【核心素养目标】2.7 制作与测试我们的小船 教案设计

2.7 制作与测试我们的小船 教案设计
一、核心素养目标
1. 科学观念：完整理解工程设计需经历“问题—设计—制作—测试—评估—完善”的闭环流程，知道设计图是工程制作的核心依据；明确小船的制作需要综合考量材料、结构、载重量、动力、稳定性、成本等多重因素，理解每一项设计调整都会影响小船的最终性能。
2. 科学思维：在小船制作过程中，能融合本单元所学的浮力、载重量、动力、船舵控制等多方面知识与技能，解决制作中遇到的实际问题；能通过测试结果分析小船性能缺陷的成因，提出科学、可落地的改进方案，发展问题分析、逻辑推理与工程优化的科学思维。
3. 探究实践：能严格按照设计方案完成小船的制作，规范使用工具与材料；能根据测试标准完成小船载重量、动力、航行距离、方向控制等多项性能测试，完整记录测试数据；能针对测试中发现的问题，对小船进行调整与优化，提升工程实践、数据记录与问题解决的能力。
4. 态度责任：在小船制作与测试过程中，强化质量意识、成本意识与团队协作意识；愿意与同伴分工合作完成工程任务，在动手实践中体验工程制作的成功与乐趣；养成综合运用所学知识与技能解决实际问题的习惯，培养精益求精、持续优化的工匠精神。
二、教学重难点
1. 教学重点：能以设计图为依据，规范完成小船的制作，明确合理的制作流程与团队分工；能按照统一的测试标准，完成小船各项性能的测试，完整记录测试过程与结果；能针对测试中发现的问题，完成小船的优化改进。
2. 教学难点：能精准分析测试中小船出现性能缺陷的根本原因，结合本单元所学的科学原理，提出科学、有效的改进方案；深刻理解工程设计“制作—测试—评估—改进”的循环过程，建立完整的工程设计思维。
三、教学过程
（一）科学聚焦：回顾设计，明确核心任务
1. 教学活动
（1）旧知回顾导入：带领学生回顾上节课《设计我们的小船》的核心内容，邀请各小组展示最终确定的小船设计图，介绍设计方案中的船体结构、材料选型、动力系统、预算成本与设计原理。
（2）核心问题研讨：提出问题：“作为小小船舶工程师，我们在制作小船之前，为什么要先完成设计图？”组织学生小组讨论后，师生共同明确：设计图是制作小船的核心依据，是我们对小船整体构思的可视化呈现，能帮助我们规范制作流程、控制制作成本、规避制作中的问题，保障小船达到设计的性能要求。
（3）明确本节课核心任务：结合学生的分享，正式公布本节课的工程任务：“我们已经完成了小船的方案设计，今天，我们就要把图纸上的设计变成真实的小船，完成三大核心任务——按照设计图制作小船、规范测试小船性能、针对问题优化改进小船，最终完成一艘符合设计要求的船舶作品。”
（4）明确制作与测试核心要求：向学生公布小船的达标测试标准（至少满足三项）：① 载重量达到200克；② 具备独立的动力系统；③ 能稳定行驶一段距离（不少于1米）；④ 制作成本控制在预算范围内。同时出示制作与测试的评价量表，让学生明确制作、测试、评价的全维度标准。
2. 设计意图：通过回顾上节课的设计方案，实现从“设计”到“制作”的自然衔接，构建完整的工程设计闭环；通过研讨设计图的核心作用，强化学生的工程规范意识，让学生理解“先设计、后制作”的工程原则；通过明确核心任务与测试标准，让学生清晰知晓本节课的学习目标与评价要求，为后续的制作、测试活动提供清晰的指引。
（二）科学探索：动手实践，完成制作、测试与优化
1. 明确制作规范，完成团队分工与材料准备
1. 教学活动
（1）讲解规范制作流程：向学生讲解科学、合理的小船制作流程，明确四大核心步骤：① 准备制作所需的材料和工具，核对设计图的材料清单；② 小组内明确分工，先完成船体、动力系统等部件的分装制作，再进行整体组装；③ 制作过程中严格按照设计图纸操作，安排一名材料监管员，负责材料的选取与用量监管，确保严格按照设计方案取材；④ 制作中如果发现新的问题需要调整设计，必须及时在设计图和经费预算上做出标注与调整，不能随意更改设计方案。
（2）明确团队分工：引导各小组在原有设计分工的基础上，进一步明确制作环节的岗位职责，确保人人参与、各司其职：
