资源简介

(共30张PPT)
六
教 材 解 析
专项学习 像工程师那样
目 录
CONTENTS
一、项目设计
二、工程师这样做
三、学做工程师
四、项目复盘
一、项目设计
项目设计
1.技术与工程内容本身的重要性
人类运用技术和工程，创造了丰富多彩的人工世界，技术工程实践能力对个人生活、职业发展乃至社会进步都有至关重要的作用。
科学探究和技术与工程实践都是科学教育最重要的研究领域
技术与工程是人类改造世界的手段。
项目设计
2.苏教版的定位与特色
编写意图：探索技术与工程素养的课程化方案；
内容设计：构建技术与工程教育的整体性框架；
学习方式：开创技术与工程实践的小学版模式。
目标：
培养具有技术与工程素养的小学生。希望在学生身上看到一些经由学习所形成的关于技术与工程的观念、能力和品格。
形式：
带着学生像工程师那样去做事。经历比较完整和专门性的工程实践学习。
项目设计
明确问题
工程需要定义和界定
工程的关键是设计
工程是设计方案物化的结果
设计方案
实施计划
检验作品
改进完善
发布成果
3.工程实践的要素
专项活动涵盖了工程实践的六个要素：明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果，旨在让学生初步体验工程活动的基本步骤。
项目设计
明确
问题
确定需求，明确产品的功能，限制条件等，
将任务转化为问题。
设计
方案
在前期调研的基础上，头脑风暴、
权衡利弊，选择最佳方案。
实施
计划
选择材料，利用工具制作模型
或原型。
检验
产品
选择科学合理的测试方案，
发现并分析问题
发布
成果
用工程报告或其他形式向他人说明产品可以满足哪些需求，以及设计制作的过程，听取意见和建议。
改进
完善
如果在测试中发现问题，
针对问题改进方案。
整个工程实践过程通过学生所做的“工程笔记”串联起来
项目设计
3.工程实践的要素
4.核心概念的内容要求和学业要求
核心概念 学习内容 5-6年级内容要求 5-6年级学业要求
核心概念12 技术、工程与社会 12.1技术与工程创造了人造物12.2技术与工程改变了人们的生产和生活 ①知道技术对提高生产效率或工作效率的影响； ②知道一些古代技术和现代技术的发明或创造。 能举例说明技术与工程对生产和生活的影响；
能利用简单工具制作产品模型。
核心概念13 工程设计与物化 13.1工程需要定义和界定 13.2工程的关键是设计 13.3工程是设计方案物化的结果 ①能定义和界定简单的工程问题； ②能基于证据改进实物模型； ③能简单说明在设计与制作中需要考虑到的重要因素。 能提出满足一定限制条件的工程设计问题；
能完成实物模型制作与测试，基于证据改进模型。
项目设计
5.本项目主题的提出
学术性考量
本项目聚焦的工程思维方法是“迭代改进”。课程标准在“工程设计与物化”中要求5-6年级学生能基于证据改进实物模型，能简单说明在设计与制作中需要考虑到的重要因素。《节能小屋》正是通过设计—制作—测试—改进的循环，把“迭代”转化为学生可以操作的工程方法。
意义性考量
节能减排是全球关注的真实议题。学生常常听到“节能建筑”，但不理解工程师如何在有限条件下不断优化设计。本项目以“节能小屋”为任务，让学生在限定尺寸和材料内追求更好的保温效果，体会工程设计是在约束条件下的迭代优化过程。
特色性考量
苏教版“像工程师那样”系列强调以真实工程师故事引出工程方法。本项目选取德国工程师菲斯特研发被动式节能屋的经历：从最初的高成本原型，到制定标准、降低成本、跨气候验证，真实展现了“迭代”不是简单的重复，而是在循环中趋于完善的决策过程。
项目设计
6.对学段目标中四个维度核心素养的落实
科学观念
理解“迭代”是工程设计的核心方法；知道工程设计需要在约束条件下不断优化；认识到保温性能与材料、结构的关系。
