STEM学习:节能小屋 教学设计(表格式)2022新苏教版六年级科学下册
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1、STEMSTEM 学习节能小屋学习节能小屋 【课标落实】【课标落实】 1本次 STEM 项目学习通过阅读、实验、设计、制作、展示等活动,落实课程标准高年段的课程目标。 科学知识: 了解技术是人们改造周围环境的方法,是人类能力的延伸,工程是依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。 了解科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。 科学探究: 能基于所学的知识,通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事实的信息。 能基于所学的知识,运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论,判断结论与假设是否一致。 能基于所学的知识,采用不同的表述方式,如
2、科学小论文、调查报告等方式,呈现探究的过程与结论;能基于证据质疑并评价别人的探究报告。 科学态度: 能大胆质疑,从不同视角提出研究思路,采用新的方法、利用新的材料,完成探究、设计与制作,培养创新精神。 能接受别人的批评意见,反思、调整自己的探究;在进行多人合作时,愿意沟通交流,综合考虑小组各成员的意见,形成集体的观点。 科学、技术、社会与环境: 了解科学技术可以减少自然灾害对人类生活的影响;了解在科学研究与技术应用中必须考虑伦理和道德的价值取向。 了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力,技术的发展和应用影响着社会发展。 认识到人类、动植物、环境的相互影响和相互依存关系,了解地球上的资源
3、是有限的,人类活动会对环境产生正面和负面的影响,自觉采取行动,保护环境。 2本单元学习内容基于课程标准课程内容中“技术与工程领域”的高年段要求。 18.2 工程的关键是设计。 利用摄影、录像、文字与图案、绘图或实物,表达自己的创意与构思。 将自己简单的创意转化为模型或实物。 根据现实的需要设计简单器具、生产物品或完成任务。 18.3 工程设计需要考虑可利用的条件和制约因素,并不断改进和完善。 根据设计意图,分析可利用的资源。 简单评估完成一个产品或系统的可能性、预想使用效果。 从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价某个工程设计,并提出改进和完善建议。 【教材分析】【教材分析】 “节能小屋”属
4、于 STEM 项目学习单元。它倡导跨学科学习方式,以项目学习、问题解决为导向,将科学、技术、工程、数学有机地融为一体,有利于培养学生的创新能力与综合素养。本单元重在引导学生经历 STEM 项目学习的过程,让高阶思维在真实的应用场景中真正开启,从而提升学生解决问题的能力。整个 STEM 学习过程通过学生所做的“工程笔记”串联起来。 本次项目学习依照工程实践的流程开展活动,具体细化为六个环节:了解需求、明确问题、前期研究、设计方案、制作改进、评价反思。教材首先揭示现实困境,提出绿色建筑的概念,了解人类需求。然后提出“制作节能小屋”的任务,让学生明确这个任务的具体要求及需要解决的问题。 接着进入前期
5、研究环节, 采用多种方法回顾以往科学课的相关学习内容,运用查阅资料、实验探究等方法对有关技术问题展开前期研究,包括建筑散热途径、节能建筑保温隔热技术、材料保温隔热性能,以及本地区所处地理位置的气候特点,这是后续设计节能小屋需要考虑的重要因素之一。在此基础上,学生进行节能小屋的方案设计、讨论交流形成最佳方案、画出设计示意图。随后让学生依据各自的设计方案,选择合适的材料和工具制作实物模型。最后由学生根据节能小屋节能效果的检测情况,对整个设计和制作过程进行回顾反思。整个项目学习强调学生经历一个完整的工程实践过程,培养小组有效分工及合作能力,逐步提升学生的技术与工程素养。 【学情分析】【学情分析】 学
