“用三角形加固”時，需追問：“為什么三角形比四邊形更穩(wěn)定？”“你能通過實驗證明嗎？”引導其調(diào)用科學知識（如《形狀與結(jié)構(gòu)》單元中“框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”）。我會提供“原理匹配卡”（如“穩(wěn)定性原理”“省力原理”“材料特性”），讓學生在設計草圖旁標注對應的科學依據(jù)，強化“設計有依據(jù)”的意識。2.2.3草圖繪制：規(guī)范表達，細節(jié)呈現(xiàn)草圖需包含“三要素”：整體結(jié)構(gòu)（用簡筆畫標注各部分位置）、材料標注（如“紅色部分用硬卡紙”）、關(guān)鍵尺寸（如“支撐柱高8cm”）。我會展示優(yōu)秀范例（如學生繪制的“太陽能路燈模型草圖”，詳細標注了電池板角度、燈珠位置），并提醒：“草圖是制作的‘地圖’，越清晰，制作時越順利?！?制作實施：從“按圖索驥”到“靈活調(diào)整”制作階段是手腦協(xié)同的過程，學生常因“理論與實踐脫節(jié)”（如草圖中的角度無法用現(xiàn)有材料實現(xiàn)）而受挫。教師需引導其“邊做邊思”，重點關(guān)注以下三點：3制作實施：從“按圖索驥”到“靈活調(diào)整”3.1工具使用：安全與規(guī)范并重六年級學生已能使用剪刀、刻刀、熱熔膠槍（需教師協(xié)助）等工具，但需強調(diào)“三不原則”：不拿工具打鬧、不徒手接觸高溫膠、不用力過猛防止材料斷裂。我會在課前演示“刻刀斜45度切割卡紙”“膠槍點涂而非涂抹”等技巧，并讓學生簽署《安全操作承諾書》，將安全意識融入細節(jié)。3制作實施：從“按圖索驥”到“靈活調(diào)整”3.2材料加工：因材施藝，物盡其用不同材料特性不同（如吸管輕便但易彎折，木片承重但難切割），需引導學生根據(jù)材料調(diào)整設計。例如，有學生原計劃用吸管做橋梁支撐，但發(fā)現(xiàn)承重不足，我便提問：“如果把吸管對折成‘雙層管’，承重會如何變化？”學生通過實驗發(fā)現(xiàn)承重提升3倍，最終改進了方案。3制作實施：從“按圖索驥”到“靈活調(diào)整”3.3協(xié)作分工：明確角色，提升效率小組制作中常出現(xiàn)“有人忙、有人看”的現(xiàn)象，我會引導學生根據(jù)特長分工（如“手巧的負責切割，細心的負責測量，擅表達的記錄過程”），并使用“任務進度表”（見表2）跟蹤進展，確保人人參與。|時間節(jié)點|任務內(nèi)容|負責人|完成情況|問題與調(diào)整||------------|--------------------|--------|----------|--------------------------||第1課時|切割支撐柱（8cm）|小明|完成|刻刀太鈍，換用美工刀||第2課時|組裝橋面與支撐|小紅|未完成|膠水干燥慢，改用晾衣夾固定|4測試優(yōu)化：從“結(jié)果導向”到“過程改進”測試是設計的“試金石”，優(yōu)化是設計的“升華點”。六年級學生常滿足于“做出模型”，卻忽視“改進”的價值，因此需引導其從“關(guān)注成敗”轉(zhuǎn)向“關(guān)注問題”。4測試優(yōu)化：從“結(jié)果導向”到“過程改進”4.1測試設計：明確標準，量化記錄測試需有明確的評價標準（如“承重測試：逐步增加砝碼，記錄倒塌時的重量”）和記錄方式（如表格、折線圖）。我會提供“測試記錄表”（見表3），讓學生用數(shù)據(jù)說話，避免主觀描述。|測試次數(shù)|改進措施|承重結(jié)果（克）|問題觀察||----------|--------------------|----------------|---------------------------||1|初始設計（單層吸管）|50|支撐柱中部彎折||2|支撐柱加膠帶纏繞|80|橋面與支撐連接處脫落||3|連接處用三角紙片加固|120|達到目標，穩(wěn)定30秒|4測試優(yōu)化：從“結(jié)果導向”到“過程改進”4.2問題分析：追根溯源，關(guān)聯(lián)設計當測試失敗時，需引導學生追問：“是材料問題？