【核心素养目标】2.2 用浮的材料造船 教案设计

2.2 用浮的材料造船 教案设计
一、核心素养目标
1. 科学观念：知道漂浮的天然材料可以制作船舶，理解改变材料的结构与组合方式，能够改变船的载重量和稳定性；认识到人类生产生活的实际需求，是推动造船技术不断进步的核心动力。
2. 科学思维：能针对独木舟的性能缺陷，创新性地设计竹筏/木排的结构方案；能根据测试结果分析竹筏的性能短板，提出科学的改进思路，发展工程设计、对比分析与创新优化的科学思维。
3. 探究实践：完整经历“设计-制作-测试-分析”的工程探究过程，完成竹筏/木排模型的设计与制作；能通过控制变量的方法，对竹筏的载重量、稳定性进行科学测评；通过与独木舟的对比实验，建立船的结构与载重量、稳定性之间的关联认知，提升动手实践、数据记录与合作探究能力。
4. 态度责任：能利用天然漂浮材料完成竹筏的设计与制作任务，在实践中培养创新精神与严谨的工匠精神；在小组合作中养成团结协作、实事求是的科学态度；通过探究船舶的发展历程，体会古代劳动人民的造船智慧与探索精神。
二、教学重难点
1. 教学重点：掌握竹筏/木排的设计原则与制作方法，完成模型的制作与载重量、稳定性的科学测试；通过对比分析，明确竹筏相比独木舟的性能优势，理解船体结构对船舶性能的影响。
2. 教学难点：理解船体底面积、结构组合方式与载重量、稳定性的内在科学关联；能针对竹筏的性能缺陷，提出科学、可落地的优化改进方案，建立工程设计中“发现问题-解决问题”的创新思维。
三、教学过程
一、科学聚焦：情境导入，锁定探究核心
1. 教学活动
（1）情境激趣：以诗句“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”引入，出示竹筏的实景图片与视频，向学生介绍竹筏的基本信息：竹筏又称竹排，用竹材捆扎而成，是我国南方水乡与山区的传统水上交通工具，在船舶发展史上有着重要的地位。
（2）旧知联结：结合上节课《船的历史》中独木舟的相关知识，提出对比问题：“竹筏和我们上节课研究的独木舟，在材料和构造上，有哪些相同点和不同点？”组织学生小组讨论后，师生共同梳理：二者的相同点是均用天然漂浮材料制成；不同点是独木舟由单根木头挖空制成，竹筏由多根竹子捆扎组合而成。
（3）提出核心问题：进一步聚焦探究主题：“相比独木舟，竹筏在稳固性、载重量上有哪些优越性？我们能不能自己动手，用漂浮的材料制作一艘竹筏，测试它的真实性能？”顺势引出本节课的探究主题——《用浮的材料造船》。
2. 设计意图：以学生熟悉的经典诗句切入，贴合小学生的认知特点，快速激发学生的探究兴趣；通过联结上节课的独木舟知识，实现新旧知识的自然衔接，构建完整的知识脉络；通过递进式的问题链，精准锁定本节课的核心探究任务，让学生明确学习目标，为后续的实践探究做好铺垫。
二、科学探索：实践探究，设计制作与测试竹筏
板块1：设计方案，绘制竹筏设计图
1. 教学活动
（1）明确制作要求：向学生明确本次竹筏制作的核心要求：① 先绘制详细的设计图，标注材料、结构、尺寸；② 制作完成的竹筏能稳定地浮在水面上；③ 整体结构牢固、捆扎紧密，不会轻易散架。
（2）材料与工具介绍：向学生介绍本次制作的材料与工具：竹竿/木条、尼龙绳/棉绳、剪刀、锯子（教师辅助使用）、尺子等，讲解工具的安全使用规范，强调制作过程中的安全注意事项。
（3）小组设计创作：组织学生以4人小组为单位，结合制作要求，开展小组讨论，设计竹筏的结构方案，绘制详细的设计图，标注竹竿的数量、长度、捆扎方式、整体尺寸等关键信息。教师巡视各小组，针对设计中的不合理之处（如竹竿长短不一、捆扎方式不牢固）进行引导与优化。
