资源简介

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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·六三制
年级 三年级下册
单元名称 第7单元《设计与发明》
单元主题 创新思维与工程设计——从问题到解决方案的实践探索
课时安排 3课时
一、单元主题
“创新思维与工程设计——从问题到解决方案的实践探索”
聚焦设计与发明的核心要素，在真实情境中体会工程师与发明家的创新思维，探索小改进提升效率的奥秘。
二、单元大情景
【任务驱动】“未来工程师挑战赛”
学生们化身“未来工程师小队”，完成三阶段任务创新实践：
任务一：致敬工程师（《走近工程师》）：通过分析“中国天眼”工程案例，理解工程师的智慧与工程思维。
任务二：发明家实验室（《走近发明家》）：研究蔡伦、王选等发明家的故事，体验创新迭代的过程。
任务三：效率优化大师（《小改变大效率》）：设计纸船载重测试实验，探索优化效率的方法并发布创新方案。
最终成果：通过三次任务积累勋章，参加班级“未来工程师博览会”展示设计成果。
三、课标分析
技术、工程与社会（核心概念12） 12.1技术与工程的特征：技术体现发明创造，工程体现系统设计 能描述工程师解决问题的过程，列举常见发明产品（如《走近工程师》）
12.2科技推动社会发展：发明创新提高生活水平 举例说明科技产品如何满足需求（如《走近发明家》“智能手机演变”）
12.3工程的关键是设计：设计与测试优化方案 通过设计纸船载重实验验证效率提升方法（《小改变大效率》）
四、教材分析
本单元包括《走进工程师》、《走进发明家》、《小改变大效率》三课，旨在通过一系列的学习活动，让学生了解工程师和发明家的生平事迹及其发明创造，激发学生的创新意识，培养学生的创新能力，并意识到小改变可以带来大效率。
第23课《走进工程师》通过介绍著名工程（如“中国天眼”）及其背后的工程师，让学生了解工程师的作用和重要性。感受工程师如何利用科学和技术解决实际问题，创造了丰富多彩的人工世界。
第24课《走进发明家》通过介绍几位著名的发明家及其发明，让学生了解发明家的生平事迹和发明创造过程。激发学生的创新意识，培养学生的创新能力。
第25课《小改变大效率》通过生活中的实例，让学生意识到小改变可以带来大效率。通过探究与实践，让学生了解不同的方法和策略可以提高工作效率，并尝试将这些方法应用到实际生活中。
从《走进工程师》到《走进发明家》，再到《小改变大效率》，三课之间形成了递进关系。首先，学生了解工程师如何利用科学和技术解决实际问题；其次，学生了解发明家的创新精神和发明过程；最后，学生意识到小改变可以带来大效率，并尝试将这些方法应用到实际生活中。
三课都围绕“设计与发明”这一主题展开，旨在培养学生的创新意识和创新能力。通过了解工程师和发明家的生平事迹及其发明创造，学生可以感受到科学的力量，激发自己的创新意识；而通过探究与实践，学生可以了解不同的方法和策略可以提高工作效率，进一步培养自己的创新能力。
教学目标
科学观念 能说明工程师通过设计解决实际问题，发明家通过创新满足需求； 2. 举例说出提升效率的常见方法（如改变流程、优化结构）。
探究实践 能设计方案测试纸船的载重量； 2. 通过模仿发明家的改进思路，优化简易装置。
科学思维 基于案例分析提出假设（如“天眼选址需考虑什么因素”）； 2. 用流程图梳理手机功能的迭代逻辑。
态度责任 在团队合作中发表创意，尊重他人观点； 2. 形成“通过小改进优化生活”的实践意识。
学情分析
1.已有经验：
（1）三年级学生熟悉简单科技产品（如手机），但对设计原理认知模糊。
（2）具备初步的实验操作能力，但缺乏系统性设计思维。
2.学习困难：
（1）对抽象工程概念（如“系统设计”）理解不足；
（2）缺乏多角度分析问题的意识（如仅关注外观改进，忽略功能优化）。
3.突破策略：
（1）用实物模型（如纸船、活字印刷模板）辅助理解；
（2）融合美术（设计草图）、数学（数据统计）跨学科方法。
七、学习活动设计
第21课 超级工程背后的智慧 理解工程师角色与工程设计基本流程 观看“中国天眼”纪录片片段，讨论工程师解决的问题； 2. 分组用积木模拟桥梁设计，测试承重能力。 数学（结构稳定性计算）
第22课 从需求到发明的奇妙旅程 探究发明的驱动力与创新过程 角色扮演：模拟蔡伦改进造纸术的困境； 2. 拆解废旧圆珠笔，分析其结构优化思路。 历史（古代科技发展）
第23课 小改进带来的大变化 掌握优化效率的设计方法 实验对比：分发书本的不同方法耗时统计； 2. 工程设计：用A4纸设计可承载50枚硬币的纸船。 数学（数据统计与图表绘制）
八、教学方法
1.问题导向法：
例：《走近工程师》抛出真实问题：“如何在山区建造巨型望远镜？”引导学生模拟工程师的思考过程。