6、生通过低、中年段的专项学习 ,已经在模仿工程师的工作,尝试设计并制作物品。五年级下册的“立体小菜园”项目是学生开展 STEM 单元的初步尝试。本单元开展的“节能小屋” ,更是通过引导学生经历 STEM 项目学习的全过程,提高在真实情境下解决问题的能力。 在实际教学中,有些学生认识不到化石能源的消耗是个问题,认为是一件“天经地义”的事情;也有部分学生有一点这样的意识了,可要想把它说清楚,还是有点难度。因此,教师要充分联系学生的居家生活,通过教学对话,把学生的认识提上去,意识调出来,想法说出来, “节能小屋”让学生在模仿工程师的工作方式中学习,其本质还是学习,通过对已有科学知识的运用和迁移,促进学
7、生建构科学大概念,提升实践能力。因此,教师不能过度纠结于学生做出的节能小屋模型的质量,或者说不要把这一单元上成劳动技术课。受限于小学生的实际情况,他们的知识和能力都有所欠缺,如果过分追求物化成果,可能会出现无视学生实际而刻意拔高要求,强行灌输知识点、训练技能点的情况。 【教学目标】【教学目标】 1经历“节能小屋”从需求到建成的全过程,能够列举并说明 STEM 项目学习的大致流程。 2能够梳理回顾已有知识,并将这些知识应用到问题情境中,对解决问题产生作用。 3能够识别所要解决的问题,能够将各种想法汇集起来,运用一定的策略形成一个完整的建设方案。 4能够基于测试结果进行评价反思,并联系前期研究、设
8、计方案等环节,做出调整。 【教学重点】【教学重点】 经历 STEM 项目学习各环节;针对问题进行前期研究;形成节能小屋的设计方案。 【教学难点】【教学难点】 确定节能小屋的设计方向;在每个设计点上做出决策;基于检测结果开展评价反思。 【教【教学准备】学准备】 教师材料: “问题小屋”模型、PPT 课件、相关视频。 学生分组材料:方格绘图纸、2B 铅笔、题板、便签纸、纸板(或手工木板、KT 板) 、竹条(或桐木条) 、太阳隔热膜、保温板(或棉花、泡沫板、海绵) 、防晒隔热漆、纸板切割机(或儿童手工锯) 、热熔胶枪、剪刀、刻刀、直尺、温度计(酒精温度计、热电偶温度计) 、50mL 烧杯、水。 【教
9、学时间】【教学时间】 4 课时 【教学过程设计】【教学过程设计】 第一课时第一课时 一、了解需求,明确问题一、了解需求,明确问题 探究活动探究活动 教师活动教师活动 学生活动学生活动 探究意图探究意图 (一)导(一)导入:分析现入:分析现状,揭示需状,揭示需求求 1. 引入课题。 谈话: 同学们好! 欢迎你来参加 节能小屋这个项目的学习,看到这个课题,你可能会产生哪些问题呢? 强调:要想解决这些问题,还得从“能”这个字说起。 2. 认识到化石能源的消耗及其带来的环境污染是全球话题。 (1)谈话:当今社会快速发展,化石能源的消耗及其带来的环境污染,正成为一个全球性的话题。 这两幅漫画形象地表达了
10、现在人类所面临的状况。一方面,无节制地开采化石能源, 造成能源枯竭; 另一方面,无限制地使用化石能源,造成环境污染。 (2)说到能源消耗的“大户” ,大家可能立刻就会想到汽车、飞机、工业生产等,可是,你很可能忽略了这样一类物体建筑。 它们是人们起居作息的庇护,是文化生活的场所;它们是现代化城市的“地标” ;它们被誉为“凝固的艺术” 它们有一个共同的名字建筑。 (3)人们的生产生活一刻也离不开建筑,随着建筑数量的不断增加,功能不断丰富, 建筑对认识到化石能源的消耗及其带来的环境污染是全球话题。 (4)人们的生产生活一刻也离不开建筑,随着建筑数量的不断增加,功能不断丰富, 建筑对化石能源的消耗也
11、预设: 什么是节能?为什么要节能?为什么要建节能小屋?节能小屋长什么样?节能小屋怎么建? 设计意图: 教师结合现实生活,给出真实数据,用图文并茂的方式,将节能与真实社会需求进行有效链接,使得学生产生参与工程设计的同理心与社会认同感。 越来越大,建筑节能成为迫切需求。 3. 认识到建筑能耗越来越大,建筑节能成为迫切需求。 (1)讨论生活中的能耗。 (2)说数据 看一组数据。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例竟然高达 3040%,而且上升速度非常快。 其中绝大部分是采暖和空调的能耗。 ,在整个建筑能耗中空调系统的能耗占约 40%左右。 (3)谈体会:看到这些数据,你有什么想法? 预设: 在寒冷的