科学思维
围绕“节能小屋”的保温性能问题，经历分解问题、前期调研、方案设计、测试分析、迭代改进等思维过程；能借助工程笔记记录和比较各代作品的测试数据。
探究实践
在工程实践过程中，能围绕保温要求开展前期调研，利用工程笔记记录设计思路、测试数据和改进设想；能按计划制作小屋模型并进行保温测试。
态度责任
愿意持续改进作品，尊重测试数据；能在小组合作中承担分工，对迭代改进保持耐心和责任感。
项目设计
7.六上专项学习在“像工程师那样”序列中的位置
一上《气球动力小车》
头脑风暴
全面体验
二上《雨水收集器》
头脑风暴
发散思维
三上《鸡蛋紧急迫降器》
多方案择优
比较评估
四上《迷你菜园》
建立模型
建模表征
五上《造桥》
权衡利弊
决策取舍
▼ 当前
六上《节能小屋》
迭代改进
优化反思
一上～三上 轻支架工程实践
六要素以飘带方式呈现，学生在具体任务中逐步熟悉工程过程。
升级
四上～六上 系统工程实践
六要素展开为过程页，并形成“工程笔记”系统，学生用工具记录、分析和优化方案。
六上《节能小屋》是“像工程师那样”系列的高阶收官，也是“迭代改进”的综合训练窗口。
它让学生完整经历明确问题→前期调研→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果的全过程，体会设计—制作—测试—发现问题—分析原因—再设计的迭代过程，在数据驱动的循环中持续优化作品。
项目设计
8.项目的“双板块”体例
示范板块：工程师这样做
阅读工程师的故事
阅读菲斯特的故事，从真实问题中提炼工程方法——迭代改进。
学生通过了解德国工程师菲斯特研发被动式节能屋的真实经历，重点理解工程师如何通过“设计—制造—测试发现问题—分析问题—再设计”的循环，不断优化方案。
示范
迁移板块：学做工程师
完成工程实践任务
用迭代方法完成自己的节能小屋设计挑战。
学生以“节能小屋”为任务，在明确的需求、限制条件和验收标准下，完成明确问题→前期调研→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果的完整过程。
说明：示范板块为学生提供工程方法的“认知支架”，迁移板块则为学生创造“实践场域”。两个板块相互衔接：先通过工程师故事理解“迭代”是什么，再在自己的项目中运用迭代完成优化。
项目设计
9.项目的任务结构与7份工程笔记
教材页 对应环节 工程笔记
第89-90页 工程师这样做 阅读菲斯特的故事，为“明确问题”提供认知铺垫
第91页 学做工程师任务页 发布“节能小屋”工程挑战，明确需求、限制条件和验收标准
第92页 明确问题 工程笔记1：梳理任务要求、限制条件、验收标准和待研究问题
第92-93页 设计方案 工程笔记2：前期调研；工程笔记3：选择方案，画设计图
第94页 实施计划 工程笔记4：计划实施表
第95页 检验作品 工程笔记5：测试与数据记录
第96页 改进完善 工程笔记6：分析与改进
第97页 发布成果 工程笔记7：成果展示
项目设计
10.项目教学目标
1
知道“迭代改进”是工程设计的核心方法，理解它是在设计—制作—测试—改进的循环中不断完善的过程；知道工程设计需要满足一定的需求和限制条件。
2
能围绕“节能小屋”的保温性能问题，借助工程笔记比较不同代作品的测试数据，找出改进方向并优化设计方案。
3
能根据项目要求开展前期调研，搜集节能技术和材料信息；能完成小屋模型制作和保温测试，并借助工程笔记记录完整迭代过程。
4
愿意持续改进作品，尊重测试数据；能在小组合作中承担分工，对迭代任务保持责任感。
项目设计
11.教学重点与难点
教学重点
