小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)案例

小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科項目化學(xué)習(xí)案例水位自動報警器的設(shè)計與制作一、項目簡介本項目的設(shè)計源于校園生活中，用水量大、漏水等情況導(dǎo)致水資源浪費，由此確定了本項目的內(nèi)容為設(shè)計并制作一個在水位上升到一定程度時能夠發(fā)出警報的報警裝置。通過這一項目，讓學(xué)生經(jīng)歷明確問題、設(shè)計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程。本項目旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，設(shè)計能力，以及團隊合作與問題解決能力等，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。二、項目目標科學(xué)：1.會測量力的大小，并用力的圖示來表示力的三要素；2.通過實驗認識物體所受浮力大小與排開液體體積的關(guān)系，并解釋生產(chǎn)生活中有關(guān)的現(xiàn)象，能夠據(jù)此計算出產(chǎn)生相應(yīng)浮力所需物體體積大小；3.知道電路的基本組成，會畫電路圖，會連接簡單的電路。數(shù)學(xué)：1.理解點到直線的距離的意義，能度量點到直線的距離；2.能從幾何的角度發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖中的問題，經(jīng)歷用幾何直觀和邏輯推理分析問題并解決問題的過程，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和應(yīng)用意識。3.從數(shù)學(xué)角度觀察與分析、思考與表達、解決與闡述社會生活以及科學(xué)技術(shù)中遇到的現(xiàn)實問題。工程技術(shù)：1.知道跨學(xué)科解決實際問題的方法，并嘗試解決實際問題；2.嘗試制作把科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)的簡單展示模型；3.知道科學(xué)對技術(shù)與工程具有指導(dǎo)意義；4.能從批判性思維角度，基于證據(jù)討論涉及理論爭議的技術(shù)與工程問題，并作出理性判斷；5.能運用所學(xué)的學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念，根據(jù)需要提出發(fā)明方案，能解決實際問題。6.根據(jù)不同來源的證據(jù)、限制條件等因素，從需求層面優(yōu)化設(shè)計方案。7.知道工程需要經(jīng)歷明確問題、設(shè)計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程；8.嘗試應(yīng)用科學(xué)原理指導(dǎo)制作過程，根據(jù)實際反饋結(jié)果，對模型進行有科學(xué)依據(jù)的迭代改進，最終進行展示。9.樂于設(shè)計多種方案，具有質(zhì)疑、創(chuàng)新的態(tài)度。語文：1.討論問題能積極發(fā)表自己的看法，有中心，有根據(jù)，有條理，能把握討論的焦點，并能有針對性地發(fā)表意見。2.自信負責地表達自己的觀點，做到清楚、連貫、不偏離話題；3.根據(jù)需要調(diào)整自己的表達內(nèi)容和方式，不斷提高應(yīng)對能力，增強感染力和說服力；4.學(xué)習(xí)關(guān)于科學(xué)探究方面的文本，聯(lián)系自己的科學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，圍繞問題提出、探究過程、解決方法等進行專題式的研討、演講和寫作。三、項目流程設(shè)計01、問題情境在“我的校園我建設(shè)”這一課程主題下，對七年級六個班的學(xué)生進行了“校園環(huán)境改善”的問卷調(diào)查。在問卷調(diào)查中，大部分學(xué)生反饋廁所經(jīng)常出現(xiàn)漏水的情況，由于學(xué)校課堂時間統(tǒng)一且較長這一特殊性，漏水發(fā)生后的40分鐘內(nèi)經(jīng)常無人發(fā)現(xiàn)，且校園中廁所、洗手池、飲水機等用水設(shè)備也非常多，據(jù)學(xué)生調(diào)查統(tǒng)計總共有86個（不包括食堂），如此大的基數(shù)，即便是損壞的概率非常低也會頻頻發(fā)生故障，這將造成極大的水資源浪費，且嚴重的話還有可能造成二次損失。從校園生活中發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)學(xué)生的思考，由此產(chǎn)生驅(qū)動性問題，并設(shè)計制作一款能夠在漏水情況發(fā)生時立即報警的裝置。02、教學(xué)準備本項目開展前需要進行教學(xué)設(shè)計準備和材料的準備。