小学科学教学融入STEM理念的设计与实践案例：5下-太阳能热水器.docx

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1、中小学STEM教育案例征集表案例名称太阳能热水器案例类型学校实践DSTEM项目4STEM应用案例版权说明4原创口改编口第三方提供申报学校杭州市卖鱼桥小学通讯地址杭州市拱墅区湖塞新村16号联系人李冬融联系电话联系邮箱lidongrongl989126. c om实施时间2018年9月一、案例实施背景STEM项目强调通过研究一个现实存在的问题，将复杂的问题分解成若干个 单个主题，进而通过一系列STEM课程来一步步解决问题。在解决问题的过程中， 学生的逻辑思维、创新思维和批判性思维都可以得到极大的锻炼，分析问题、 解决问题的能力将得到进一步的提升。我们将五年级科学上册中光单元的内容以平移课程中迁移过

2、来的STEM 学习框架进行重构，学生不但可以掌握光的反射、太阳能、保温等有关知识， 还可以了解环境保护、人类活动对地区生态影响等多方面的内容。二、项目目标和定位1 .项目概述本项目通过为新疆阿克苏小朋友解决冬天冷水洗手的难题为故事情境，提 出了利用太阳能加热水，让学生利用可回收材料简单设计和制作太阳能热水器 （工具）。本项目涉及到光的传播、光和热传递、保温材料、工程设计等内容。 通过经历该项目，学生了解绿色清洁能源、热水器设计、测试、制作等目标。 项目适合小学五年级学生，共6个课时（每课时40分钟）。2 .项目框架（1）项目主线解决问题站点“如：仔量 1明门光是直黑传播 的“村丘A4嫉、氏吆火

3、、物“、打孔器、F 电附、PVC水竹、段水：a当我完戊时公由3次下个 程加设计流程向也.任务：小扎成像实验(-A -)1.根州需发供的村“玩-玩小丑成像2.通过小孔成优实找爱票.尚加/什么结论，3.在平常生活中,还“要些苗f也可以小卬光是以直线传播的9?评析:目标落实：STEM学习中，如何将项目目标中的培养学生独立思考能力、培 训学生提出问题能力等落到实处，就需要在项目实施中有培训这些能力的支持。 此站点中，学生在完成传统的小孔成像实验后，利用提供的吸管、电筒等材料， 自己设计新的能证明光沿直线传播的实验，用于激发学生对所学知识的迁移并重 新应用，并在和同伴交流的过程中，互相学习，互相启发。C

4、： STEM挑战站点STEM挑战站点“惊：我同以r加工程M计流程材“：纸板盆、反光娥、段水、四刀.任务：Mti潜以减1 .制作一个潜望镜。2.利用潜里锹你看 到了什么73.我的是否还可以 改进一下潜中镜.如何改进，当我完成时公认3决卜个L程如设计流程同省”评析：真实实践：在学生根据任务单步骤自主活动过程中，教师并没有过多对该组 的学生进行指导，而是放手让学生自主开展真实的实践，在组装潜望镜的过程中， 学生对于光沿直线传播的知识理解从理性认识落到了感性实践上，在组装完成潜 望镜后，通过“如何改进潜望镜”这一问题去进一步引导学生进行更深层次的思 考和改进。.D：阅读站点阅读站点Bte：M： 0人们

5、刊用光反射.嵯 理发明很多fi用 的器JQ.阅读站点Bte：M： 0人们刊用光反射.嵯 理发明很多fi用 的器JQ.光和出相关内外府外、任务单.任务：尤和影内f诙料1、阅读完光的资料，请你简 单描述一下光有什么特点？2、阅读完影子的资料、你能 画一个光和影子的关系图吗? 3、关于光和影，你还有什么 想了解的知识？视频光的反射当我案成时公试杆次F 个工 程如设计流粗问麴.评析:信息提取：此站点用于培养学生阅读和对关键信息提取的能力。在阅读的时 候，却提取不出重要的有效的信息。经常把重要的不重要的，甚至是和主题无关的信息都提取出来，给正确理解带来很多障碍。特别是在STEM学习中，对于有 效信息的获

