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【课堂无忧】新课标同步备课 四年级科学上册（苏教版）
专项学习 像工程师那样……（教学教案）
核心素养
科学观念：※动手动脑，选择合适的材料，设计和制作满足个性化需求的LED发光手环，并向同伴展示交流。
科学思维：※能够明确工程任务，经历工程实践活动的过程，重点领会前期研究、制作模型和展示交流三个环节的基本方法。
探究实践：※通过阅读工程师的相关资料，知道不同类型的工程师具有一些共同的素养，激发综合运用知识与技能改变人们生产与生活的愿望。
态度责任：※在制作LED发光手环的完整过程中，领会前期研究、制作模型和展示交流的基本方法。重点
※选择合适的材料连接LED电路及对手环进行装饰。难点
教学内容
本册教材专项学习的主题是“制作LED手环”，需要运用本册教材简单电路的科学知识，同时还需要美术等方面的知识。手环是很多学生喜欢佩戴的，有些学生还希望手环在夜晚能闪闪发光。教材通过提出“制作一个可以发光的有个性的LED手环”任务，让学生明确这个任务的具体要求是什么，充分列出可能遇到的困难和问题，并用多种方法进行前期研究。在此基础上初步设计能使LED发光的连接方法，并通过设计草图呈现连接方法。之后依据设计方案，选择合适的材料和工具制作实物模型，反复测试改进，最后以多种形式和同伴互相展示交流自己的作品。从工程实践能力培养的角度来看，本册的专项学习活动是螺旋上升的第二阶段，有着承前启后的作用。本册着重指导三个主要环节——前期研究、制作模型和展示交流，让学生有针对性地经历工程实践活动的完整过程。从工程思维培养的角度看，工程思维是以工程眼光看待世界和处理问题的思考方式，具有非线性、超协调逻辑性、集成性的思维特点。本册专项学习主要培养学生的策划性思维、规则性思维、构建性思维、价值性思维等。
本次专项学习主要由两部分组成。第一部分介绍了不同专业领域的工程师所具有的一些共同素养，例如绘图、制作模型、运用数学和科学、使用工具和仪器等，让学生在低年段认识工程师的基础上抽取本质的内容。第二部分从学生喜爱的生活物品出发，提出“制作一个可以发光的LED手环”任务，通过明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进，最终向同伴展示交流。在前期研究环节，强调用多种方法找出可能遇到的问题的解决方案，如上网查阅或实验探究怎么让LED亮起来，去商店调查装饰手环的方法等。在制作模型环节，强调要根据方案制作模型从而检测产品的实际效果。在展示交流环节，强调要用多种形式展示交流制作的LED手环。整个专项学习强调让学生经历一个完整的工程活动过程，逐步学会像工程师一样思 考和解决问题。
教学准备
教师材料：不同工程师工作的图片。
学生分组材料：设计图纸、LED、纽扣电池、铜箔胶带、彩色纸、绝缘胶带、剪刀等。
教学过程
活动一 认识工程师的共同素养
不同职业门类的工程师虽然从事的具体工作不同，但他们具有某些共同的素养。
1.工程师能绘制图纸。工程师绘图最初是用笔、圆规、纸、尺之类的工具，后来随着计算机及绘图技术的普及，计算机绘图成为主流。工程师借助电脑软件，在电脑上设计图纸，包括平面图、三维立体图等。
2.工程师会制作产品模型。产品模型是指仿照产品的外形、颜色、形状等，通过特殊的方法做成与实际产品几乎一样的模型。模型制作的过程不仅渗透着工程师对产品的理解，而且也是工程师设计思想、设计创造的体现。不同行业有不同的产品模型，如建筑模型、汽车模型、日用品模型、机械模型等。
3.工程师能运用数学和科学知识来解决问题。
一个优秀的工程师都是受过良好的数学（微积分、函数等）和科学（物理、化学和生物学等）方面的教育。他们要使用数学家们研究出来的数学理论和数学工具，并把它们应用到科学家们发现的对物理世界的各种认识中去，设计出对社会有用的东西。
4.工程师会使用各种工具和仪器。不同领域的工程师使用的工具和仪器也不同。比如工具可分为测量工具、切割工具、农用工具、电动工具等；仪器可分为测量仪器、光学仪器、实验室仪器、测绘仪器等。