12、冬季,需要靠采暖、空调保持室内的温度; 在炎热的夏季,需要靠空调来隔绝室外的热浪; 干燥时需要加湿, 潮湿时需要抽湿, 而这些往往都需要消耗能源才能。 学生谈体会。 (二)聚焦(二)聚焦核心技术,核心技术,梳理已有梳理已有知识知识 1.了解工程师的思维特点, 以及他们解决问题的办法。 (1)面对问题,人们都在努力想办法解决。 但是不同人解决问题的思路和方法是不同的。 (2)在众多人中,工程师的思维方式很特别。 他们是做出一个产品来解决问题。建筑工程师想,让建筑保持冬暖夏凉,但是无须空调和暖气,这不就大大地节能了吗? (3)建筑工程师设计出无须空调和暖气也能保持冬暖夏凉的建筑, 人们亲切地将这些
13、建筑称为“绿建筑” 。 (4)绿建筑所倡导的理念是, “舒适健康的人居环境” “最少地消耗自然资源” “最少地影响外界环境” 。 (5) 在这个项目中,我们要学着建筑工程师的思路来想问题、解决问题。 设计意图: 工程就是应用数学、科学和技术领域的概念来系统地解决复杂问题,为学习者提供了一种解释概念的良好背景环境。2. 讨论绿建筑的关键技术:保温隔热。 (1)绿色建筑有一个特点,无须空调和暖气也能保持冬暖夏凉。 那你认为其中的关键技术是什么? (2)什么是保温隔热呢? 保温, 就是使热量的散发传导速度减慢,使温度保持在一定的数值。就像我们冬天睡觉盖被子, 虽然被子不会发热,但是它能使热量不向外散
14、发。 隔热, 就是限制或减弱物体之间进行传热,阻止热量进入。还是以被子为例,卖冷饮的商贩会用棉被盖住冰柜,减少冰柜和外界的热传递。 (3)怎么才能做到保温隔热呢? 除了盖棉被, 我们以前学过哪些保温隔热的知识, 可以用到绿建筑的设计上,实现保温隔热? (出示 PPT:保温隔热知识点回顾,逐一点击)讨论。 黑色物体吸热效果好; 物体导热性能有的好有的差; 一年四季影子长短不同; 双层玻璃具有保温效果。 (4)谈话:我们就要带着这些知识储备,挑战一个棘手的任务。 学生讨论。预设:保温隔热 学生讨论。预设: 黑色物体吸热效果好。 我们可以选用浅色的材料。 我们做过物体导热性实验, 知道物体导热性能有
15、的好有的差。选择导热性能差的材料, 可以起到保温隔热的效果。 一年四季影子长短不同,这是由于一年四季中太阳高度的变化所造成的。 可以通过屋檐、 遮阳棚等遮挡阳光, 来控制阳光的摄入量, 冬天让阳光多照进屋内一些, 夏天最好不要照到屋子里。 双层玻璃具有保温效果。 很多建筑采用双层玻璃技术来保温隔热的。 而 学 生 基 于 问题,调动头脑中已储备的“保温隔热”知识,更这有助于学生充满动力地参与对概念的理解与运用。 1. 提出任务。 学校科技创新大赛今年的赛题是“运用所学知识建造一个节能小屋” 。 要求是:小屋的长、宽、高分别为21 厘米、 21 厘米、 21 厘米, 南北朝向, 设计意图: 通过
16、识 别 问 题 与 任务,有助于学生(三)提出(三)提出任务,明确任务,明确问题问题 南北都有窗户, 墙的厚度不超过2厘米。需在两周内完成。 采用冷水升温控制程度检测节能效果。 2. 明确问题,预期成果。 (1)这是一个不同于我们以往学习内容的复杂任务, 要明确任务要求和需要解决的问题。 (2)请同学们把建造节能小屋的任务、 要求及需要解决的问题填写在表格中。 (3) (出示 PPT:测试方法) 我们做成的是一个小房子, 这个房子要能接受检测。具体来说,就是模拟夏天高温天气,水温度上升越慢,节能效果越好。 学生填写表格 清楚而准确地设计工作目标,规划工程进度,同时厘清工程任务的制约因素与任务标
17、准,据此提出设计观点。 第二课时第二课时 二、前期研究二、前期研究 探究活动探究活动 教师活动教师活动 学生活动学生活动 探究意图探究意图 (一)聚焦(一)聚焦围护结构,围护结构,找准节能找准节能设计的着设计的着眼点眼点 1. 资料学习:低能耗建筑的节能技术。 (1)节能建筑的设计非常复杂,其中会运用很多新的材料、新的技术。让我们来看看这一幢超低能耗示范楼都运用了哪些节能技术。 (2)这里有很多新技术。譬如:太阳能集热器搜集相关资料, 了解这些节能技术的节能方法,填写表格。 2. 认识建筑的围护结构。 (1)如果我们对这些技术进行一个分类,会发现它们都是针对在外墙、 学生小组讨论,并完成记录表
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