6、取至关重要，学生要掌握用批判性思维在繁多的信息中提取与项目核 心有用的信息的能力核心任务二：循环任务2光和热的联系活动时长：80分钟活动材料：PPT、循环任务单活动过程：循环站点展开学习活动，每个站点20分钟时间，以不同的颜色创 设4个站点，分别是黄色、蓝色、绿色和橙色，各个站点具体内容如下：A:团队协作站点0队协作站点目标：人们“用光反射唳理发划了很 多仃用的器痔，材林：凸逸悔、手皿悔.超度计、记#去a当我完成时仁决F 个E和细设计施粗向密任务：凸透镜和名前乎谢赚是含傕够升温？任务：凸透镜和名前乎谢赚是含傕够升温？的里计常城溉上尼所处的湖里.比里 卜唱一小过f用多，优干.度计制0度有什么事用

7、，根尚祖视,出此的每3OS通关泉的杵状RI.评析团队合作：任务单中有一个小人、两个小人、三个小人，分表表示此项目由 个人完成、同桌完成、小组完成。教师在任务单设计中，将合作的规则制定的很 清楚，这就能给学生小组合作高效开展提供保障，学生能根据老师要求，按部就 班的自主开展实践活动。B：解决问题站点解决问题站点真实情境：选取了学生在生活中会遇到，但不一定会去系统思考的真实情境, 引导学生根据“问题的提出T探索T设计的程序”进行思考，在这种学生“跳一 跳就能摘到桃子”的真实性情境下培养学生工程性思维，能很好的激起学生开动 脑筋的内在欲望，激发了学生发散性思维和创造性思维。C： STEM挑战站点ST

8、EM挑战站点HM；：行量1我呵以了用工程M) i2计流程材怛技加在、群八马克力、毋热材料任务：络学巧电力饼Fa刊用简单材料和太即光.让巧克力耕干做化.a当我完戊时：公认3次f ，个r 程却设计很粗问省.评析：工程思维：工程是运用技术将所有知识进行创新实践和生产出产品的过程，简单来说，工程就是“做什么”、“怎么做”的过程，培养工程思维就是培养一种解决问题的能力。学生要运用前一个核心任务中接触到的工程思维流程，通过文 字或图画，把他们心中的如何用披萨盒和锡箔纸做成一个架子，利用太阳光来融 化巧克力的设计图画出来，帮助学生理清设计思路的同时，方便学生更有序的进 行动手制作。D：阅读站点同读站点i 除

9、物体受用光照射会啜 H为体阻度升育V同读站点i 除物体受用光照射会啜 H为体阻度升育V任务：尤和热的优忖光帮处相关科普询外、任务单1、光和热是通过什么相互转化的；2,常见热传递的方式有哪些：3,关于光和热,你还有哪些有趣的想法或疑惑7当我完成时:片试杆次F 个工粗如设计灰和问相.视频光和热评析：批判性思维：批判性思维有助于孩子在知识获取渠道多元，如今知识迭代速 度飞快，信息爆炸的社会里有能力驾驭信息，并通过合适的筛选判断将信息为己 所用，而不是不被信息左右，盲目跟风，人云亦云。基于教师提供的阅读材料， 引导学生自主提出问题并批判性的回答同伴的问题，即可帮助学生建立批判性思 考的能力。核心任务三

10、：设计保温材料活动时长：80分钟活动材料：PPT、任务单活动过程：（一）教师和学生讨论什么是工程师，以及工程师是怎样通过设计制造产品 使这个世界变得更加美好的。工程设计需要遵循一定的工程设计流程，教师把这 个流程复印出来发给学生。小组讨论：这个工作流程可以用在哪些地方？套用在实际生活中，这个工作 流程里面的某一步具体代表哪些工作？确保每一组学生都理解这个工程设计流 程的步骤，并能用它来指导接下来的设计和制作工作。出示任务（二）本节课的任务是为太阳能热水器设计一个保温水箱，抵挡外界的寒冷。 教师请学生注意，现实世界中的工程师的工作是受到各方面条件限制的，如时间、 材料、场地、资金等，所以在制作保

11、温水箱的过程中，各小组也会有类似的限制 条件。各小组将会得到100元代币自由选择购买材料。材料清单表：橡皮泥10元、玻璃烧杯20元、毛巾10元、锡箔纸10元、泡沫 10元、报纸5元材料价格（元）（三）设计并建造各小组设计保温水箱制作方案，确定制作材料后，使用代币在教师处购买材 料进行组装。在设计和建造的过程中，教师可用如下问题对学生进行引导。太阳 光能否照射进入水箱？热对流能否进入水箱？减缓热传导、热对流、热辐射的方 法分别是什么？你在冬天采用哪些方法保暖？这些方法可以怎样应用到保温水 箱设计中？为什么选择这种有颜色的材料？你做了哪些测试来了解材料的性 能？你选择了一层还是两层材料？空气是良好