所有的工程项目都和人的需求有关，因此，工程师还要懂一些心理学、社会学、美学等方面的知识。工程师可以是个人，也可以是完成某一项工程任务的工程师团队。个人和团队都具备以上这些基本素养。
设计意图：
在三年级认识各种类型的工程师的基础上，再认识工程师所具备的一些共同的专业素养，加深对工程师的认识。
活动二 探究设计的一般流程
明确问题
明确问题时，问题可以来源于突发灵感产生的创意。留意生活中的需求，常常关注人们的需要或产生的短缺。明确问题还要坚持下面三个原则：首先明确问题的内容，包括问题表述本身是否明确，问题提出的原因是否明确，问题提出的目的是否明确。其次明确问题的价值，包括所提出问题是否遵循基本科学原理，现有技术能否解决该问题，解决该问题所需投入，投入与产出的比是否理想等。
最后明确问题提出的限制因素，包括设计对象的特点和解决的标准，设计者的技术能力与条件。
前期研究
前期研究是为设计方案打下良好基础的重要环节，前期研究有助于更加有效地设计和制作。首先，要列出完成这个任务可能遇到的问题有哪些。其次，用多种方法查找有助于完成任务的资料，了解别人是怎么做的。最后，想一想这些资料对自己有什么启示。
设计方案
在小组里开展头脑风暴，想一想实现设计目标的所有可能的办法或方案。根据任务中的标准和限制条件，选出大家确认的最好想法，然后用设计草图及必要文字说明这些办法或方案。设计方案应规定设计的样式、功能及指标、制作的流程等。在开始动手之前想一想，要完成你的研究设计，有哪些限制条件是你必须要在工作中考虑的。
制作模型
选择一个比较可行的设计方案，制作一个模型进行测试，看这个设计方案是不是有效。
（1）制作的模型可以用来检测未来产品的实际效果。
（2）根据任务的具体情况，确定模型的大小、应重点呈现的部分等。
（3）要选择合适的材料和工具，依据设计方案进行制作。
模型一般用于检验某种产品的运行情况，包括它的工作状态、耐用性以及安全性等。模型可以是实物，也可以是小样。本活动制作的模型是实物。
测试改进
对照标准，测试效果。使用自己制作的模型，在实践中发现不足和改进方案，思考设计方案还能做哪些改进。优秀的作品必须经历不断修改、完善的过程。在测试时要注意安全。
展示交流
（1）介绍自己的作品，解答他人的疑问。说明你的设计方案是不是在你预先想到的限制条件下实现的，设计方法有哪些优点和改进，它是否达到产品设计的标准。
（2）认真听取他人的建议，找到需要进一步改进的地方，然后改进作品。
（3）可以采取PPT、工程设计报告、小报等多种形式。
（4）尽可能详细地说明自己的设计思路和产品的工作原理。
活动三 制作个性化的LED手环
明确问题
很多女孩喜欢佩戴手环，还希望晚上戴时能闪闪发光。于是，LED手环应运而生。
设计意图：
明确本次工程活动的任务：设计并制作一个LED手环。基本要求：发光、安全、美观和个性化。
前期研究
（1）了解LED手环的制作方法。
背景技术：一般手环，在手环表面设计不同的外观、色彩、造型或花纹，让消费者可随喜爱选购。具有发光功能的手环，是在手环上设置LED发光二极管，使手环发出光亮，增进美感。
技术实现要素：制作一种趣味性高、节能环保、结构简单的LED发光手环。材料包括一个用以供穿套于手腕上的环带，环带两端分别固定于壳体两侧；一个表面透光的壳体，内部容置有控制电路板及电池，控制电路板分别连接开关及LED发光二极管，而壳体两侧接设有环带，并在壳体底部结合；一个用以将环带固定结合的盖体。
（2）研究应该考虑哪些限制因素。
节能：如果没有开关，LED发光二极管会闪烁不停，持续耗电不能自行断电，使电池耗尽造成浪费。
安全：为了避免手环装置破损，损伤皮肤，应采用绝缘性能好的胶带装饰手环。
（3）可能遇到的问题。
①怎样让LED亮起来？
②怎样加入开关？
③可以选用哪些材料做装饰？
设计意图：
充分列出可能遇到的困难和问题，学会通过查阅资料了解他人的做法，或通过实验的方法解决问题，为后续的设计方案打下基础。
设计方案
（1）明确设计LED手环的一般要求。
①功能要求：LED发光、个性化。
②技术指标：节能、安全。
③外观要求：美观，有一定的装饰效果。
④耐用性：结构稳固，经久耐用。
⑤成本要求：材料价格不能超过10元。
（2）小组讨论，填写设计方案。在设计中需要做到以下几点。
