一、設(shè)計能力訓(xùn)練的必要性與學(xué)情分析演講人CONTENTS設(shè)計能力訓(xùn)練的必要性與學(xué)情分析設(shè)計能力訓(xùn)練的活動框架與實施路徑設(shè)計能力訓(xùn)練的支持策略與評價體系|維度|評價項|評價方式|示例標準|總結(jié)與展望目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊設(shè)計能力訓(xùn)練活動課件作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育十余年的一線教師，我始終堅信：科學(xué)教育的終極目標不僅是傳遞知識，更是培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)思維解決實際問題的能力。而設(shè)計能力，正是連接科學(xué)知識與實踐應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。2022版《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》明確提出“科學(xué)探究與實踐”是核心素養(yǎng)的重要維度，要求六年級學(xué)生“能基于所學(xué)知識，綜合運用技術(shù)與工程方法，設(shè)計并制作簡單的裝置或?qū)嵨铩薄；诖?，我結(jié)合多年教學(xué)實踐與六年級學(xué)生的認知特點，設(shè)計了本套“設(shè)計能力訓(xùn)練活動”方案，旨在通過系統(tǒng)化訓(xùn)練，幫助學(xué)生從“被動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)向“主動創(chuàng)造”。01設(shè)計能力訓(xùn)練的必要性與學(xué)情分析1政策依據(jù)與課程定位《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》在“課程內(nèi)容”部分專門設(shè)置“技術(shù)與工程”領(lǐng)域，要求六年級學(xué)生達到“能針對一個具體的技術(shù)問題，提出設(shè)計方案，制作簡單的模型或原型；能對自己或他人的設(shè)計、制作過程和結(jié)果進行評價，并提出改進建議”的目標。這一要求不僅是對傳統(tǒng)科學(xué)探究的延伸，更是對“做中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”理念的深化——設(shè)計能力不再是少數(shù)學(xué)生的特長，而應(yīng)成為全體學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)。2六年級學(xué)生的認知特點通過對本校2024級六年級學(xué)生的前測調(diào)研（覆蓋3個班級120名學(xué)生），我們發(fā)現(xiàn)：優(yōu)勢：90%的學(xué)生能完成簡單的實驗操作，85%能描述常見工程產(chǎn)品的功能，70%具備基礎(chǔ)的團隊合作意識；不足：僅35%能獨立梳理設(shè)計流程，20%存在“想到哪做到哪”的無序設(shè)計傾向，45%對“需求分析”“可行性驗證”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)缺乏清晰認知。這些數(shù)據(jù)表明，六年級學(xué)生已具備設(shè)計能力培養(yǎng)的“最近發(fā)展區(qū)”，但需要系統(tǒng)的方法指導(dǎo)與實踐支架。3訓(xùn)練目標的分層設(shè)定基于課標要求與學(xué)情，我們將設(shè)計能力訓(xùn)練目標分為三個維度：01知識目標：掌握“需求分析→方案設(shè)計→制作優(yōu)化→評價改進”的完整設(shè)計流程，理解“功能-結(jié)構(gòu)-材料”的關(guān)聯(lián)關(guān)系；02能力目標：能針對具體問題提出3種以上設(shè)計方案，會使用簡單工具（如木工工具、3D建模軟件入門版）制作原型，能通過實驗驗證設(shè)計的可行性；03情感目標：養(yǎng)成“用設(shè)計解決問題”的習(xí)慣，增強團隊協(xié)作意識，體會技術(shù)與工程對生活的改善作用。