资源简介

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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·五四制
年级 五年级上册
单元名称 第8单元《创新与设计》
单元主题 工程创想家：从设计到生活的创新实践
课时安排 4课时
一、单元主题
"工程创想家：从设计到生活的创新实践"
围绕工程设计全流程（需求分析→创意表达→物化制作→技术应用），引导学生经历"发现问题-设计方案-物化验证-优化迭代"的完整创新过程。
二、单元情境
“校园未来工程师挑战赛”
学生化身“工程创想家”，通过四阶段任务：
1.住宅规划师（《我们的住宅》）→ 解密住宅系统设计
2.创意策展人（《展示创意》）→ 设计创新方案并展示
3.产品工程师（《照明拖鞋》）→ 制作智能穿戴产品
4.能源革新者（《光伏发电系统》）→ 设计新能源解决方案
最终举办“创新科技博览会”展示作品，竞选"最佳工程团队"。
三、课标分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.2 工程的关键是设计
13.3 工程是设计方案物化的结果
学段目标
（5~6年级） ① 提出满足限制条件的设计方案
② 制作实物模型并迭代改进
③ 分析科技产品对人类生活的价值
四、教材分析
本单元包括《我们的住宅》《展示创意》《照明拖鞋》《光伏发电系统》这四课内容。
（一）第26课《我们的住宅》
1.核心内容：探究住宅系统设计（供水/供电/供暖），重点分析太阳能热水系统的结构（集热器、保温水箱、管路）。
2.关键活动：绘制住宅系统示意图，对比传统能源与太阳能系统的差异，理解工程需多系统协调（如结构与采光配合）。
3.能力培养：系统思维、工程需求分析能力。
（二）第27课《展示创意》
1.核心内容：学习创意表达方法（设计图、文字说明、摄影/视频），掌握创意四要素：科学原理、创新点、应用价值、测试方案。
2.关键活动：设计“自动找平凳”方案（解决地面不平问题），通过图文结合展示设计思路。
3.能力培养：创新表达、批判性评估设计可行性。
（三）第28课《照明拖鞋》
1.核心内容：实践电路设计（电池→开关→LED灯），制作可穿戴照明装置，测试防水性及舒适度。
2.关键活动：迭代改进原型（如增加延时熄灭功能），分析“设计-制作-测试”的工程闭环。
3.能力培养：物化能力、工程迭代思维。
（四）第29课《光伏发电系统》
1.核心内容：探究光能转化原理（太阳能→电能），制作简易光伏模型（如太阳能小风扇），分析新能源的社会价值。
2.关键活动：对比光伏系统与传统供电的能效差异，设计校园光伏应用方案。
3.能力培养：技术迁移、可持续发展观。
四课之间围绕工程设计流程展开，涵盖“需求分析→创意表达→物化实践→技术拓展”全链条创新思维培养。形成“认知→表达→实践→拓展”的递进链：
1.纵向递进：
（1）《我们的住宅》奠定工程系统认知 →
（2）《展示创意》培养创新表达 →
（3）《照明拖鞋》实现设计物化 →
（4）《光伏发电系统》拓展技术应用。
2.横向关联：
（1）太阳能系统（课1）为光伏技术（课4）提供知识基础；
（2）创意设计方法（课2）直接应用于照明拖鞋（课3）的方案表达；
（3）工程迭代思维（课3）延伸至光伏系统优化（课4）。
3.通过四课联动，学生将：
（1）经历完整工程设计流程（分析需求→表达创意→物化测试→技术升级）；
（2）形成“系统优化-创新表达-迭代改进-可持续应用”的核心素养链条；
（3）理解科技服务生活的本质，培养“发现问题-解决问题”的工程思维。
五、教学目标
科学观念 理解"结构-功能"关系（如太阳能集热管黑色涂层增强吸热）
探究实践 用对比表优化方案（如对比三种拖鞋电路固定方式）
科学思维 完成"设计-测试-改进"全流程（如照明拖鞋三次迭代）
态度责任 制作《校园光伏倡议书》，培养可持续发展观
六、学情分析
1.认知基础
（1）已知简单电路（四年级）
（2）缺乏系统工程设计经验 .