（4）方案分享优化：邀请2-3个小组上台分享自己的设计方案，全班同学共同交流，针对方案的优点与不足提出优化建议，各小组结合建议完善自己的设计图，为后续制作做好准备。
2. 设计意图：通过明确制作要求，为学生的设计创作提供清晰的标准与方向；通过先设计、后制作的流程，培养学生的工程设计思维与规划能力，让学生养成“先思后做”的科学探究习惯；通过方案分享与集体优化，让学生在思维碰撞中完善设计，培养学生的表达能力与批判性思维，同时保障后续制作的顺利开展。
板块2：动手制作，完成竹筏模型搭建
1. 教学活动
（1）讲解制作步骤：结合学生的设计方案，向学生讲解标准化的制作步骤：① 按照设计图，将竹竿/木条锯成统一长度的小段；② 将裁剪好的竹竿平行排列，保持两端对齐、间距均匀；③ 用绳子在竹竿的两端、中间位置进行交叉捆扎，确保每根竹竿都被固定牢固，整体结构平整、不散架。
（2）小组制作实践：各小组按照完善后的设计图，分工合作开展竹筏制作，教师全程巡视指导，重点协助学生完成锯切、捆扎等操作，提醒学生遵守安全规范，同时引导学生关注竹筏的平整度与牢固度，及时修正制作中的问题。
（3）成品初步检验：各小组完成制作后，先对竹筏进行初步检验：观察竹筏是否平整、捆扎是否牢固，轻轻晃动竹筏查看是否有松动，对不牢固的位置进行二次加固，确保成品符合设计要求。
2. 设计意图：通过标准化的步骤讲解，降低学生的制作难度，保障制作活动的有序开展；通过小组分工合作的制作过程，培养学生的动手实践能力、团队协作能力与工匠精神；通过教师的全程指导与安全提醒，既保障了实践活动的安全，又能及时解决学生制作中的问题，让学生在亲手操作中体会古代劳动人民的造船智慧。
板块3：科学测试，测评竹筏的载重量
1. 教学活动
（1）明确测试方案：向学生讲解载重量测试的实验方案，明确实验材料、步骤与注意事项：
① 实验材料：自制竹筏、水槽、螺母/钩码、抹布；
② 实验步骤：将竹筏平稳放入水槽的清水中，待船体稳定后，逐个、均匀地向竹筏上添加螺母，直到竹筏进水、螺母被水浸湿为止，记录竹筏稳定承载的螺母最大数量；
③ 注意事项：添加螺母时要轻放、均匀摆放，避免船体侧翻；实验过程中保持水面平稳，重复测试3次，取最大值作为最终载重量数据；及时用抹布擦干浸湿的螺母，避免实验误差。
（2）分组实验测试：各小组按照实验方案，开展竹筏载重量测试，认真记录每次测试的实验数据，教师巡视各小组，指导学生规范操作，引导学生观察竹筏在加载过程中的变化，比如船体的下沉程度、是否出现侧翻、哪里最先进水等。
（3）实验结论梳理：测试结束后，各小组整理实验数据，师生共同梳理实验结论：竹筏在加载一定数量的螺母后，会出现进水、螺母被浸湿的情况，说明竹筏的防水性较差，无法确保承载的物品保持干燥；不同结构的竹筏，载重量存在明显差异。
2. 设计意图：通过规范的控制变量实验，培养学生严谨的科学实验态度与数据记录能力；通过亲手测试，让学生直观感知竹筏的载重量性能，以及竹筏防水性差的核心缺陷，为后续的研讨与改进提供真实的实验数据支撑；通过实验过程中的观察引导，让学生建立“船体结构与载重量、防水性、稳定性的内在关联”的科学认知，突破本节课的教学重难点。
板块4：对比分析，竹筏与独木舟的性能差异
1. 教学活动
（1）发放对比记录表，组织学生以小组为单位，结合上节课独木舟的测试数据与本节课竹筏的测试结果，从体积、底面积、载重量、稳定性、是否容易浸水五个维度，完成竹筏与独木舟的对比表格填写。
