3.13《制作肺活量计》教学设计

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新青岛版·五四制三上科学第三单元第13课《制作肺活量计》
教学设计
一、活动主题
我是小工程师：制作我的肺活量计
本课是“健康小卫士探秘之旅”的最终挑战与成果展示。学生将作为“小工程师”，运用之前学习的呼吸系统知识，亲历“明确需求→设计方案→选择材料→动手制作→测试改进”的工程实践全过程，完成一个能实际测量呼吸功能的“秘密武器”——简易肺活量计。通过对肺活量的测量、记录与分析，将抽象的“呼吸能力”量化为具体数据，从而更深刻理解健康指标的意义，并指向“科学锻炼、强健体魄”的健康行动。
二、课标依据
《义务教育科学课程标准（2022年版）》
1.核心概念5：生命系统的构成层次。
学习内容5.4（3-4年级）：举例说出生活习惯与身体健康的关系，树立健康意识。
2.核心概念13：工程设计与物化。
（1）学习内容13.1（3-4年级）：知道工程是以科学和技术为基础的系统性工作。
（2）学习内容13.3（3-4年级）：根据指定要求，设计与制作简单的实物模型。
三、教材分析
本课是单元的最后一课，也是集探究实践、工程设计与健康应用于一体的综合实践课。教材编排采用了完整的工程设计流程：
1.明确问题：从“怎样知道谁的肺活量大？”这一实际问题出发，引出制作测量工具的需求。
2.制订方案：引导学生思考测量原理（如排水法），并设计制作方案、选择材料。
3.实施方案：详细提供了以“排水法”为核心的制作步骤与操作指南，并引导学生测试、发现问题、寻求改进。
4.展示评价：对作品进行展示、测试与评价。 本课的功能定位不再是新知识的学习，而是知识的综合应用与高阶思维的培养。它以前两课（特别是《我们的呼吸器官》）的知识为基础，将“呼吸”这一生命功能通过工程技术手段进行量化和评估，从而将科学认知外化为健康行动，完美实现了单元学习从“知”到“行”的闭环。
四、教学目标
1.科学观念：知道肺活量是衡量一个人呼吸功能的重要指标；理解简易肺活量计利用“排水法”测量气体体积的基本原理。
2.科学思维：经历简单的工程设计思维过程，能分析原型，并基于测量需求构思制作方案；能对测量数据进行简单的比较、排序和分析。
3.探究实践：能小组合作，根据设计方案选择合适材料，制作一个简易肺活量计；能规范操作，使用自制工具进行测量并准确读数、记录。
4.态度责任：乐于动手制作，面对制作中的问题能积极思考、尝试改进；通过测量与比较，认同体育锻炼对增强肺功能、提升健康水平的重要意义。
五、教学重难点
1.教学重点：理解并运用“排水法”原理，小组合作完成简易肺活量计的制作。
2.教学难点：在制作和测试过程中发现问题（如漏气、刻度不精准），并尝试提出改进方案，体验“设计-制作-优化”的工程迭代过程。
六、教学准备
1.教师准备：多媒体课件（含肺活量概念、不同肺活量计原理图、制作步骤视频或图解）；标准量筒、水槽、大号透明塑料瓶（如2L饮料瓶）、塑料软管、吹嘴（或可弯折吸管）、水、油性记号笔、直尺；《健康小卫士探秘手册（学习单）》；肺活量测量数据汇总表。
2.学生准备：以小组为单位，根据课前选择的方案，准备相应的制作材料（如不同大小的瓶子、各种软管等）。
七、教学过程
（一）情境导入，发布终极挑战
教师活动：
“各位健康小卫士们，欢呼吧！经过前两站的深入侦查，我们已经完全掌握了‘能量工厂’和‘呼吸通道’的机密。但一名顶尖的卫士，不仅要了解身体，更要能评估和提升它的能力！呼吸系统的核心能力之一就是——肺活量。它就像我们身体呼吸引擎的‘排量’，是健康的重要指标。” “现在，总部下达了终极挑战：‘成为小工程师，为我们的探秘小队自主研发一款肺活量检测仪！’ 有了它，我们就能精确测量，知道谁的‘呼吸引擎’更强劲，也能用它来监督我们的锻炼效果。大家有没有信心，把脑海中的知识，变成手中实实在在的‘健康尺’？”
学生活动：
回顾前课关于呼吸的知识，理解肺活量的重要性，对制作和测量任务充满期待。