12、的热绝缘体，那怎么用空气来隔 执？ 八、,请各小组将材料的选择、保温水箱的设计情况写到小组海报上。（四）保温测试每组下发一个玻璃瓶，在20分钟时间内利用所选材料为玻璃瓶设计外壳，模拟保温水箱。加入60C温水，在2分钟、5分钟、10分钟测量瓶内水温，比 较各种设计的保温外壳性能。要求每个小组在黑板（EXCEL表格中）填写该小 组保温水箱所花费的总成本。评析：教学资源：在材料的提供上，教师给学生提供了许多不同种类各种材料，让 学生小组根据任务要求展开讨论，设计选择使用哪些材料。正因为老师不给学生 统一的材料选择要求，这让学生有了很多的自主选择权利，设计出来的作品也有 更多的可能性。核心任务四：制作

13、太阳能热水器活动时长：120分钟活动材料：PPT、任务单活动过程：修改第一课时设计的太阳能热水器草图，根据前面所学知识，小组讨论改进 设计方案、列出需要的制作材料清单。将所需材料带来，根据设计图制作太阳能热水器，做完后在阳光下进行测试 效果并改进。评析学习方式：学生在此任务的学习方式以自学和同伴互助的方式为主，教师充 分发挥学生的创造力，在活动前不会将具体方法告诉学生，只是提出活动任务要 求，让学生根据要求去讨论组内开展动手的步骤，然后尝试去制作。这样的作法 有助于学生的发散性思维，并在尝试过程中有机会“试错”，为以后其它主题的制作活动顺利进行提供了基础。四、学习评价学习评价环节学生实验单评价

14、标准1分2分3分小组分工合作无分工.有的成员没 有任务有基本的分工.合作偶有不畅有分工,每个人都有明确的 任务.合作效果良好设计图无设计图，凭空设计有设计图基本让人看懂有详细的设计图及原理,使 用说明热水加热效果无法加热加热后水温略高于室温加热后水温可以在冬天使用艺术性模型简单.美感较差模型部分比较粗糙模型设计有一定艺术性、并 考虑实际使用的美观程度材料用量用量最多用量水平中等用量最少展示说明（学生自 一人k台汇报.表述 一人或两人上台汇报.表 小组成员共同汇报,能详细 主选择展示形式） 不完整述较完整.表达能力强 说明制作过程,表达能力强循环任务任务1：太阳能的利用任务2：光和热的联系A:团

15、队协作站点太阳下物体影子的变化 实验凸透镜和多面镜是否能够 升温实验B: STEM挑战站点制作潜望镜、并实践改进巧克力熔岩饼干 利用简单材料，通过太阳 光让巧克力饼干融化C:解决问题站点完成小孔成像实验，可以 自由选择两个实验选其一夏天穿深色衣服还是浅色 衣服更凉快D：阅读站点观看光和影科普视频 并写下疑问观看光和热科普视频 并解决疑惑任务3：设计保温材料 讨论设计 选择材料 实验测试一确定方案任务3：设计保温材料 讨论设计 选择材料 实验测试一确定方案任务4：制作太阳能热水器 修改设计 实践制作 测试改进 评价交流(2)教学主线情境提出评价设计本项目通过为 新疆阿克苏小 朋友微冬天 冷水洗手

16、的麻 题为故事情境, 提出了利用太 阳能加熊水， 让学生利用可 回收材料简单 设计制作太 阳能热水器本项目通过为 新疆阿克苏小 朋友微冬天 冷水洗手的麻 题为故事情境, 提出了利用太 阳能加熊水， 让学生利用可 回收材料简单 设计制作太 阳能热水器光和影 绘本阅读阿克苏的来信小组头脑风 完成热水器 设计图*意大利国和弱花糖差高塔循环任务; 光和影 光和热设计保温材料制作太阳电 热水器善试各种保 温材料3.项目目标3.项目目标(1)通过真实情境明确任务，了解光和热的知识,(1)通过真实情境明确任务，了解光和热的知识,探索解决冬天加热冷水的方法。(2) 了解工程设计流程，利用可回收材料简单设计和制