（2）全班交流汇总：各小组分享对比结果，师生共同完善核心结论：相比独木舟，竹筏的底部更宽、底面积更大，因此稳定性更好，不易侧翻；内部承载空间更大，载重量也显著提升，弥补了独木舟的核心性能短板；但竹筏由多根竹竿捆扎而成，缝隙较多，相比独木舟更容易浸水，防水性较差，同时载重量、稳定性仍有较大的提升空间。
2. 设计意图：通过横向对比，让学生清晰、直观地看到竹筏相比独木舟的进步与不足，深化对“结构决定性能”的工程科学认知；通过表格填写与数据对比，培养学生的对比分析、归纳总结能力，同时让学生理解“人类的需求推动船舶技术不断优化”的核心规律，为后续的研讨与拓展做好铺垫。
三、科学研讨：交流分析，深化性能认知
1. 教学活动
（1）提出三大核心研讨问题，组织学生以4人小组为单位开展8分钟深度讨论，结合本节课的设计、制作与测试体验，梳理小组观点，随后进行全班交流分享。
研讨一：相比独木舟，竹筏在造船技术上有了哪些进步？这些进步能解决实际航行中的哪些问题？
研讨二：我们制作的竹筏，还有哪些不足之处？这些不足会给实际航行带来哪些问题？
研讨三：结合竹筏的缺陷，你打算用哪些方法对它进行改造与优化？改造的科学原理是什么？
（2）研讨交流与总结：
① 针对第一个研讨问题，引导学生从结构、性能两个维度梳理竹筏的进步：结构上，从单根木头的挖空制作，变成多根材料的组合捆扎，制作难度更低、材料获取更方便；性能上，更宽的船体带来了更好的稳定性，解决了独木舟容易侧翻的问题，更大的承载空间提升了载重量，能运输更多的人和货物，更好地满足了人类水上运输的实际需求。
② 针对第二个研讨问题，引导学生结合实验现象，梳理竹筏的核心不足：一是防水性差，船体缝隙容易进水，无法保持货物干燥，不适合长距离航行；二是载重量仍有上限，无法满足大宗货物的运输需求；三是船体无遮挡，抗风浪能力弱，只能在平缓的内河航行；四是捆扎的结构长期浸泡在水中，容易松动、腐烂，牢固度不足，使用寿命短。
③ 针对第三个研讨问题，鼓励学生结合本节课的知识，大胆提出科学的改进方案：比如在竹筏表面包裹防水薄膜、涂抹桐油，解决浸水问题；增加竹竿的数量、加宽船体，进一步提升载重量与稳定性；在船身两侧加装平衡支架，防止侧翻；在竹筏上加装船板、船篷，提升抗风浪能力；用更耐腐蚀的材料替代普通绳子捆扎，提升船体牢固度等。同时引导学生理解，加宽船体提升稳定性的核心原理，是增大了船体的底面积，降低了船体的重心。
2. 设计意图：通过三个层层递进的核心研讨问题，让学生对本节课的实践探究进行系统梳理与深度内化，从“动手制作”上升到“原理理解”与“创新优化”；通过小组讨论、全班交流的形式，培养学生的逻辑表达能力、合作探究能力与创新思维；通过对竹筏缺陷的分析与改进方案的设计，突破本节课的教学难点，培养学生的工程创新能力与问题解决能力，真正实现“做中学、探中悟”。
四、科学拓展：启发创新，优化改进竹筏设计
1. 教学活动
（1）船舶发展拓展：出示摇橹木船、明代宝船的图片与资料，引导学生对比观察：“相比我们制作的竹筏，这些后续发展的木船，在结构、材料、动力上有哪些不同？这些设计对我们改进竹筏有什么启发？”组织学生小组讨论，让学生发现木船的船体密封防水、有完整的船舱、动力系统更先进，为竹筏的改进提供了思路。
（2）改进实践任务：向学生布置课后改进任务，让各小组结合本节课的研讨结果，设计竹筏的优化改进方案，绘制改进后的设计图，标注改进的位置、方法与预期效果，课后完成竹筏的优化改造与二次测试，记录改进后的性能变化。
（3）视野拓展：向学生介绍现代筏类船舶的发展，比如旅游景区的观光竹筏、水上救援的充气筏、海上作业的工程筏等，让学生了解传统造船技术在现代生活中的应用与发展，感受传统智慧与现代科技的结合。