理解“迭代改进”的含义，能够借助工程笔记比较不同代作品的测试数据并找出改进方向；能完成保温测试并依据数据提出有针对性的改进方案。
教师需要引导学生：
● 认识迭代不是失败的标志，而是工程完善的正常路径；
● 在每次循环中聚焦一个关键问题进行改进；
● 用工程笔记形成可追溯的证据链。
学习难点
理解迭代不是简单的“重做一遍”，而是在控制变量下每次只改进一个关键问题的决策过程；能够依据测试数据而非主观感受来判断改进效果。
学生常见困难：
● 把“再做一次”等同于“迭代”；
● 测试后无法将数据与结构缺陷对应；
● 改进方案缺乏针对性，全面翻新。
项目设计
12.课时建议
阶段 内容 课时 教学组织要点
启动 工程师这样做+学做工程师 1课时 理解菲斯特如何通过迭代改进节能屋，明确“节能小屋”的任务要求、限制条件和验收标准
方案 明确问题+设计方案 1～2课时 围绕保温要求开展前期调研，选择节能技术，绘制设计图
实施 实施计划+制作过程 课外1周 按分工计划完成小屋制作，进行保温测试，记录测试数据
结束 检验作品+改进完善+发布成果 1～2课时 依据验收标准检验作品，分析数据提出改进，展示成果
合计：3～4课时+课外2周制作周期
项目设计
二、工程师这样做
工程师这样做 · 问题页
教材第89页内容简述
寒冷的冬天，谁都想家里暖暖和和的。空调、暖气帮人们实现了这个愿望，但要消耗很多能源。
德国工程师菲斯特想：能不能建一座不用暖气也能保暖的房子？
经过研究，他采用四项关键技术实现节能功效：
· 给墙和屋顶加保温层
· 用三层窗户
· 把所有的缝隙封严实
· 安装能回收热量的“新风系统”
像个保温杯！
基于菲斯特的理念，1991年第一栋被动式节能屋建成了。
设计意图
本页不直接讲“迭代”，而是先呈现真实问题——节能建筑的需求，引出工程师菲斯特。这样处理使任务从真实需求中生长出来。
教学建议
教学时可先引导学生讨论“为什么需要节能建筑”，从能源消耗、环境影响等角度梳理问题。随后关注菲斯特的身份和思考方式。
注意事项
不要把本页处理成“菲斯特传记”。重点放在问题意识：传统建筑能耗问题是什么？可以怎样用工程方式解决？
教学流程
一代产品
工程师这样做·方法页
教材说明
菲斯特采用四项关键技术：保温层、三层窗户、密封缝隙、新风系统。1991年建成第一栋被动式节能屋。
此后菲斯特制定严格认证标准，推动被动式节能屋复制推广，但面临新难题：
· 降成本：从每户增加5万欧元降至约6000欧元
· 规模化：从几十栋扩展到全球市场
· 跨气候：攻克不同气候适应性难题
如今被动式节能屋已遍布全球，并继续向智能化、本土化方向发展。
“像菲斯特那样，设计—制造—测试发现问题—分析问题—再设计，就是迭代的过程。”
迭代是工程设计的核心方法，是在循环中不断完善的过程。
设计意图
呈现菲斯特解决问题的关键方法——迭代。通过实际案例让学生理解迭代不是简单重复，而是每次改进一处就用数据验证的循环优化过程。
教学建议
围绕“菲斯特做了哪些工程师的事”展开阅读。引导学生找出“设计→测试→发现问题→改进”的迭代循环，理解迭代的价值在于用较低成本逐步优化。
注意事项
不要把本页讲成“被动式节能屋的技术说明”。重点不是记住四项技术，而是看懂工程师如何通过迭代让设计越来越好。
教学流程
后代产品
三、学做工程师
学做工程师·任务页
教材说明
任务要求：设计并制作一个被动式节能小屋模型，测试保温效果，找出问题，改进设计，再测试。
项目技术指标：
· 基底21cm×21cm，高度17cm
· 墙体厚度≤2cm
· 前后至少各一窗，总面积≥20cm
· 建造周期2周
保温效果公式：
（设计模型30分钟温度下降值-标准模型30分钟温度下降值÷标准模型30分钟温度下降值×100%
三级目标：
· 基础目标：保温效果≥50%