本項目聯(lián)系學(xué)生校園生活，從實際問題出發(fā)，項目中學(xué)生需要設(shè)計作品模型并進行制作，所以需要教師在項目前準備材料，但是不同學(xué)生的作品設(shè)計是不同的，在過程實施中涉及到一些新材料可以由教師再準備，也可由學(xué)生從生活中獲取。同時教師還需要設(shè)計完整的教學(xué)流程，盡可能準備充分的材料。本項目所需要材料如下：易耗品：亞克力板、木板、導(dǎo)線、蜂鳴器、LED燈、干電池、電源盒工具：激光切割機、電烙鐵（及焊錫）、膠槍、刻度尺等作圖工具軟件：LaserMaker四、項目實施過程（一）提出問題在明確項目任務(wù)之后，教師組織學(xué)生討論“一個優(yōu)質(zhì)的水位自動報警裝置應(yīng)該達到哪些要求？”這一問題，教師引導(dǎo)總結(jié)，得出本次項目化學(xué)習(xí)產(chǎn)品要達到兼具功能齊全、美觀、成本低廉三方面的要求，并且根據(jù)所明確的產(chǎn)品要求，學(xué)生自行設(shè)計了如下表格來評價產(chǎn)品：內(nèi)容細則第一組第二組第三組第四組功能能在水位上升時及時報警能夠便捷的更換電源可根據(jù)不同場合調(diào)節(jié)報警水位美觀程度外觀完整對元件有保護作用有組名等產(chǎn)品介紹小巧，方便攜帶成本估計完成本產(chǎn)品所需成本（二）準備階段在明確項目任務(wù)后，學(xué)生通過觀察家和校園中哪些設(shè)備會隨水位的改變而發(fā)生變化，同時通過查閱資料了解其中的工作原理，并進行記錄。教師在課堂上組織學(xué)生進行交流與討論，學(xué)生分享自己的知識收獲，同時提出自己尚未解決的問題，向老師和同學(xué)尋求幫助，為后期的水位自動報警裝置的設(shè)計提供思路。（三）設(shè)計制作本環(huán)節(jié)的目標是組織學(xué)生團隊合作，設(shè)計和制作水位自動報警系統(tǒng)，主要教學(xué)模塊為設(shè)計方案、產(chǎn)品制作、產(chǎn)品測試、發(fā)布成果、改進完善等。01、方案設(shè)計本模塊中由教師提出序列子任務(wù)，以通過小組合作的形式完成各小組自己的設(shè)計方案。具體過程如下：子任務(wù)1：電路設(shè)計與連接你希望在水位上升時能產(chǎn)生怎樣的報警信號？利用以下元件設(shè)計一個能獲得你需要的報警信號的電路，并進行連接。活動時間：15分鐘活動材料：導(dǎo)線、電源、蜂鳴器、發(fā)光二極管子任務(wù)2：設(shè)計在水位上升時能夠報警的機械結(jié)構(gòu)在子任務(wù)1中所連接的電路是在閉合開關(guān)時就能發(fā)出報警信號，要想這樣的電路成為水位上升時才報警，我們還需要進行修改的是哪個元件？如何進行修改？請將你的設(shè)計想法通過設(shè)計圖的方式進行展示，可以利用泡沫球的浮沉或其他方法實現(xiàn)電路的通斷。子任務(wù)3：展示與交流，設(shè)計修改在完成設(shè)計圖后，請小組派代表進行設(shè)計圖的展示，說明設(shè)計圖每一部分的含義，其他小組同學(xué)指出其設(shè)計中存在的問題，或有疑慮之處。小組記錄員記錄好設(shè)計中存在的問題以及相應(yīng)的解決方案，最后小組對設(shè)計中的問題進行再修改與再設(shè)計。子任務(wù)4：探究浮力大小的影響因素有些同學(xué)提到可以利用泡沫小球上浮觸動開關(guān)閉合，從而實現(xiàn)在水位上升時能夠使蜂鳴器報警，二極管發(fā)光，那么泡沫小球為什么會上??？我們要選用多大的泡沫球？通過“氣球入水”的實驗，猜想浮力的大小又與哪些因素有關(guān)？建立假設(shè)，并設(shè)計實驗方案和表格，記錄實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論。活動時間：40分鐘活動材料：彈簧測力計、鐵塊、量杯、鋁塊、棉線、氣球、水槽、溢水杯子任務(wù)5：機械結(jié)構(gòu)的制作與產(chǎn)品測試根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計圖，將三維設(shè)計圖紙展開成二維，繪制所需板材的尺寸，通過LaserMaker軟件繪制，結(jié)合激光切割機切割所需要的材料，并進行組裝，最后對成品進行測試是否實現(xiàn)水位自動報警的功能。02、撰寫報告項目產(chǎn)品制作結(jié)束，學(xué)生通過撰寫關(guān)于本項目科學(xué)探究方面的文本，回顧自己的探究經(jīng)歷，圍繞提出問題、探究過程、解決方法等進行專題式寫作，并與其它同學(xué)分享，通過此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和表達能力。（四）展示評價為了幫助學(xué)生更加全面地了解自己，同時記錄自己的成長過程，本項目設(shè)計了如下所示的評價表，其中包括教師評價以及學(xué)生的自評與互評。五、案例分析本課例的設(shè)計充分體現(xiàn)了基于2022頒布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》的課堂教學(xué)模式變革，具體表現(xiàn)在以下幾方面：1.打破課堂局限2.增加學(xué)生的交流和體驗感3.讓學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中做4.