結(jié)構(gòu)問題？還是制作誤差？”例如，某小組的“水輪模型”轉(zhuǎn)動緩慢，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是葉片角度過小（與草圖中的30度不符），最終通過調(diào)整葉片角度（改為45度）提升了效率。4測試優(yōu)化：從“結(jié)果導向”到“過程改進”4.3優(yōu)化迭代：小步改進，積累經(jīng)驗優(yōu)化不必追求“徹底推翻”，可從“局部調(diào)整”入手（如增加一個支撐點、更換一種膠水）。我常鼓勵學生：“每次改進哪怕只提升5%的性能，也是進步?！边@種“小步快跑”的策略，能讓學生體驗到“改進—成功”的正反饋，增強設計信心。03典型案例：“家庭節(jié)水裝置模型”制作全流程典型案例：“家庭節(jié)水裝置模型”制作全流程為幫助教師更直觀理解教學邏輯，以下以“家庭節(jié)水裝置模型”為例，展示從需求分析到優(yōu)化改進的完整過程。1項目背景與需求分析轉(zhuǎn)化目標：制作一個能“收集、過濾、儲存”生活廢水的簡易裝置模型，要求：過濾后水質(zhì)能用于澆花（無明顯雜質(zhì)）；儲水容量≥500ml；使用材料為塑料瓶、紗布、活性炭（模擬）等日常物品。問題情境：學生觀察家庭用水后發(fā)現(xiàn)，淘米水、洗菜水常被直接倒掉，造成浪費。2方案設計與制作設計草圖：學生繪制了“三層結(jié)構(gòu)”草圖（頂層過濾、中層儲存、底層出水），標注了“紗布過濾大顆?！薄盎钚蕴课疆愇丁薄捌康足@孔控制流速”等關(guān)鍵設計。材料選擇：用2L飲料瓶（儲水）、500ml小瓶（過濾層）、醫(yī)用紗布（過濾）、棉線（固定）。制作難點：鉆孔時瓶身易裂（改用加熱后的鐵釘燙孔），紗布固定不牢（用橡皮筋纏繞瓶口）。3213測試與優(yōu)化首次測試：倒入帶菜葉的廢水，過濾后仍有小顆粒，儲水容量僅300ml（因過濾層占用空間）。01問題分析：紗布層數(shù)太少（原用1層，改為3層），儲水層與過濾層未分離（增加隔板）。02優(yōu)化后測試：過濾后水質(zhì)澄清，儲水容量達600ml，符合目標。034成果展示與反思學生通過視頻演示“廢水倒入—過濾—儲存—澆花”全過程，并反思：“原來過濾需要多層材料，儲水和過濾的空間要合理分配。”這種“做中學”的體驗，比單純講解“水的凈化”更深刻。04教學評價：從“結(jié)果評判”到“能力發(fā)展”教學評價：從“結(jié)果評判”到“能力發(fā)展”設計能力的培養(yǎng)是長期過程，需建立“過程+成果”的多元評價體系：1過程性評價：關(guān)注思維與行為參與度：觀察學生在討論、制作中的貢獻（如“是否提出有效改進建議”“是否主動協(xié)助同伴”）；01思維表現(xiàn)：通過設計草圖、測試記錄等材料，評估“是否用科學原理支撐設計”“是否基于數(shù)據(jù)改進方案”；02協(xié)作能力：通過小組互評，了解“分工是否合理”“沖突解決是否有效”。032成果性評價：兼顧功能與創(chuàng)意功能性：根據(jù)預設指標（如承重、儲水量）評估模型是否達標；科學性：檢查設計是否體現(xiàn)科學原理（如“利用過濾原理”“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性”）；創(chuàng)新性：鼓勵“舊材新用”（如用吸管做支撐）、“問題新解”（如用海綿替代紗布過濾）。我常用“成長檔案袋”收集學生的設計草圖、測試記錄、改進前后的模型照片，學期末組織“設計能力展評”，讓學生通過對比看到自己的進步，這種“可視化成長”比分數(shù)更有激勵作用。結(jié)語：讓設計能力在模型制作中“生長”回顧12年的教學實踐，我深切體會到：簡易模型制作不是“做手工”，而是“用科學思維解決問題