2. 设计意图：通过摇橹木船、明代宝船的拓展介绍，拓宽学生的科学视野，让学生进一步理解船舶技术的发展历程，同时为竹筏的改进提供创新灵感；通过改进实践任务，将课堂上的探究延伸到课后，培养学生的持续探究能力与创新优化能力；通过现代筏类船舶的介绍，让学生建立传统技术与现代生活的关联，体会科学技术的传承与发展，激发学生对船舶工程的持续探究兴趣。
五、课堂总结：梳理脉络，巩固核心认知
1. 教学活动
（1）知识梳理：带领学生共同回顾本节课的核心内容，构建完整的知识体系：
① 核心原理：漂浮的天然材料可以制作船舶，改变材料的结构与组合方式，能够改变船的载重量与稳定性；
② 工程流程：船舶的制作需要经历“设计-制作-测试-改进”的完整工程流程，科学的设计是船舶性能的核心保障；
③ 性能对比：竹筏相比独木舟，在稳定性、载重量上有显著进步，但也存在防水性差、牢固度不足等缺陷；
④ 发展规律：人类生产生活的需求，是推动造船技术不断进步的核心动力，船舶技术在不断发现问题、解决问题的过程中持续优化。
（2）情感升华：教师进行总结升华：从一根木头制成的独木舟，到多根竹子捆扎的竹筏，看似简单的结构变化，背后是古代劳动人民的智慧与探索，是人类对水上航行需求的不断追求。小小的船舶，承载着人类不断探索、不断创新的科学精神。希望同学们能永远保持这份动手实践、大胆创新的热情，在未来用自己的智慧，设计出更先进、更环保的船舶。
2. 设计意图：通过系统的知识梳理，帮助学生巩固本节课的核心知识点，构建完整的工程探究知识体系；通过情感升华，让学生体会古代劳动人民的智慧，感受科技创新的力量，激发学生的科学探究热情与创新精神，实现科学知识传授与价值引领的有机统一，落实态度责任的核心素养目标。
六、课堂练习：巩固检验，查漏补缺
1. 教学活动
（1）基础巩固练习：出示选择题、填空题、判断题，考查竹筏的制作要求、漂浮材料的特性、船体结构与稳定性的关系、独木舟与竹筏的性能对比、竹筏缺陷的改进方法等基础知识点，学生独立完成后，集体订正答案，针对错误率较高的题目进行重点讲解，及时纠正学生的认知偏差。
（2）综合应用练习：结合独木舟与竹筏的性能数据，设计综合填表题，让学生补充二者在载重量、稳定性、底面积上的差异，检验学生对核心知识点的掌握情况；结合“独竹漂”的民间绝技设计情境题，让学生运用本节课的知识分析其中的科学原理，培养学生的知识迁移与应用能力。
2. 设计意图：通过分层设计的课堂练习，全面检验学生对本节课核心知识的掌握情况，及时查漏补缺，巩固课堂教学成果；通过情境化的综合应用题，培养学生的知识迁移能力与举一反三的科学思维，让学生将所学知识融会贯通，全面落实本节课的教学目标。
四、板书设计
用浮的材料造船
一、核心材料：漂浮的天然材料（竹子、木头）
二、制作流程：设计→制作→测试→改进
制作要求：能稳定漂浮、牢固不散架
三、性能对比
独木舟 竹筏
底面积 较小 较大
载重量 较小 较大
稳定性 较差 较好
防水性 较好 较差
四、核心原理
改变结构 → 改变船的载重量与稳定性
增大底面积 → 提升船体稳定性
五、改进方向
防水加固、加宽船体、优化结构、提升载重量
五、课后作业
1. 改进实践：结合本节课的研讨结果，完成自制竹筏的优化改进，开展二次载重量与稳定性测试，记录改进前后的性能变化，写一份简短的改进实验报告，说明改进方法、科学原理与改进效果。
2. 观察探究：在家长的陪同下，观察生活中的竹筏、木排、皮划艇等水上交通工具，观察它们的船体结构，分析这样的设计有什么优势，写一段简短的观察记录。
3. 资料查阅：查阅资料，了解我国古代的造船技术发展，找一找除了竹筏、独木舟之外，我国古代还有哪些先进的船舶类型，它们有哪些结构上的创新，下节课在班级内开展“古代船舶小百科”分享会。