0402設(shè)計能力訓(xùn)練的活動框架與實施路徑1基礎(chǔ)訓(xùn)練：設(shè)計流程的認知與模仿目標：幫助學(xué)生建立“有序設(shè)計”的思維框架，理解每個環(huán)節(jié)的意義?；顒影咐骸逗喴讟蛄涸O(shè)計——從需求到原型》（課時：3課時）1基礎(chǔ)訓(xùn)練：設(shè)計流程的認知與模仿1.1情境導(dǎo)入（1課時）以“校園小河上的木橋年久失修”為真實情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果請你設(shè)計新橋梁，你會先做什么？”通過小組討論，逐步提煉出設(shè)計的核心問題——“需求分析”。教師補充橋梁的基本功能（承重、通行）、限制條件（材料成本、長度限制），并展示真實橋梁的設(shè)計圖紙，幫助學(xué)生建立“設(shè)計需要明確目標”的認知。1基礎(chǔ)訓(xùn)練：設(shè)計流程的認知與模仿1.2流程體驗（1課時）提供限定材料（吸管、棉線、膠帶、剪刀），要求設(shè)計一座能承重500g重物的橋梁。學(xué)生需完成：原型制作：小組分工制作，記錄“材料損耗”“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性”等問題；需求清單：標注“最大承重≥500g”“跨度≥20cm”“高度≥5cm”；方案草圖：用鉛筆繪制2種不同結(jié)構(gòu)（如梁橋、拱橋），標注材料用量；測試改進：用砝碼測試承重，針對“橋身變形”“連接點脫落”等問題，嘗試用“增加斜拉索”“加固節(jié)點”等方法優(yōu)化。01020304051基礎(chǔ)訓(xùn)練：設(shè)計流程的認知與模仿1.3反思總結(jié)（1課時）通過“設(shè)計日志”引導(dǎo)學(xué)生記錄：“哪個環(huán)節(jié)最困難？為什么？”“如果重新設(shè)計，你會調(diào)整哪個步驟？”教師總結(jié)設(shè)計流程的關(guān)鍵：“需求是起點，測試是修正器，團隊溝通是潤滑劑?！苯虒W(xué)反思：本活動中，部分學(xué)生因急于制作而跳過需求分析，導(dǎo)致原型不符合跨度要求。后續(xù)教學(xué)需強化“先想后做”的引導(dǎo)，可通過“設(shè)計前先填寫《需求確認表》”的支架工具規(guī)避此類問題。2專項訓(xùn)練：任務(wù)驅(qū)動的深度設(shè)計目標：提升學(xué)生“解決復(fù)雜問題”的能力，強化“功能-結(jié)構(gòu)-材料”的關(guān)聯(lián)分析?；顒影咐骸缎@雨水收集裝置設(shè)計——從單一功能到系統(tǒng)優(yōu)化》（課時：5課時）2專項訓(xùn)練：任務(wù)驅(qū)動的深度設(shè)計2.1問題拆解（1課時）結(jié)合校園實際：“雨季時，教學(xué)樓前積水嚴重，同時學(xué)校種植園需要灌溉用水。如何設(shè)計一個裝置，既能解決積水問題，又能收集雨水用于灌溉？”引導(dǎo)學(xué)生拆解問題：核心功能：排水+收集；關(guān)聯(lián)因素：雨水流量、存儲容量、過濾需求、安裝位置（地面/屋頂）；限制條件：成本≤200元，材料需環(huán)?？苫厥?。2專項訓(xùn)練：任務(wù)驅(qū)動的深度設(shè)計2.2方案設(shè)計（2課時）采用“頭腦風(fēng)暴+可行性分析”的雙軌模式：頭腦風(fēng)暴：鼓勵學(xué)生提出“屋頂收集-管道引流-地下存儲”“地面透水磚-滲水井-水泵抽取”等創(chuàng)意；可行性分析：發(fā)放《材料特性卡》（如PVC管耐腐蝕性、塑料桶承重能力），引導(dǎo)學(xué)生用“√△×”標注方案的“成本”“安裝難度”“維護便利性”；方案優(yōu)化：小組推選最優(yōu)方案，繪制包含“流程圖”“結(jié)構(gòu)圖”“材料清單”的設(shè)計說明書。