- 制作总监：统筹制作全流程，把控制作进度与整体质量；
- 材料员：负责材料的领取、管理、用量核算，控制制作成本；
- 技术员：负责船体裁剪、动力系统组装、船舵安装等技术操作；
- 记录员：负责记录制作中的问题、设计调整、成本变化，填写制作记录单。
（3）材料与工具核对：各小组按照设计图的材料清单，领取泡沫板、铝箔纸、电池、导线、开关、小电动机、小风扇、剪刀、泡沫胶等制作材料与工具，核对材料的规格、数量，确认符合设计要求。
2. 设计意图：通过规范制作流程的讲解，帮助学生建立科学的工程制作逻辑，避免制作的盲目性；通过明确的团队分工，培养学生的团队协作能力，保障制作活动有序、高效开展；通过材料核对环节，强化学生的成本意识与规范意识，让学生养成“按设计方案施工”的工程习惯。
2. 按照设计图，完成小船制作
1. 教学活动
（1）小组制作实践：各小组按照制定的制作流程与分工，开展小船制作。教师全程巡视各小组，进行针对性的指导与帮助：针对船体裁剪、铝箔防水包裹等操作进行技巧指导；针对动力系统电路连接、电机固定等技术问题进行原理讲解与操作示范；提醒学生注意剪刀、热熔胶等工具的使用安全，避免受伤；引导学生在制作中发现设计问题时，先小组讨论优化方案，再调整设计图与制作步骤，做好详细记录。
（2）制作过程复盘：各小组完成小船制作后，对照设计图与评价量表，进行制作过程的初步复盘，检查小船的结构、尺寸、材料是否与设计图一致，动力系统能否正常运行，成本是否控制在预算范围内，梳理制作中遇到的问题与解决方法。
2. 设计意图：通过亲手制作小船，让学生将图纸上的设计转化为实物，实现从理论到实践的转化，培养学生的动手实践能力与工程制作能力；通过教师的全程巡视指导，及时解决学生制作中的技术难题，保障制作活动的顺利开展；通过制作过程复盘，培养学生的反思意识，为后续的测试与优化做好准备。
3. 制定测试方案，完成小船性能测试
1. 教学活动
（1）明确测试规范与记录要求：向学生讲解测试的操作规范，明确四大测试项目与测试方法：
① 载重量测试：将小船平稳放入水槽中，逐个、均匀地向船舱内添加重物（垫圈/螺母），记录小船保持稳定漂浮、不进水沉没时的最大载重量；
② 动力系统测试：启动小船的动力系统，观察动力系统能否持续、稳定运行，记录小船的动力持续时长；
③ 航行性能测试：在水槽中划定起点与终点，启动小船，记录小船的行驶距离、是否能沿直线航行、能否抵达指定目的地；
④ 成本与分工核查：对照设计图，核算小船的最终制作成本，核查小组分工的参与情况，完成评价量表的自评。
同时要求各小组每项测试重复3次，将测试结果、存在的问题详细记录在《测试小船记录单》中。
（2）分组测试实践：各小组按照测试规范，逐项完成小船的性能测试，认真记录每一次测试的数据与现象，教师全程巡视，指导学生规范操作，引导学生精准记录测试中发现的问题，比如载重量不达标、航行偏航、船体侧翻、动力中断等。
2. 设计意图：通过规范的测试流程，培养学生严谨的科学实验态度与数据记录能力；通过多维度的性能测试，让学生全面检验自己制作的小船是否达到设计要求，直观发现小船的性能缺陷；通过重复测试的要求，让学生理解工程测试中减少误差、保证数据准确性的基本原则，强化学生的科学探究素养。
4. 针对测试问题，优化改进小船
1. 教学活动
（1）问题分析与方案研讨：各小组汇总测试结果，梳理小船存在的核心问题，组织小组讨论，结合本单元所学的科学原理，分析问题产生的原因，制定针对性的改进方案，填写《小船改进意见表》。教师引导学生针对典型问题，梳理对应的改进方法：
出现的问题 核心原因 改进措施
载重量未达到200克 船体体积不足、船舷过矮 增大船体体积、加宽船身、加高船舷
航行方向不稳定、偏航 无船舵、动力装置安装偏移 加装船舵、调整动力装置的安装位置
船体不稳定、容易侧翻 船身过窄、重物摆放不均、重心过高 加宽船底、降低船体重心、分舱设计、均匀摆放重物
动力中断、无法持续航行 电路接触不良、电机进水、电池电量不足 重新连接电路、做好电机与电池的防水处理、更换大容量电池