①设计方案时，小组内成员要充分、自由地发表各自的想法。（注意：方案内容包括选择的原料名称、操作步骤、实验注意事项、对手环外形的设计等）
②根据任务中的要求，选出最好的想法。
③用表格和画图的方式呈现设计方案。（注意：填写选择的原料名称，设计手环的大小、颜色、形状、装饰等）
设计方案●我们要完成的工程任务：制作一个 LED手环。●要求：发光、安全、美观、有个性。●从查阅资料中获得的启发：（1）二极管长脚端为正极，连接电路时要分清正负极。（2）加入开关，避免持续耗电。开关可根据腕带的长短变化，戴上手环接通电路，摘下手环关闭电路。（3）将导线换成导电胶布。（4）使用双色二极管实现色彩变化。……●列出需要的材料：导电胶带、发光二极管、纽扣电池、电路开关、剪刀、双面胶、彩色胶带、彩色细绳、彩色丝带等。●画出LED手环的设计图。●对参与设计并制作的LED手环的评价是：★★★★★在整个过程中强调小组合作，提升合作学习意识。
设计意图：
在前期研究的基础上，让学生用画图的方法设计个性化的LED手环方案。
制作模型
（1）准备材料和工具： LED、纽扣电池、铜箔胶带、开关材料、双面胶、电烙铁。
（2）按照图纸进行连接，加入开关。
（3）测试成功后用绝缘材料做装饰。
设计意图：
选择合适的材料和工具，按照设计图纸制作符合方案的LED手环实物，用于后面的测试环节。
测试改进
(1）依据任务要求，共同商定一个测试标准。（观察手环的形状、颜色、美观度是否和设计方案一致；测试手环的亮度及安全性是否能够满足工程任务最初的要求。）
（2）进行反复多次的测试，根据测试得到的信息，判断是否满足任务要求。
（3）测试时一定不能将LED手环戴在手上进行，因为既不安全也不方便。可以摆在桌上进行测试。
（4）对不理想的部分进行改进。
设计意图：
测试LED手环是否能发光，看产品是否符合任务要求。电路测试成功后对手环进行装饰。
展示交流
各小组依次展示自己的作品。
（1）展示设计图或作品。可采用PPT、工程设计报告、小报等多种形式。尽可能详细地说明自己的设计思路和产品的工作原理。
（2）解答其他小组对自己的作品产生的疑问，欢迎他人对自己的作品提出意见和建议。
设计意图：
学生用PPT、模型、文字等多种形式对完成任 务的全过程进行整理、展示、交流。
活动手册
课堂总结
本课我们经历前期研究，完成设计方案，能够给模型设计草图。根据自己制作的样品，积极展开研究、评价，找出不足和提升点，设计改进方案，并制作成品。知道如何改进自己的作品，并积极交流。通过亲自动手操作，提升学习科学的兴趣，并认识到交流与合作在科学活动中的重要性。结合LED手环的制作过程，在实践中了解和熟悉工程活动的六个环节：明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流。能像工程师那样，经历一个完整的工程活动过程，体会一个产品的制作需要经过多次的测试和改进，才能成型。
板书设计
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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专项学习
像工程师那样……
（苏教版）四年级
上
01
核心素养
内容总览
02
探究新知
03
课堂练习
04
活动手册
05
课堂总结
06
板书设计
核心素养
※动手动脑，选择合适的材料，设计和制作满足个性化需求的LED发光手环，并向同伴展示交流。
01
02
※能够明确工程任务，经历工程实践活动的过程,重点领会前期研究、制作模型和展示交流三个环节的基本方法。
03
科学观念
04
※在制作LED发光手环的完整过程中，领会前期研究、制作模型和展示交流的基本方法。重点
※选择合适的材料连接LED电路及对手环进行装饰。难点
科学思维
探究实践
态度责任
※通过阅读工程师的相关资料，知道不同类型的工程师具有一些共同的素养，激发综合运用知识与技能改变人们生产与生活的愿望。
探究新知
活动一 认识工程师的共同素养
不同职业门类的工程师虽然从事的具体工作不同，但他们具有某些共同的素养。