2.项目式学习（PBL）：
例：《小改变大效率》以“设计高载重纸船”为项目，经历设计→测试→改进的完整流程，渗透迭代思维。
3.情境模拟法：
例：《走近发明家》中设置“古代造纸工坊”场景，学生体验材料替代（树皮替代竹简）对技术革新的意义。
九、学习方法
1.观察记录法：用表格记录纸船不同设计（长方体/三角形）的载重数据。
2.类比迁移法：将“天眼”工程选址要素迁移至学校科学实验室布局设计。
3.批判性讨论：辩论“一次性餐具便利性与环保性如何平衡？”，理解工程需兼顾多目标。
十、评价策略
（一）总体策略：采用“过程性积分+成果展示”双轨制，设置“观察星”“协作星”“创意星”勋章，单元末兑换“未来工程师”证书。
（二）分活动评价
1.活动1：《走近工程师》活动评价量表
科学探究能力 能准确描述已知工程师及其代表作 完成4项 完成3项 完成2项 完成1项
工程设计思维 纸船设计图标注尺寸合理，结构清晰 完整标注 主要标注 简单标注 未标注
合作学习态度 积极参与组内分工，承担材料搜集/图纸绘画等任务 主动承担2项 承担1项 部分参与 未参与
创新应用意识 在纸船测试中提出有效改良方案 提出2条 提出1条 被动改进 未改进
活动2：《走近发明家》活动评价量表
信息处理能力 完整记录3位发明家基本信息与成就 且分析意图 完成记录 部分记录 碎片记录
技术关联意识 能解释手机演变与科技发展的关联性 多维说明 完整说明 简单说明 无法说明
批判思维能力 为发明过程提出有价值的质疑/优化建议 3条建议 2条建议 1条建议 未提出
社会责任感知 能举例说明2项发明对社会的积极影响 具体案例 抽象举例 单一说明 未认知
活动3：《小改变大效率》活动评价量表：
评价维度 ★☆☆（基础达标） ★★☆（良好表现） ★★★（卓越创新）
设计合理性 完成基础纸船制作 结构稳定，承载≥30枚硬币 创新性设计（如隔舱），承载≥50枚硬币
数据分析 记录3次实验数据 绘制数据对比图表 用数据论证改进方向
团队协作 服从分工 主动提出建议 协调组员高效完成任务
十一、作业设计
（一）第21课《走近工程师》作业设计
1. 制作工程师信息卡（选3位工程师） 知识理解 基本信息包含姓名、代表作品、发明年份 详细说明设计原理及创新点 配有手绘示意图或结构简图 ★：完成基本信息 ★★：完成创新点 ★★★：图文结合完整
2. 设计纸桥模型（A4纸） 应用实践 结构合理能稳定承载100g重物 说明承重原理（如三角形稳定结构） 设计图纸比例、尺寸标注清晰 ★：结构稳定 ★★：承重达标 ★★★：创新设计图说明
3. 调研现代工程师案例 拓展创新 分析案例中技术突破与社会价值（如港珠澳大桥减震设计） 提出"人与自然和谐共生"的设计理念 ★：案例描述 ★★：技术分析 ★★★：社会影响阐述
第22课《走近发明家》作业设计
题目 作业类型 评分标准 星级对应
1. 绘制手机发展时间轴 知识理解 包含3代以上演变标志性产品（如直板→翻盖→触屏） 标注关键技术创新点（如触控技术、激光照排） 采用信息可视化形式（思维导图/板块式时间轴） ★：时间节点完整 ★★：创新点明确 ★★★：可视化呈现
2. 设计"校园雨天防滑方案" 应用实践 基于摩擦原理提出3项改进措施（如鞋底纹路/地面材质） 草模制作与功能验证（用吸管模拟排水槽） 成本控制与可行性评估（材料环保易获取） ★：方案合理 ★★：验证有效 ★★★：综合评估全面
3. 社区智慧发明提案 拓展创新 结合AI/物联网技术（如声控垃圾箱） 绘制三维设计图并标注交互流程 用磁性机关模拟核心原理 ★：技术整合 ★★：设计创新 ★★★：原型互动演示
第23课《小改变大效率》作业设计
题目 作业类型 评分标准 星级对应
1. 生活效率改进日记（连续5天观察） 知识理解 记录3处效率痛点（如校服叠放费时） 提出改良措施（分层衣柜/折叠模板） 前后时间对比数据统计（单位：分钟） ★：问题记录 ★★：方案可行 ★★★：数据验证明确
2. 应急疏散路线优化模型 应用实践 模拟教室三维布局（纸质/积木） 标注分流路径与安全区 压力测试（30秒内完成模型疏散） ★：布局搭建 ★★：路径合理 ★★★：达标疏散效率
3. 跨学科产品再设计（多功能文具盒） 拓展创新 整合4种以上学科功能（如量角器/电路示教板） 原型制作满足人机工学（握持舒适） 通过3C认证标准评估（材料安全检测） ★：功能组合 ★★：实用舒适 ★★★：安全认证达标
星级说明：
★：达到基本学习目标
★★：展现深度应用能力
★★★：体现创造性思维与系统性实践
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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