制作成本超出预算 材料浪费、过度选用高价材料 更换性价比更高的材料、回收利用废旧材料、减少材料浪费
（2）小船优化改进：各小组按照制定的改进方案，对小船进行优化调整与二次制作，完成后再次进行测试，验证改进方案的效果，直到小船达到设计要求与测试标准。
2. 设计意图：通过问题分析与方案研讨，培养学生“基于现象找原因、针对原因定方案”的科学思维，让学生学会综合运用本单元所学知识解决实际工程问题；通过小船的优化改进与二次测试，让学生深刻理解工程设计“测试—评估—改进”的核心循环，体会精益求精的工程精神；通过典型问题的方法梳理，为学生提供清晰的改进思路，突破本节课的教学难点。
5. 制作小船说明书，举办小船展览
1. 教学活动
（1）制作小船说明书：指导各小组为自己制作的小船编写说明书，明确说明书必须包含的核心内容：小船名称、制作材料、使用方法、注意事项、小船优点、存在的问题、改进措施，同时可以配上小船的设计图与实物照片。
（2）小船展览与分享：在教室举办“我们的小船”主题展览，各小组将自己的小船、设计图、说明书、测试记录单进行展示，小组之间互相参观、交流，学习其他小组的设计亮点与制作经验。
2. 设计意图：通过编写小船说明书，培养学生的信息整理能力与书面表达能力，让学生对自己的工程作品形成完整、系统的认知；通过小船展览与交流，为学生提供展示与学台，让学生在互相交流中拓宽思路、取长补短，体验工程创作的成就感与乐趣。
（三）科学研讨：深度交流，深化工程设计认知
1. 教学活动
（1）提出三大核心研讨问题，组织学生以小组为单位开展8分钟深度讨论，结合本次制作、测试、改进的实践体验，梳理小组的核心观点，随后进行全班交流分享。
① 在小船制作过程中，你们遇到了哪些问题？是如何解决的？制作环节和最初的设计图有哪些调整？为什么要调整？
② 在测试中，你们的小船出现了哪些性能缺陷？对应的改进方案是什么？改进后的效果如何？
③ 完整经历了“设计—制作—测试—改进”的全流程后，你对工程设计有了哪些新的认识？一个优秀的工程作品，需要具备哪些特点？
（2）研讨交流与总结：
① 针对第一个问题，邀请各小组分享制作中的真实经历，比如“我们制作中发现动力装置安装在船头，小船航行时会抬头翘尾，所以调整了设计，把动力装置改到了船尾，让船体的重心更平衡”“我们原本的设计预算超支了，所以用废旧的矿泉水瓶替代了泡沫板做船体，既保证了漂浮性能，又降低了成本”。通过交流，让学生理解工程制作中“根据实际情况优化设计”的合理性与必要性。
② 针对第二个问题，引导各小组分享测试中的问题与改进经验，互相学习优化小船的科学方法，同时总结核心规律：小船的每一项性能，都对应着特定的科学原理，只有找准问题的根本原因，结合科学原理制定改进方案，才能有效优化小船的性能。
③ 针对第三个问题，师生共同总结工程设计的核心认知：工程设计是一个“反复评估、不断完善”的循环过程，完整的工程流程包括“明确问题—方案设计—制作实施—测试评估—优化完善”；一个优秀的工程作品，不仅要达到设计的性能要求，还要兼顾成本控制、实用性、安全性，同时需要团队成员的密切配合与分工协作。
2. 设计意图：通过三大核心研讨问题，让学生对本次工程实践进行系统的复盘与深度反思，从“动手制作”上升到“工程思维的构建”；通过制作与改进经验的分享，让学生互相学习、取长补短，拓宽工程设计思路；通过对工程设计的整体认知研讨，帮助学生建立完整的工程设计思维，深化对工程与技术的核心理解，落实科学观念与科学思维的核心素养目标。
（四）科学拓展：视野延伸，深化工程实践认知
1. 教学活动
（1）趣味拓展探究：出示纸船承载成年人的图片与视频，提出问题：“一张薄薄的纸，做成纸船后为什么能承载一个成年人的重量？”组织学生小组讨论，结合本单元所学的知识分析原理，最终明确：通过结构设计，增大纸船排开水的体积，就能大幅提升船的载重量，这和我们增大铝箔船体积提升载重量的原理是一致的，让学生进一步理解“结构决定性能”的工程原理。