1.工程师能绘制图纸。工程师绘图最初是用笔、圆规、纸、尺之类的工具，后来随着计算机及绘图技术的普及，计算机绘图成为主流。工程师借助电脑软件，在电脑上设计图纸,包括平面图、三维立体图等。
探究新知
2.工程师会制作产品模型。产品模型是指仿照产品的外形、颜色、形状等，通过特殊的方法做成与实际产品几乎一样的模型。模型制作的过程不仅渗透着工程师对产品的理解，而且也是工程师设计思想、设计创造的体现。不同行业有不同的产品模型，如建筑模型、汽车模型、日用品模型、机械模型等。
探究新知
3.工程师能运用数学和科学知识来解决问题。
一个优秀的工程师都是受过良好的数学(微积分、函数等)和科学(物理、化学和生物学等)方面的教育。他们要使用数学家们研究出来的数学理论和数学工具，并把它们应用到科学家们发现的对物理世界的各种认识中去，设计出对社会有用的东西。
探究新知
4.工程师会使用各种工具和仪器。不同领域的工程师使用的工具和仪器也不同。比如工具可分为测量工具、切割工具、农用工具、电动工具等；仪器可分为测量仪器、光学仪器、实验室仪器、测绘仪器等。
探究新知
所有的工程项目都和人的需求有关，因此，工程师还要懂一些心理学、社会学、美学等方面的知识。工程师可以是个人，也可以是完成某一项工程任务的工程师团队。个人和团队都具备以上这些基本素养。
探究新知
活动二 探究设计的一般流程
明确问题时，问题可以来源于突发灵感产生的创意。留意生活中的需求，常常关注人们的需要或产生的短缺。明确问题还要坚持下面三个原则:首先明确问题的内容，包括问题表述本身是否明确，问题提出的原因是否明确，问题提出的目的是否明确。其次明确问题的价值，包括所提出问题是否遵循基本科学原理，现有技术能否解决该问题，解决该问题所需投入，投入与产出的比是否理想等。
最后明确问题提出的限制因素，包括设计对象的特点和解决的标准，设计者的技术能力与条件。
探究新知
前期研究是为设计方案打下良好基础的重要环节，前期研究有助于更加有效地设计和制作。首先，要列出完成这个任务可能遇到的问题有哪些。其次，用多种方法查找有助于完成任务的资料，了解别人是怎么做的。最后，想一想这些资料对自己有什么启示。
探究新知
在小组里开展头脑风暴，想一想实现设计目标的所有可能的办法或方案。根据任务中的标准和限制条件，选出大家确认的最好想法，然后用设计草图及必要文字说明这些办法或方案。设计方案应规定设计的样式、功能及指标、制作的流程等。在开始动手之前想一想，要完成你的研究设计，有哪些限制条件是你必须要在工作中考虑的。
探究新知
选择一个比较可行的设计方案，制作一个模型进行测试，看这个设计方案是不是有效。
(1)制作的模型可以用来检测未来产品的实际效果。
(2)根据任务的具体情况，确定模型的大小、应重点呈现的部分等。
(3)要选择合适的材料和工具，依据设计方案进行制作。
模型一般用于检验某种产品的运行情况，包括它的工作状态、耐用性以及安全性等。模型可以是实物，也可以是小样。本活动制作的模型是实物。
探究新知
对照标准，测试效果。使用自己制作的模型，在实践中发现不足和改进方案，思考设计方案还能做哪些改进。优秀的作品必须经历不断修改、完善的过程。在测试时要注意安全。
探究新知
(1)介绍自己的作品,解答他人的疑问。说明你的设计方案是不是在你预先想到的限制条件下实现的，设计方法有哪些优点和改进，它是否达到产品设计的标准。
(2)认真听取他人的建议，找到需要进一步改进的地方，然后改进作品。
(3)可以采取PPT、工程设计报告、小报等多种形式。
(4)尽可能详细地说明自己的设计思路和产品的工作原理。
探究新知
很多女孩喜欢佩戴手环，还希望晚上戴时能闪闪发光。于是，LED手环应运而生。
活动三 制作个性化的LED手环
探究新知
(1)了解LED手环的制作方法。
背景技术:一般手环，在手环表面设计不同的外观、色彩、造型或花纹，让消费者可随喜爱选购。具有发光功能的手环，是在手环上设置LED发光二极管，使手环发出光亮，增进美感。
探究新知
技术实现要素:制作一种趣味性高、节能环保、结构简单的LED发光手环。材料包括一个用以供穿套于手腕上的环带，环带两端分别固定于壳体两侧;一个表面透光的壳体，内部容置有控制电路板及电池，控制电路板分别连接开关及LED发光二极管，而壳体两侧接设有环带，并在壳体底部结合；一个用以将环带固定结合的盖体。
