青岛版（六三制2017秋）科学六年级上册第七单元《设计与工程》大单元整体教学设计

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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·六三制
年级 六年级上册
单元名称 第7单元《设计与工程》
单元主题 创意飞行器——设计与工程的实践探索
课时安排 4课时
一、单元主题
创意飞行器——设计与工程的实践探索
围绕水火箭的设计、制作与能源创新，引导学生经历完整的工程实践过程，培养系统思维与技术应用能力。
二、单元大情景
“太空探索夏令营”
学生化身“航天工程师”，参与为期三周的太空探索任务：
1.任务一：设计水火箭（《设计水火箭》）——分析反冲原理，绘制设计图；
2.任务二：制作发射器（《制作与发射水火箭》）——动手制作并调试水火箭；
3.任务三：能源升级（《太阳能小台灯》）——改造为太阳能供电，解决能源可持续问题。
最终目标：举办“校园航天博览会”，展示水火箭模型与创新方案。
三、课程标准分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.1 工程需定义问题； 13.2 设计需考虑材料与限制条件； 13.3 物化需迭代改进
学段目标 （5-6年级） ①能提出满足限制条件的设计方案； ②制作实物模型并测试优化； ③理解科技产品对可持续发展的意义
四、单元教材分析
本单元为青岛版小学科学六年级上册第七单元《设计与工程》，包含《设计水火箭》、《制作与发射水火箭》 、《光伏发电系统》三课。
（一）第23课《设计水火箭》
1.核心内容：
（1）认识水火箭的结构（整流罩、压力舱、尾翼、喷嘴）及动力原理（反冲现象）。
（2）设计水火箭方案，明确材料选择（如可乐瓶、硬纸板）、工具使用（剪刀、刻刀）及结构设计图。
（3）通过可行性评估表，分析设计是否符合原理、材料是否易加工、操作是否安全。
2.实践重点：培养学生工程思维，强调设计方案的科学性与安全性。
（二）第24课《制作与发射水火箭》
1.核心内容：
（1）按设计方案制作箭体，安装尾翼，调试喷嘴。
（2）探究装水量（无水/满水/半水）和发射角度（30°/45°/60°）对飞行高度和距离的影响。
（3）强调发射安全：选择空旷场地，避免朝向人群。
2.实践重点：通过实验数据优化设计，体现“设计-制作-测试-改进”的工程流程。
（三）第25课《光伏发电系统》
1.核心内容：
（1）理解光伏发电原理（光能→电能），认识系统组成（光伏板、充电电池、二极管、LED灯）。
（2）分析光伏发电的环保价值（节能减排、减少污染）及社会应用（并网供电、回收再利用）。
（3）结合《可再生能源法》，探讨新能源对国家生态文明建设的意义。
2.实践重点：制作简易光伏发电模型，培养创新应用与环保责任意识。
三课以“工程设计流程”为主线，形成递进式学习链条：
1.设计阶段（《设计水火箭》）： 聚焦方案构思与可行性分析，奠定工程基础。
2.物化阶段（《制作与发射水火箭》）： 将设计转化为实物，通过测试数据优化模型，体现迭代改进。
3.创新拓展阶段（《光伏发电系统》）： 将工程思维迁移至新能源领域，强调科技与社会的互动关系。
通过本单元学习，学生将系统掌握工程设计方法，并形成“科技服务社会”的创新意识。
五、教学目标
科学观念 理解反冲动力原理、太阳能转化原理及工程迭代流程
科学思维 通过对比实验优化设计方案，运用建模思维分析结构功能
探究实践 安全使用工具制作模型，设计变量实验（如水量对射程影响）
态度责任 培养环保意识（太阳能应用）、团队协作与安全操作习惯
六、学情分析
1.年龄特点：六年级学生抽象思维初具，对航天主题兴趣浓厚，但工程实践缺乏系统性经验。
2.认知基础：已知电路基础（五年级）、力与运动（四年级），但对“反冲”“能源转化”缺乏深度理解。
3.学习难点：
（1）结构稳定性设计（如尾翼角度）；
（2）数据分析（发射高度与变量关系）；
（3）太阳能电路连接。
七、活动设置
（一）任务1：破解反冲密码（《设计水火箭》）
1.活动主题：反冲实验室
2.目标：通过实验归纳“反冲力与运动方向相反”的规律。
3.达成方式：
①实验：气球喷气推动小车（科学+数学：测量移动距离）；
②设计水火箭草图（美术：标注喷嘴、压力舱、尾翼功能）。
（二）任务2：火箭工程师（《制作与发射水火箭》）
1.活动主题：发射挑战赛
2.目标：制作可发射的水火箭模型，调试稳定性。
3.达成方式：
①用可乐瓶制作箭体，测试不同尾翼角度对飞行轨迹的影响（劳动教育+数据记录）；
②发射比赛：记录装水量（30ml/50ml）与发射高度关系（信息技术：慢动作视频分析）。
（三）任务3：绿色能源升级（《太阳能小台灯》）
1.活动主题：太阳能改造计划