（2）集体工程实践布置：向学生布置课后集体实践任务：以班级为单位，充分利用身边的废旧材料，合作制作一艘大型的个性化小船，要求具备一定的载重量与动力性能，在下节课进行集体展示与航行测试。
（3）环保理念渗透：向学生强调，在工程制作中，我们可以充分利用废旧材料，既可以降低制作成本，又能实现资源的回收利用，践行环保理念，培养学生的环保意识与创新能力。
2. 设计意图：通过纸船载人的趣味拓展，让学生进一步深化对浮力、载重量原理的理解，拓宽学生的工程视野；通过班级集体工程实践，将小组工程制作升级为集体工程任务，进一步培养学生的团队协作能力与工程实践能力；通过废旧材料利用的引导，将工程制作与环保教育结合起来，实现科学教育与德育的有机融合。
（五）课堂总结：梳理脉络，巩固核心认知
1. 教学活动
（1）知识脉络梳理：带领学生共同回顾本节课的核心内容，构建完整的工程设计知识体系：
① 工程制作核心原则：设计图是制作的核心依据，制作过程需严格按照设计图实施，调整设计必须做好记录与核算；
② 工程制作流程：明确分工→准备材料→分装制作→整体组装→测试评估→优化完善；
③ 工程测试核心：需从载重量、动力、航行性能、成本等多维度开展测试，重复测试保证数据准确，详细记录测试中的问题；
④ 工程设计核心：工程设计是一个“设计—制作—测试—评估—改进”的循环过程，反复优化、不断完善，才能最终达到设计要求。
（2）情感升华：教师进行总结升华：“从一张设计图纸，到一艘真实的小船，再到反复测试、不断优化，我们完整经历了一名船舶工程师的工作流程。在这个过程中，我们不仅综合运用了本单元所学的科学知识，更体会到了工程师们精益求精、团结协作、永不放弃的科学精神。从古至今，从独木舟到万吨巨轮，人类船舶事业的每一次进步，都离不开这样的工程精神。希望大家能永远保持这份动手实践的热情、勇于探索的精神，在未来用自己的智慧，创造出更多优秀的工程作品。”
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内容，构建完整的工程设计知识体系，理清工程实践的完整流程；通过情感升华，让学生体会工程实践的价值与魅力，感受科技创新的力量，激发学生的工程探究兴趣与创新精神，实现科学知识传授与价值引领的有机统一。
（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，考查工程制作的合理流程、设计图的作用、测试中问题的改进方法、小船性能缺陷的成因分析等基础知识点，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：结合各小组小船的测试记录单，设计综合分析题，让学生针对测试中出现的载重量不足、航行偏航、船体倾斜、动力不足等问题，分析成因并提出科学的改进方案，检验学生对核心知识的综合应用能力与问题解决能力。
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；通过情境化的综合分析题，培养学生的知识迁移能力与实际问题解决能力，让学生将所学的科学原理与工程方法融会贯通，全面落实本节课的教学目标。
四、板书设计
制作与测试我们的小船
一、工程制作核心依据：设计图
二、制作流程
明确分工 → 准备材料 → 分装制作 → 整体组装
三、测试核心项目
1. 载重量测试 2. 动力系统测试
3. 航行性能测试 4. 成本与分工核查
四、工程设计闭环
设计 → 制作 → 测试 → 评估 → 改进 → 完善
五、核心原则
反复评估、不断优化、分工协作、严控成本
五、课后作业
1. 优化完善：结合课堂测试与交流的经验，对自己制作的小船进行再次优化与升级，挑战更高的载重量、更长的航行距离，记录下优化方法、科学原理与最终的测试结果，写一份完整的小船工程改进报告。
2. 成果展示：为自己制作的小船拍摄展示视频，介绍小船的设计理念、制作材料、性能特点、制作过程与改进故事，下节课在班级内进行分享展示。
3. 实践创作：利用身边的废旧材料，和家人合作制作一艘创意小船，尝试设计新的船体结构与动力系统，探索更多提升小船性能的方法，感受工程制作的乐趣。