· 优化目标：保温效果60%～75%
· 挑战目标：保温效果＞75%
设计意图
把“迭代改进”迁移到学生任务中。以工程挑战赛形式，明确需求、限制条件和验收标准。
教学建议
引导学生先读懂任务要求，再判断“难在哪里”。围绕尺寸、材料、保温效果等展开讨论。
注意事项
不要把本页处理成简单任务布置。关键是帮助学生读出任务背后的工程约束。
教学流程
明确任务
学做工程师·过程页——明确问题
教材说明
明确问题时的指导原则：
· 先要分析任务中材料、时间、成本等限制条件
· 然后明确验收标准——“做成什么样才算成功”
· 最后把任务分解成要解决的具体问题，并列成清单
工程笔记1：明确问题
梳理三方面内容：
· 我们的任务：设计并制作节能小屋模型
· 限制条件：尺寸、材料、时间
· 验收标准：保温效果达标
需要研究的问题清单：
1. 怎样让小屋保温？
2. 用什么材料隔热效果好？
3. 窗户怎么设计能减少热量流失？
核心矛盾：窗户是光线通道，也是热量流失处——窗户越大光线越好，但保温越差。
设计意图
引导学生把综合任务转化为结构化理解，不急于动手制作，先弄清楚“要解决什么问题、受哪些限制、做到什么程度才算成功”。
教学建议
引导学生对照任务页提取关键信息，转化为问题清单。重点不是马上给答案，而是形成后续调研和设计的方向。
注意事项
不要把“明确问题”处理成抄写任务要求，要转化为可研究、可决策的问题。问题清单越清楚，后续调研越有方向。
教学流程
学做工程师·过程页——设计方案（一）前期调研
教材说明
设计方案前的原则：先围绕问题清单开展前期调研，找齐做决定需要的关键信息；还要盘点已学过的知识。
1. 节能技术大搜索
· 铝箔反射层：把热量反射回室内
· 双层玻璃：空气层减少热量传递
2. 知识盘点（学过的相关知识）
· 黑色物体吸热效果好→选择什么颜色的材料
· 材料导热性不同→选用导热怎样的材料做墙体
· 双层玻璃保温→窗户是否可采用双层设计
· 一年四季影子长短不同→屋檐长度如何调节
3. 材料信息收集
· 墙体/窗户/屋顶/隔热层的可选材料及特点
设计意图
引导学生先搜集关键信息再做决策，认识到工程设计不是凭经验，而是基于信息和证据进行决策。
教学建议
引导学生把问题清单与调研项目相对应，完成调研后填写“选择设计思路”，把零散信息转化为初步设计决策。
注意事项
调研必须服务于设计决策，查什么取决于要解决什么问题，记录什么取决于后面要作出什么选择。
教学流程
学做工程师·过程页——设计方案 （二）节能技术选择
教材说明
设计方案重点考虑三件事：
1. 确定节能技术——盘点学过的热学、光学、材料等知识，选择适合的节能技术
2. 确定各部件的材料——墙体、屋顶、窗户分别用什么材料
3. 画出设计图——标注尺寸、材料和节能技术的位置
工程笔记3：对照要求，选择最佳方案
· 调研完成后，确定设计思路
· 如果有多种方案可选，可以用四、五年级学过的评估表来帮助比较
画设计图的要求：
· 标注尺寸（21cm×21cm×17cm）
· 标注各部件使用的材料
· 标注节能技术的位置（铝箔层、双层窗等）
设计意图
帮助学生基于调研信息做出设计决策，用评估工具支撑方案选择，体现“基于证据的设计”工程思维。
教学建议
要引导学生用四、五年级学过的评估表比较方案，设计图要标注清楚尺寸、材料和节能技术位置。
注意事项
重点不在画图美观，而在设计依据是否充分、方案是否经过比较。评估表要真正用于支撑决策。
教学流程
学做工程师·过程页——实施计划
教材说明
实施计划时的原则：把要做的事情按顺序写清楚，每一步的负责人和完成时间标出来；预估困难，提前想好应对方法。
工程笔记4：计划实施表
· 分工计划表：任务/负责人/完成时间
· 风险预估：可能遇到的困难和应对方法