2.目标：设计太阳能供电方案，理解光能转化原理。
3.达成方式：
①实验：对比太阳能电池板在室内/室外输出电压（科学+数学：绘制电压折线图）；
②改造水火箭为太阳能充电装置（工程+环保：撰写改造方案）。
八、教学方法
1.项目式学习（PBL）：
以“航天博览会”驱动任务，分解为设计→制作→创新三阶段。
2.实验探究法：
关键实验：气球反冲小车（控制变量：气体量）、太阳能电池板输出测试（变量：光照强度）。
3.跨学科融合：
数学：统计发射高度数据；语文：撰写实验报告；艺术：设计模型装饰方案。
九、学习方法
1.小组协作：4人小组分工（设计师、记录员、操作员、汇报员）。
2.迭代设计：使用《设计日志》记录“问题→改进→测试”循环（如尾翼加固方案）。
3.迁移应用：将反冲原理迁移至生活案例（如喷水船、火箭背包玩具）。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
评价维度 过程性（60%） 终结性（40%）
科学观念 实验记录单完整性 单元测验（原理应用题）
探究实践 工具操作规范性 水火箭发射高度/稳定性
态度责任 小组合作贡献度 “航天博览会”方案创意性
（二）分活动评价表
活动1：设计水火箭（第23课）分活动评价表
科学探 究能力 能描述水火箭的基本结构（如压力舱、喷嘴） 能解释各部件的功能（如喷嘴喷气产生反冲力） 能分析设计中的科学原理（如反冲力与牛顿第三定律的关系）
工程设 计思维 画出简单草图，标注主要部件 设计图结构清晰，标注尺寸和材料选择理由 设计图详细，包含创新设计（如可拆卸整流罩）并论证可行性
合作学 习态度 在小组中听从分工安排 主动承担任务并积极分享想法 协调组员矛盾，整合意见形成优化方案
创新应 用意识 提出1项改进想法（如增加尾翼） 提出2项改进方案并说明科学依据（如尾翼稳定性原理） 设计多功能水火箭（如搭载降落伞），附可行性分析报告
活动2：制作与发射水火箭（第24课）分活动评价表
实验操作规范性 在指导下完成组装 独立完成组装且接口密封合格 优化组装流程（如加固连接处），解决渗漏问题
数据记录与分析 记录发射次数和飞行现象 对比不同水量的飞行高度数据 建立“水量-高度”折线图，推导最优参数
团队协作 完成分配的制作任务 主动协助测试并记录数据 组织安全演练，协调发射分工
问题解决 发现1个问题（如喷嘴松动） 提出2项解决方案（如胶带加固/螺纹设计） 设计防松结构并测试承压效果
活动3：光伏发电系统（第25课）分活动评价表
科学观念理解 知道光伏板将光能转化为电能 解释光电效应与电流产生关系 分析系统效率因素（如光照角度）
技术应用能力 连接电路使LED灯发光 设计小型供电系统（如太阳能风扇） 优化系统（如增加储能电池）并测试续航
环保意识 说出光伏发电的1项环保优势 对比光伏与传统能源碳排放数据 提出校园光伏方案并计算减排量
创新设计 提出光伏应用新场景（如路灯） 设计自动追光光伏板模型 制作智能光伏系统原型（如光感调节）
十一、分层作业设计
活动1：分层作业设计及评价标准
基础作业 绘制水火箭设计草图，标注3个主要部件 ★：标注1-2个部件
★★：标注3个部件并说明功能
★★★：标注所有部件，附功能说明和比例尺寸
提升作业 撰写短文分析水火箭动力原理（反冲）及材料选择科学依据 ★：描述反冲现象
★★：用牛顿定律解释反冲，分析1种材料特性
★★★：结合气压原理分析材料选择，提出优化建议
拓展作业 设计改进方案（如降落伞回收系统），绘制创新设计图 ★：提出创新点并画示意图
★★：设计图清晰，说明工作原理
★★★：设计图含测试方案，附可行性数据验证
活动2：分层作业设计及评价标准
基础作业 记录制作步骤和发射结果（成功/失败） ★：记录步骤不完整
★★：步骤完整含问题分析
★★★：附问题解决方案验证记录
提升作业 分析发射失败原因（如气压不足）并提出解决方案 ★：列出1个原因
★★：分析2个原因并提出材料/工艺改进
★★★：用实验验证改进方案（如压力测试）
拓展作业 制作发射视频并解说科学原理 ★：视频展示基本流程
★★：解说包含反冲原理和数据处理
★★★：视频含慢动作分析，对比不同设计效果
活动3：分层作业设计及评价标准
基础作业 绘制光伏系统示意图，标注核心部件 ★：标注光伏板和导线
★★：标注控制器、电池等部件功能
★★★：用箭头标注能量转化路径
提升作业 设计太阳能充电器，列出材料清单和电路图 ★：列出基础材料
★★：电路图正确且含充放电说明
★★★：附效率测试数据（如充电时间）
拓展作业 撰写校园光伏应用报告（含设计图和减排计算） ★：报告描述应用场景
★★：含设计图和1项减排数据
★★★：方案含成本控制和可行性论证
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