设计意图：在单元大情境下，将本课定位为“终极挑战”和“成果产出”，赋予学生“工程师”的角色，激发使命感和创造欲。明确将“知识”转化为“工具”的实践目标。
（二）明确原理，初识工程设计
环节1：聚焦问题，理解“肺活量”
教师活动：
“要制作测量工具，首先要明确测什么、怎么测。什么是肺活量？（出示定义）对，就是‘尽力吸气后，再尽力呼出的气体总量’。这个‘气体总量’看不见摸不着，我们怎么捕获并测量它呢？请开动脑筋，小组讨论一下，有什么好办法？”
学生活动：
小组讨论，可能会提出“吹气球看大小”、“用袋子装起来”、“压入水中看排开多少水”等方法。
设计理念：鼓励学生自主思考，从生活经验和已有知识中寻找测量思路，这是工程设计的起点。
环节2：分析原型，确定核心原理
教师活动：
“大家的点子都非常有创意，很多都和科学家的想法不谋而合！看，这些就是基于不同原理的肺活量计（课件展示教材中的测量袋、排水法装置等图片）。其中，利用‘水和空气都能占据空间’的排水法，是我们最容易在实验室实现的。它的核心思想是：把我们呼出的气体‘赶’进一个装满水的瓶子里，气体占了地方，水就会被排出来。我们只要测量排出多少水，就知道呼出了多少气体。” “接下来，请各工程小组，围绕‘排水法’这个核心原理，在学习单上完成你们的初步设计方案：你们计划选用什么做主容器（瓶子）？怎样连接吹嘴？如何标定刻度？需要哪些材料？”
学生活动：
分析教师提供的原理图，理解“排水法”。小组合作，围绕原理绘制简易设计草图，并列出材料清单。
设计理念：提供科学原型，引导学生从发散思维聚焦到可实现的科学原理上。让设计活动有据可依。小组合作完成方案设计，培养工程规划能力。
（三）动手实践，制作与初测
教师活动：
“蓝图已经绘就，现在进入激动人心的制作环节！请各小组根据你们的方案，领取或使用自备材料，开始建造你们的‘健康尺’。制作过程中，请关注几个关键点：1. 密封性：吹气口、管子连接处会不会漏气？2. 可测性：如何让排出的水可以被方便地测量？操作指南已经附在学习单上，供你们参考。” （教师巡回指导，重点关注学生如何解决“瓶子倒置水不流出”、“软管连接”、“刻度标注”等实际问题，鼓励组内讨论解决） “第一批产品下线！请各小组先进行‘内部测试’：派一位同学，按照‘深吸气-紧贴吹嘴-尽力慢吹’的规范操作试一试，观察你们的仪器工作是否正常？能否读出一个数值？把测试情况和发现的问题记录在学习单上。”
学生活动：
小组分工协作，动手制作肺活量计。制作完成后进行组内初测，体验流程，观察现象，并记录问题和初步读数。
设计理念：这是本课的核心实践环节。让学生充分动手操作，将图纸变为实物。在真实制作中必然会遇到技术问题，这正是培养解决问题能力和工程思维（迭代优化） 的宝贵契机。教师作为支持者，提供必要的指导和资源。
（四）测试优化，数据中的发现
环节：测量竞赛与数据分析
教师活动：
“经过调试，相信各位工程师的作品都跃跃欲试了！现在，我们来一场‘健康小卫士肺活量挑战赛’。请每个小组选派一名‘测试员’，使用你们最终改良的仪器，进行正式测量。要求：测量三次，取最大值记录为最终成绩，填入班级总表。” （组织有序测量，并将各小组数据汇总在黑板上或课件中） “数据已经出炉！请大家观察我们的班级数据榜：谁的肺活量暂时领先？你们小组的数据和别的组比，是大了还是小了？ 思考一下：为什么会有这样的差异？可能和什么因素有关？（引导学生联系性别、身高、运动习惯等）” “一个更有趣的发现：回忆上节课，我们知道运动后呼吸会加快。那肺活量大的同学和肺活量小的同学，在平静时，谁的呼吸可能更慢、更平稳呢？这个发现，让我们更深刻地理解了锻炼身体、增大肺活量的意义——它能让我们的身体在平时更‘从容’！”
学生活动：
参与测量竞赛，规范操作，认真记录数据。观察全班数据，进行比较、排序和分析，尝试联系生活经验解释数据差异，理解肺活量的健康意义。
设计理念：通过测量活动将工程作品转化为实用工具。数据分析环节是科学思维的升华，引导学生从具体数据中归纳出规律性认识（肺活量的个体差异及其与健康的关系），将工程实践与健康责任有机融合。此环节融入了数学学科的数据处理与比较。