2專項訓(xùn)練：任務(wù)驅(qū)動的深度設(shè)計2.3原型制作與測試（1課時）提供PVC管、塑料桶、濾網(wǎng)、水泵模型等材料，學(xué)生制作1:10的縮尺模型。測試環(huán)節(jié)設(shè)置兩個任務(wù)：010203排水測試：用噴壺模擬降雨，觀察3分鐘內(nèi)積水排除速度；收集測試：測量3000ml模擬雨水的收集量與雜質(zhì)含量。2專項訓(xùn)練：任務(wù)驅(qū)動的深度設(shè)計2.4迭代改進（1課時）根據(jù)測試數(shù)據(jù)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“濾網(wǎng)孔徑過大導(dǎo)致雜質(zhì)進入存儲桶”“管道彎頭處水流速度下降”等問題，提出“增加多層濾網(wǎng)”“改用大弧度彎頭”等改進方案。教師展示真實校園雨水收集系統(tǒng)的案例（如本校實際使用的裝置），幫助學(xué)生理解“設(shè)計需兼顧理論與實際”。教學(xué)亮點：本活動中，學(xué)生自發(fā)引入“傳感器監(jiān)測水位”的創(chuàng)意（受科學(xué)課“電路單元”啟發(fā)），雖因材料限制未完全實現(xiàn)，但充分體現(xiàn)了知識遷移能力。教師借此強調(diào)“跨學(xué)科整合”的重要性，為后續(xù)綜合訓(xùn)練埋下伏筆。3綜合訓(xùn)練：跨學(xué)科項目的創(chuàng)新實踐目標：打破學(xué)科壁壘，培養(yǎng)學(xué)生“綜合運用知識解決真實問題”的能力?；顒影咐骸都彝ス?jié)能方案設(shè)計——從科學(xué)到生活的全鏈條實踐》（課時：6課時，延伸至課后2周）3綜合訓(xùn)練：跨學(xué)科項目的創(chuàng)新實踐3.1項目啟動（1課時）結(jié)合“能量”單元教學(xué)，提出問題：“如何為家庭設(shè)計一個節(jié)能方案，既降低用電/用水成本，又不影響生活質(zhì)量？”引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)科學(xué)（能量轉(zhuǎn)換）、數(shù)學(xué)（數(shù)據(jù)統(tǒng)計）、美術(shù)（方案可視化）、道德與法治（環(huán)保責(zé)任）等學(xué)科知識。3綜合訓(xùn)練：跨學(xué)科項目的創(chuàng)新實踐3.2數(shù)據(jù)采集（課后1周）01學(xué)生以家庭為單位，連續(xù)7天記錄：02用電數(shù)據(jù)：空調(diào)、熱水器、照明等設(shè)備的每日耗電量；03用水數(shù)據(jù)：洗漱、洗衣、沖廁等場景的用水量；04行為觀察：家庭成員的用能習(xí)慣（如空調(diào)溫度設(shè)置、電器待機情況）。05教師指導(dǎo)學(xué)生用折線圖、餅狀圖整理數(shù)據(jù)，分析“高耗能時段”“浪費環(huán)節(jié)”。3綜合訓(xùn)練：跨學(xué)科項目的創(chuàng)新實踐3.3方案設(shè)計（2課時）小組整合家庭數(shù)據(jù)，提出個性化方案。例如：針對“夜間空調(diào)低溫運行”，設(shè)計“定時關(guān)機+電風(fēng)扇輔助”方案；針對“洗衣機空轉(zhuǎn)浪費水”，提出“收集洗菜水預(yù)浸泡”方案；針對“電視待機耗電”，建議“使用帶開關(guān)的插線板”。3綜合訓(xùn)練：跨學(xué)科項目的創(chuàng)新實踐3.4實踐驗證與展示（2課時+課后1周）學(xué)生回家實施方案，記錄2周后的能耗變化，計算節(jié)能率（如“用電減少15%”“用水減少10%”）。課堂上通過“方案答辯會”展示成果，評價維度包括：科學(xué)性：方案是否符合能量守恒、水資源循環(huán)等科學(xué)原理；可行性：家庭實施的難易程度；創(chuàng)新性：是否有獨特的解決思路；實效性：節(jié)能數(shù)據(jù)是否顯著。