17、作太阳能热水器。(3)改进太阳能热水器，并用文字和图画具体阐述设计意图。三、主要做法和特色.主要循环任务做法以任务二为例循环任务1太阳能的利用活动时长：80分钟活动材料：PPT、循环任务单活动过程：循环站点展开学习活动，每个站点20分钟时间，以不同的颜色创设4个站点, 分别是黄色、蓝色、绿色和橙色，各个站点具体内容如下：A：团队协作站点队协作站点H标：仔31明白影夕刊光的壹 化关系.任务：用JtF影F长度变化1.每隔2分钟观察、记录一次.2.描下铅笔的影子.策出影子的长度.3课后团队辘续观察记录。一天阳光下影子的变化B：解决问题站点解决问题站点口标：行修：1明门光是定襄传播 的.村H：A4妣、

18、氏怅央、做、打孔器、手 电防、PVC水管、咬水：当我先戊时 会H解决F-个I： 粗加设计流粗问省.C： STEM挑战站点STEM挑战站点1 .根期所麦伏的忖“玩-玩小丑成像，.皿1FTL成像实般4票.松出/什么结论72 .在野常生活中.还在那些何f也可以证明.光是以汽 投传播他 、NsD：阅读站点阅读站点H标： 行量：o人们利用光反射爆 理发明r很暮仃用 的器JL材料:光和峥美科A需“、任务平，任务;光HI彩科普贵科1、阅读完光的资料，请你简 单描述一下光有什么特点？2、阅读完影子的资料，你能 画一个光和影子的关系图吗? 3、关于光和影，你还有什么 想了解的知识？视频光的反射1 .学习评价环节

19、学生实验单评价标准1分2分3分小组分工合作无分工.有的成员没 有任务有基本的分工.合作偶有不畅有分工.每个人都有明确的 任务，合作效果良好设计图无设计图.凭空设计有设计图基本让人看懂有详细的设计图及原理，使 用说明热水加热效果无法加热加热后水温略高于室温加热后水温可以在冬天使用艺术性模型简单,美感较差模型部分比较粗糙模型设计有一定艺术性，并 考虑实际使用的美观程度i材料用量用量最多用量水平中等用量最少展示说明（学生自 主选择展示形式）一人上台汇报.表述 不完整一人或两人上台汇报.表 述较完整,表达能力强小组成员共同汇报，能详细 说明制作过程，表达能力强.项目实施特色说明本项目目标设计跨科学、技

20、术、工程、数学学科，以知识为基础，更注重 学生工程和技术能力提升。项目围绕以帮助阿克苏地区小朋友解决冬天冷水洗 手问题所创设的真实情景，明确学生任务，了解光和影、光和热的相关知识。 在工程和技术目标中，学生需尝试利用相关材料设计并理解不同材料保温的差 异性。贯穿整个项目，学生阅读绘本和相关文字视频资料，并组内相互交流讨 论，确立研究主题、设计实践方案、完成实施过程、再进一步设计改进，最终 学生以制作完成太阳能热水器来呈现实践成果。附录:STEM项目本土化实施太阳能热水器杭州市卖鱼桥小学李冬融一、项目介,L项目概述本项目通过为新疆阿克苏小朋友解决冬天冷水洗手的难题为故事情境，提出 了利用太阳能加

21、热水，让学生利用可回收材料简单设计和制作太阳能热水器（工 具）。本项目涉及到光的传播、光和热传递、保温材料、工程设计等内容。通过 经历该项目，学生了解绿色清洁能源、热水器设计、测试、制作等目标。项目适 合小学五年级学生，共 个课时（每课时40分钟）。2.项目框架（1）项目主线循环任务循环任务任务1：太阳能的利用任务2：光和热的联系A：团队协作站点太阳下物体影子的变化实验凸透镜和多面镜是否能够升温实验B： STEM挑战站点B： STEM挑战站点制作潜望镜,并实践改进巧克力熔岩饼干利用简单材料，通过太阳光让巧克力饼干融化C：解决问题站点C：解决问题站点完成小孔成像实验，可以自由选择两个实验选其一夏

22、天穿深色衣服还是浅色衣服更凉快D：阅读站点观看光和影科普视频并写下疑问观看光和热科普视频并解决疑惑任务3：设计保温材料 讨论设计一选择材料一实验测试一确定方案任务3：设计保温材料 讨论设计一选择材料一实验测试一确定方案任务4：制作太阳能热水器修改设计实践制作测试改进评价交流(3)教学主线情境提出评价设计本项目通过为 新疆阿克苏小 用友好决冬天 冷水洗手的难 题为故事情境, 提出了利用太 阳能加热水， 让学生利用可 日收材料简单 设计和制作太 阳能热水器光和影 绘本阅读阿克苏的来信小黜描风 完成热水器 设计图意加Iff和藤花糖建高塔循环任务;光和影 光和热MiR设计保温材料制作太阳能热水器、项目