探究新知
(2)研究应该考虑哪些限制因素。
节能:如果没有开关，LED发光二极管会闪烁不停，持续耗电不能自行断电，使电池耗尽造成浪费。
安全:为了避免手环装置破损，损伤皮肤,应采用绝缘性能好的胶带装饰手环。
探究新知
(3)可能遇到的问题。
①怎样让LED亮起来
②怎样加入开关
③可以选用哪些材料做装饰
探究新知
(1)明确设计LED手环的一般要求。
①功能要求:LED发光、个性化。
②技术指标:节能、安全。
③外观要求:美观，有一定的装饰效果。
④耐用性:结构稳固，经久耐用。
⑤成本要求:材料价格不能超过10元。
探究新知
(2)小组讨论，填写设计方案。在设计中需要做到以下几点。
①设计方案时，小组内成员要充分、自由地发表各自的想法。(注意:方案内容包括选择的原料名称、操作步骤、实验注意事项、对手环外形的设计等)
②根据任务中的要求，选出最好的想法。
③用表格和画图的方式呈现设计方案。(注意:填写选择的原料名称，设计手环的大小、颜色、形状、装饰等)
探究新知
设计方案
●我们要完成的工程任务:制作一个 LED手环。
●要求:发光、安全、美观、有个性。
●从查阅资料中获得的启发:
(1)二极管长脚端为正极，连接电路时要分清正负极。
(2)加入开关，避免持续耗电。开关可根据腕带的长短变化，戴上手环接通电路，摘下手环关闭电路。
(3)将导线换成导电胶布。
(4)使用双色二极管实现色彩变化。
……
探究新知
●列出需要的材料:导电胶带、发光二极管、纽扣电池、电路开关、剪刀、双面胶、彩色胶带、彩色细绳、彩色丝带等。
●画出LED手环的设计图。
●对参与设计并制作的LED手环的评价是:★★★★★
在整个过程中强调小组合作，提升合作学习意识。
探究新知
(1)准备材料和工具: LED、纽扣电池、铜箔胶带、开关材料、双面胶、电烙铁。
(2)按照图纸进行连接，加入开关。
(3)测试成功后用绝缘材料做装饰。
探究新知
(1)依据任务要求，共同商定一个测试标准。(观察手环的形状、颜色、美观度是否和设计方案一致；测试手环的亮度及安全性是否能够满足工程任务最初的要求。)
(2)进行反复多次的测试，根据测试得到的信息，判断是否满足任务要求。
(3)测试时一定不能将LED手环戴在手上进行，因为既不安全也不方便。可以摆在桌上进行测试。
(4)对不理想的部分进行改进。
探究新知
各小组依次展示自己的作品。
(1)展示设计图或作品。可采用PPT、工程设计报告、小报等多种形式。尽可能详细地说明自己的设计思路和产品的工作原理。
(2)解答其他小组对自己的作品产生的疑问,欢迎他人对自己的作品提出意见和建议。
探究新知
点亮LED
课堂练习
6.[选择]制作模型时，选择制作材料最基本、最重要的因素是( )。
A.外形美观 B.价格便宜 C.加工性能
7.[简答]简要说出工程产品设计的一般流程。
明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流。
C
课堂练习
1. [填空]不同___________的工程师虽然从事的具体工作不同，但他们具有某些共同的素养。
2.[判断]工程创造的根本动力是需求。( )
3.[判断]设计方案和制作模型可同步进行。( )
4.[判断]工程师必须专业知识过硬，管理学、心理学、美学知识等可有可无。( )
5.[选择]对于LED电子元件的连接，常用的连接方式是( )。
A.捆绑 B.胶结 C.焊接
职业门类
×
√
×
C
活动手册
活动手册
课堂总结
本课我们经历前期研究，完成设计方案，能够给模型设计草图。根据自己制作的样品，积极展开研究、评价，找出不足和提升点，设计改进方案，并制作成品。知道如何改进自己的作品，并积极交流。通过亲自动手操作，提升学习科学的兴趣，并认识到交流与合作在科学活动中的重要性。结合LED手环的制作过程，在实践中了解和熟悉工程活动的六个环节:明确问题、前期研究、设计方案、制作模型、测试改进、展示交流。能像工程师那样，经历一个完整的工程活动过程，体会一个产品的制作需要经过多次的测试和改进，才能成型。
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