（五）总结升华，从工具到责任
教师活动：
“太棒了！今天，我们每一位同学都完成了一次了不起的角色跨越——从科学知识的发现者，成为了科学工具的创造者。我们不仅做出了肺活量计，更用它收获了关于自身健康的重要情报。从古至今，人类正是靠着这种‘知行合一’的探索精神，不断发明各种工具来认识世界、改善生活。从古老的华佗‘五禽戏’强身健体，到现代精密的医疗仪器，核心都是对生命的敬畏与对健康的追求。” “这把小小的‘健康尺’，是我们探秘之旅的结晶。希望你们能用它，不仅测量今天的肺活量，更能丈量未来每一天坚持锻炼的足迹。让我们用科学武装头脑，用行动强健体魄，这才是健康小卫士最帅的模样！本单元探秘，圆满成功！”
学生活动：
展示自己的作品，聆听总结，感受从学习到创造、从认知到行动的完整历程，激发自豪感和持续锻炼的健康决心。
设计理念：总结本课乃至本单元的“学-做-用”完整链路。将制作工具的实践升华到人类利用科学工具探索世界的普遍精神，并联系我国传统健身智慧，增强文化自信。最终将落脚点回归学生个人的健康生活承诺，实现科学教育的育人目标。
八、作业设计
1.基础作业（必做）：使用自制的肺活量计，为家里一位成员（如爸爸、妈妈）测量肺活量，并记录数据，与自己的数据进行比较。
2.提升作业（选做）：“产品说明书”：为你制作的肺活量计写一份简短的“使用与保养说明书”，包括操作步骤、注意事项和可能遇到的故障排除方法。
3.拓展作业（选做）：“我的锻炼计划师”：根据本单元所学和肺活量测试的启示，为自己设计一份为期两周的、旨在提高心肺功能的运动计划表（如每周三次跳绳或跑步）。
九、教学反思（预设）
本课是典型的工程实践课，成功的关键在于将充足的时间与主动权交给学生。学生从设计、制作到测试、改进的完整体验，是任何讲授都无法替代的。教学中的难点和亮点都集中在“制作-测试-优化”的循环中，学生遇到并尝试解决“漏气”、“刻度不准”等真实问题，是工程思维最生动的培养。 “教学评一体化”在学习单上体现得尤为明显，从“方案设计”到“制作测试”再到“数据记录与分析”，每一步都有对应的评价指引。班级数据汇总与分析环节，将课堂推向高潮，使学生真切感受到科学工具的威力和健康数据的意义。 情感升华部分将个人创造与人类科学探索历程相连，赋予学生小小的制作以宏大的意义感，有效提升了科学态度与责任素养。
《健康小卫士探秘手册（学习单）》——终极挑战：健康尺
班级：________ 姓名：________ 小卫士编号：________
任务一：工程师蓝图——我们的设计方案
我们小组计划制作的肺活量计，主要利用的原理是：________法。
我们的设计草图（请在下方画出，并标注主要部分）： （此处提供一个空白框供绘图）
我们需要的材料清单：___________________________________________
任务二：车间实践——制作与测试记录
在制作过程中，我们遇到的主要问题是：_____________________________ 我们尝试的解决方法是：_____________________________
初测记录：
测试员：________
肺活量初步读数：约 ________ （单位：格/毫升/其他）
任务三：数据会战——测量与发现
正式测量记录（三次取最大值）：
本小组最佳肺活量值：________
班级最高肺活量值：________ （来自 ________ 小组）
我的数据分析与发现：
我发现肺活量的大小，可能和 、 等因素有关。
肺活量大有什么好处？我认为：
________________________________________________________________。
★ 本次挑战自我评价 ★（在获得的小星星上涂色）
创意设计师：我能参与设计并理解排水法原理。 ☆ ☆ ☆
巧手工程师：我能积极参与制作，并尝试解决问题。 ☆ ☆ ☆
数据分析师：我能准确记录数据，并说出一个有道理的发现。 ☆ ☆ ☆
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