23、目标.通过真实情境明确任务，了解光和热的知识，探索解决冬天加热冷水的方法。1 . 了解工程设计流程，利用可回收材料简单设计和制作太阳能热水器。2 .改进太阳能热水器，并用文字和图画具体阐述设计意图。评析：评析：本项目目标设计跨科学、技术、工程、数学学科，以知识为基础，更 注重学生工程和技术能力提升。项目围绕以帮助阿克苏地区小朋友解决冬天冷水 洗手问题所创设的真实情景，明确学生任务，了解光和影、光和热的相关知识。 在工程和技术目标中，学生需尝试利用相关材料设计并理解不同材料保温的差异 性。贯穿整个项目，学生阅读绘本和相关文字视频资料，并组内相互交流讨论， 确立研究主题、设计实践方案、完成实施过程

24、、再进一步设计改进，最终学生以 制作完成太阳能热水器来呈现实践成果。三、学习活动核心任务一：明确任务：帮助阿克苏小朋友解决冬天洗手冷的难题活动一：一封阿克苏的来信活动时长：40分钟活动材料：倡议书PPT、任务表格活动过程：教师PPT介绍项目主题，提出了我们这个项目需要解决热水洗手的问题，在 团队建设活动的帮助下，让学生初步构建一个能够利用太阳能加热冷水的装置， 解决问题。活动一：任务单卖鱼桥小学的小明:你好！十分感谢你和班级同学九月初给我们寄来的课外书，有科普书、小说书，美术书等等, 我们都很开心。我现在遇到一个问题，阿克苏的冬天很冷，由于经济发展原因，校园里只提 供冷水，同学们手上都生了冻疮

25、，平时洗手只能用冷冰冰的冷水。冬天虽然风大寒冷，但是 我们阳光照射充足，你能不能帮我想想办法解决冬天洗手冷水的难题？谢谢。我们期待你的回信！你的阿克苏好友设计一个装置解决，你有哪些疑惑？你是如何解决这些困难的?2 .学生填写任务表格（设计初稿）学生填写任务单过程中，教师在学生间来回走动巡视，没有对学生开展指导，在学生填 写任务表一段时间后，教师逐一对学生的填写的任务单进行查看，了解学生学情。3 .学生提出设计装置的知识储备：太阳光线利用、光和热的转变，吸收更多的光和热、 冷水加热保温问题等。教师可以就顺着学生的话题展开，引入新能源的相关内容。评析：真实情境：在解决阿克苏学生用热水洗手的的真实情

26、境下，让学生以解决 问题出发，去思考未来课程中自己应该怎样去设计并制造太阳能热水器。通过采 用“问题出发”的项目研究教学策略比直接将研究主题告知学生更能激发学生的兴趣，也使研究主题更有意义，让学生感受到自己是解决问题的主人。学习基础：学生对于光的传播特点，光的路径和反射、光的强度与热之间的 相互关系已经略有知晓。但对于将这些知识综合运用到解决实际问题中去的能力 不足，这在学生填写的设计任务单中较为普遍。学生以小组为单位，各抒己见， 将已知的光和热的知识进行梳理，并提出一些有疑惑的和要用到但还未学习的知 识，待接下去继续边做边学。不同小组之间学生会选择不尽相同的研究主题，更 有利于项目研究的多样

27、性。活动二：循环任务1太阳能的利用活动时长：80分钟 活动材料：PPT、循环任务单 活动过程:循环站点展开学习活动，每个站点20分钟时间，以不同的颜色创设4个站 点，分别是黄色、蓝色、绿色和橙色，各个站点具体内容如下:A：团队协作站点团队协作站点团队协作站点H 标：1明门修干制光的支 化关系,博科：他先粗、木枇、硬行ft、记狼&任务：阳光下壁r长度变化1 .每隔2分钟观察、记录,次.2.播下铅笃的影子.网出影子的长度。3谡后团队继领观察记录。一天阳光下影子的变化评析:团队合作：太阳下物体影子的变化需要一个连续观察的过程，第一个组展开 观察并做好太阳影子位置的记录后，后面循环过来的三个组都是在前一个组观察 的基础上进一步观察，通过组与组之间的团队合作，一起来完成观察实验并总结 得出阳光下物体影子变化的规律。B：解决问题站点