· 调整记录：建造中发现的问题和调整方式
制作步骤建议：
1. 对照设计图，列出需要的材料和工具
2. 分步骤：制作墙体→安装窗户→搭建屋顶→整体组装
3. 每一步对照设计图，确保尺寸准确
4. 发现问题及时调整，在工程笔记中记录
提醒：使用各种工具时注意安全。
设计意图
引导学生把方案落到实际行动中，思考“怎样做、谁来做、什么时候做”，让计划真正可执行。
教学建议
引导学生对照设计图倒推所需材料和步骤，计划要明确到任务、人员和时间，使后续实施有据可依。
注意事项
计划要真正服务于方案实施，材料与设计图一致，分工覆盖全过程，时间安排支撑持续观察和改进。
教学流程
将指导落在实施前
教材说明
检验作品时的原则：对照验收标准确定检验方法，进行多次测试；记录每次数据，标明哪里达标、哪里有不足。
五项验收标准逐项检查：
1. 房屋大小合适（21cm×21cm×17cm）
2. 墙体厚度不超过2cm
3. 前后都有窗户
4. 节能效果好（保温实验）
5. 在规定时间内完成
保温实验报告：
· 将200ml温水（50℃左右）同时放入小屋模型和标准模型
· 定时记录水温（0、5、10、15、20、25、30分钟）
· 计算保温效果，对标三级目标
设计意图
引导学生依据明确标准检验作品，用数据说话。理解工程作品的优劣不能只凭观感判断，而要依据标准和数据作出判断。
教学建议
引导学生回到任务页提取验收标准，保温测试注意操作规范，重视数据记录和逐项对标检查。
注意事项
检验的关键是“对照标准做判断”，不是“展示作品”。判断必须建立在标准和数据之上，检验才具有工程意义。
教学流程
学做工程师·过程页——检验作品
学做工程师·过程页——改进完善与发布成果
教材说明
工程笔记6：分析与改进
· 看数据找问题 → 想原因定方案 → 改一点测一次
· 每次只改一处，用数据证明是否有效
· 记录代际对比：一代→二代→三代
改进原则：
1. 每次只改一个地方，才能知道是哪个改动有效
2. 改完一定要重新测试，用和第一次完全一样的方法
3. 记录每一次变更——工程笔记就是“迭代日志”
工程笔记7：成果展示
· 工程档案清单（设计步骤、草图、制作过程、测试数据、改进记录、对比照片）
· 展示要点：设计思路、测试结果、改进过程、小组合作
设计意图
形成“检验—反思—改进—表达”的工程实践闭环。项目不止停留在作品完成，而是完成整个过程的迭代优化。
教学建议
先回看验收记录判断达成度，改进建议指向具体问题。发布时突出迭代过程和数据证据，说明工程实践过程。
注意事项
成果发布重点不是“展示小屋”，而是说明工程实践过程和迭代依据。只有把过程和依据表达出来，成果发布才具有工程学习价值。
教学流程
四、项目复盘
项目复盘与评价建议
迭代改进是否真正发生
不是看做了几代，而是看是否：
· 每次只改一处
· 用相同方法测试
· 有数据证明改进有效
真正的迭代是“控制变量”式的改进——每次只改变一个因素，其他条件保持不变，通过对比数据判断改进是否有效。
工程笔记是否形成证据链
7份笔记是否形成连续关系：
· 笔记1 明确问题
· 笔记2-3 调研选型
· 笔记4 实施计划
· 笔记5 检验作品
· 笔记6-7 改进发布
能否支撑说清楚“为什么这样设计、依据什么改进”。笔记的价值在于“走过程、留证据、能发布”。
评价是否兼顾作品与过程
作品评价：保温效果是否达标，尺寸、窗户等技术指标是否满足。
过程评价：问题界定是否清楚、调研信息是否有效支撑设计、迭代是否有数据依据、改进是否有针对性。
教材解析的目的正是帮助教师理解“教材为什么这样写”和“怎样用好教材”。
教学流程
谢 谢！

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