學(xué)生反饋：一位學(xué)生在總結(jié)中寫道：“原來關(guān)電視后不拔插頭，一個月要多花10塊錢！現(xiàn)在全家都養(yǎng)成了拔插頭的習(xí)慣?！边@種“設(shè)計改變生活”的真實體驗，是最有效的學(xué)習(xí)動力。03設(shè)計能力訓(xùn)練的支持策略與評價體系1多維支持策略1.1工具與資源支持材料工具箱：配備基礎(chǔ)工具（剪刀、尺子、熱熔膠槍）、常用材料（紙板、木片、塑料瓶）、進階材料（LED燈、小電機、傳感器模塊），滿足不同難度設(shè)計需求；數(shù)字化工具：引入“Tinkercad”等簡易3D建模軟件，幫助學(xué)生將草圖轉(zhuǎn)化為可視化模型；校外資源：聯(lián)系社區(qū)工程師、家長志愿者擔(dān)任“設(shè)計顧問”，定期開展“職業(yè)對話”活動（如邀請給排水工程師講解雨水收集系統(tǒng)原理）。0102031多維支持策略1.2教學(xué)方法支持項目式學(xué)習(xí)（PBL）：以真實問題驅(qū)動全過程，讓學(xué)生在“做中學(xué)”；差異化指導(dǎo)：對設(shè)計能力較弱的學(xué)生，提供“流程卡片”（如“第一步：分析需求”“第二步：畫3張草圖”）；對能力較強的學(xué)生，鼓勵“挑戰(zhàn)附加任務(wù)”（如“在方案中加入智能控制模塊”）；跨學(xué)科協(xié)同：與數(shù)學(xué)教師合作指導(dǎo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，與美術(shù)教師合作優(yōu)化設(shè)計圖，與信息技術(shù)教師合作學(xué)習(xí)建模軟件。2多元評價體系設(shè)計能力的培養(yǎng)是動態(tài)過程，需兼顧“過程”與“結(jié)果”、“自評”與“他評”。我們構(gòu)建了“三維六項”評價模型：04|維度|評價項|評價方式|示例標準||維度|評價項|評價方式|示例標準||------------|-------------------------|---------------------------|--------------------------------------------------------------------------||過程維度|參與度|小組日志+教師觀察|主動承擔(dān)任務(wù)，貢獻≥2個有效創(chuàng)意|||合作能力|同伴互評表|能傾聽他人意見，主動調(diào)整方案|||問題解決能力|設(shè)計改進記錄|針對測試問題提出≥2種改進方法||成果維度|方案完整性|設(shè)計說明書評分表|包含需求分析、方案草圖、材料清單、測試數(shù)據(jù)||維度|評價項|評價方式|示例標準|||創(chuàng)新性|專家（教師+家長）評分|方案中有1個以上獨特設(shè)計點（如結(jié)合傳感器、利用廢棄材料）|||實效性|實物測試+數(shù)據(jù)對比|達到或超過預(yù)設(shè)功能目標（如承重≥500g、節(jié)能率≥10%）|典型案例：在“簡易橋梁設(shè)計”活動中，某小組因“用三角形結(jié)構(gòu)增強承重”的創(chuàng)新設(shè)計獲得“最佳創(chuàng)意獎”，但因“材料浪費較多”在“參與度”維度被扣1分。這種“具體問題具體評價”的方式，讓學(xué)生明確“優(yōu)秀設(shè)計需要兼顧創(chuàng)新與細節(jié)”。05總結(jié)與展望總結(jié)與展望回顧整套設(shè)計能力訓(xùn)練活動，其核心邏輯是“從模仿到創(chuàng)新，從單一到綜合，從課堂到生活”。通過基礎(chǔ)訓(xùn)練建立流程意識，通過專項訓(xùn)練深化問題解決，通過綜合訓(xùn)練實現(xiàn)跨學(xué)科應(yīng)用，最終讓學(xué)生真正理解：設(shè)計不是“紙上談兵”，而是用科學(xué)思維改造現(xiàn)實的實踐；設(shè)計能力不是“天賦異稟”，而是可通過系統(tǒng)訓(xùn)練掌握的核心素養(yǎng)。在