2.学习难点
（1）电路空间规划（如LED灯在拖鞋的合理布局）
（2）多变量控制实验（如光伏板角度对输出影响）
3.突破策略
（1）用泡沫板制作拖鞋基底降低操作难度
（2）AR软件模拟太阳能光路
七、学习活动设计
课时 活动主题 活动目标 达成方式（跨学科融合）
第1课 住宅系统解密师 分析住宅水电系统设计原理 ① 绘制水电管线图（数学：比例尺应用）
② 模拟太阳能热水器（实验：黑/白水管吸热对比）
第2课 创意设计策展人 用三维模型表达"防积水井盖"方案 ① 黏土制作可开合井盖模型（劳动）
② 拍摄创意解说短视频（信息技术）
第3课 照明拖鞋工程师 制作可穿戴照明设备 ① 电路焊接实践（纽扣电池+LED+拨动开关）
② 防水测试（涂蜡/胶封对比实验）
第4课 光伏校园设计师 设计操场路灯太阳能方案 ① 测算日照时长（地理：太阳高度角）
② 制作光伏板角度调节模型（工程+数学）
八、教学方法
1.PBL项目驱动
（1）真实问题：为夜巡保安设计照明拖鞋（《照明拖鞋》）
（2）阶段成果：三次迭代记录表（初版→防水版→延时熄灭版）
2.可视化实验
（1）铁屑显示光伏板电流磁感线（《光伏发电系统》）
（2）热成像仪对比黑/白水管吸热差异（《我们的住宅》）
3.角色模拟
“工程答辩会”：学生扮演专家质询设计方案可行性
九、学习方法
1.原型制作法：
用橡皮泥快速验证井盖开合结构（《展示创意》）
2.故障树分析：
例：针对"灯不亮"建立排查流程：
3.画廊漫步法：
小组轮转评价作品，粘贴改进建议便签
十、评价策略
（一）单元总体评价
类型 内容 权重
过程性评价 迭代记录单、实验报告、合作表现 60%
终结性评价 "科技博览会"作品功能测试 40%
（二）活动评价表
活动1：《我们的住宅》分活动评价表
系统分析 识别住宅1项系统（如供水） 对比2种系统（供水/供电）差异 分析太阳能系统节能原理
模型制作 绘制简单住宅平面图 标注太阳能热水器位置 添加集热器角度计算说明
数据应用 记录1天热水温度 绘制3天温度曲线图 分析阴/晴天能效差异
活动2：《展示创意》分活动评价表
创意表达 手绘1个设计草图 三维模型展示结构 制作功能演示动画
科学论证 说明1项设计原理 用对比表验证方案优势 附实验数据支撑
创新价值 解决1个生活问题 提出2个应用场景 预估社会经济效益
活动3：《照明拖鞋》分活动评价表
电路功能 实现基础照明 增加开关控制 添加延时熄灭功能
结构设计 完成单脚拖鞋制作 双脚同步照明 适配不同鞋码（35-40码）
迭代优化 记录1次改进 完成3次迭代测试 解决防水/舒适痛点
活动4：《光伏发电系统》分活动评价表
能量转化 复述光→电原理 对比不同材料光电效率 计算校园光伏年发电量
工程设计 制作基础光伏模型 增加角度调节装置 设计智能追光系统
可持续性 列举1种新能源 分析光伏减排效益 撰写《社区光伏推广方案》
分层作业设计
活动1：《我们的住宅》分层作业
基础作业 绘制家庭太阳能系统流程图 标注2个部件 标注4个部件+流向 添加保温原理说明
提升作业 记录热水温度（晴/雨天） 记录3天数据 绘制温度折线图 分析能效差异原因
拓展作业 设计"雨水收集+光伏"屋顶 手绘方案草图 标注水/电路走向 计算节水节电量
活动2：《展示创意》分层作业
基础作业 制作"防积水井盖"设计草图 标注开合结构 说明排水原理 添加承重测试方案
提升作业 拍摄创意解说视频（1分钟） 展示基础功能 对比传统井盖劣势 模拟暴雨场景测试
拓展作业 设计"智能井盖监测系统" 描述水位警报功能 制作传感器布局图 编写物联网预警代码框架
活动3：《照明拖鞋》分层作业
基础作业 列出电路元件清单 包含3个元件 标注电压参数 说明选型依据
提升作业 测试开关类型（拨动/声控） 对比1种开关 分析3种开关优劣 提出创新开关方案
拓展作业 为老人设计防滑夜光拖鞋 描述防滑纹路 添加足弓支撑设计 通过老人试用反馈
活动4：《光伏发电系统》分层作业
基础作业 制作光伏板光路图 标注光→电路径 添加反射膜增效说明 分析斜射光损失率
提升作业 测试光伏板角度效率（0°/30°/60°） 记录1组数据 绘制效率对比柱状图 建立角度-功率公式
拓展作业 设计"校园路灯光伏方案" 计算操场所需灯数 配置储能电池容量 编制5年成本回收表
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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