2022新苏教版六年级科学下册《STEM学习：节能小屋》教学设计

1、STEM学习节能小屋【课标落实】1本次STEM项目学习通过阅读、实验、设计、制作、展示等活动，落实课程标准高年段的课程目标。科学知识：了解技术是人们改造周围环境的方法，是人类能力的延伸，工程是依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。了解科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。科学探究：能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事实的信息。能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。能基于所学的知识，采用不同的表述方式，如科学小论文、调查报告等方式，呈现探究的过程与结论；能基于

2、证据质疑并评价别人的探究报告。科学态度：能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计与制作，培养创新精神。能接受别人的批评意见，反思、调整自己的探究；在进行多人合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。科学、技术、社会与环境：了解科学技术可以减少自然灾害对人类生活的影响；了解在科学研究与技术应用中必须考虑伦理和道德的价值取向。了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。认识到人类、动植物、环境的相互影响和相互依存关系，了解地球上的资源是有限的，人类活动会对环境产生正面和负面的影响，自觉采取行动，保护环境

3、。2本单元学习内容基于课程标准课程内容中“技术与工程领域”的高年段要求。18.2 工程的关键是设计。利用摄影、录像、文字与图案、绘图或实物，表达自己的创意与构思。将自己简单的创意转化为模型或实物。根据现实的需要设计简单器具、生产物品或完成任务。18.3 工程设计需要考虑可利用的条件和制约因素，并不断改进和完善。根据设计意图，分析可利用的资源。简单评估完成一个产品或系统的可能性、预想使用效果。从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价某个工程设计，并提出改进和完善建议。【教材分析】“节能小屋”属于STEM项目学习单元。它倡导跨学科学习方式，以项目学习、问题解决为导向，将科学、技术、工程、数学有机地

4、融为一体，有利于培养学生的创新能力与综合素养。本单元重在引导学生经历STEM项目学习的过程，让高阶思维在真实的应用场景中真正开启，从而提升学生解决问题的能力。整个STEM学习过程通过学生所做的“工程笔记”串联起来。本次项目学习依照工程实践的流程开展活动，具体细化为六个环节：了解需求、明确问题、前期研究、设计方案、制作改进、评价反思。教材首先揭示现实困境，提出绿色建筑的概念，了解人类需求。然后提出“制作节能小屋”的任务，让学生明确这个任务的具体要求及需要解决的问题。接着进入前期研究环节，采用多种方法回顾以往科学课的相关学习内容，运用查阅资料、实验探究等方法对有关技术问题展开前期研究，包括建筑散热

5、途径、节能建筑保温隔热技术、材料保温隔热性能，以及本地区所处地理位置的气候特点，这是后续设计节能小屋需要考虑的重要因素之一。在此基础上，学生进行节能小屋的方案设计、讨论交流形成最佳方案、画出设计示意图。随后让学生依据各自的设计方案，选择合适的材料和工具制作实物模型。最后由学生根据节能小屋节能效果的检测情况，对整个设计和制作过程进行回顾反思。整个项目学习强调学生经历一个完整的工程实践过程，培养小组有效分工及合作能力，逐步提升学生的技术与工程素养。【学情分析】学生通过低、中年段的专项学习，已经在模仿工程师的工作，尝试设计并制作物品。五年级下册的“立体小菜园”项目是学生开展STEM单元的初步尝试。本

6、单元开展的“节能小屋”，更是通过引导学生经历 STEM 项目学习的全过程，提高在真实情境下解决问题的能力。在实际教学中，有些学生认识不到化石能源的消耗是个问题，认为是一件“天经地义”的事情；也有部分学生有一点这样的意识了，可要想把它说清楚，还是有点难度。因此，教师要充分联系学生的居家生活，通过教学对话，把学生的认识提上去，意识调出来，想法说出来，“节能小屋”让学生在模仿工程师的工作方式中学习，其本质还是学习，通过对已有科学知识的运用和迁移，促进学生建构科学大概念，提升实践能力。因此，教师不能过度纠结于学生做出的节能小屋模型的质量，或者说不要把这一单元上成劳动技术课。受限于小学生的实际情况，他们

7、的知识和能力都有所欠缺，如果过分追求物化成果，可能会出现无视学生实际而刻意拔高要求，强行灌输知识点、训练技能点的情况。【教学目标】1经历“节能小屋”从需求到建成的全过程，能够列举并说明STEM项目学习的大致流程。2能够梳理回顾已有知识，并将这些知识应用到问题情境中，对解决问题产生作用。3能够识别所要解决的问题，能够将各种想法汇集起来，运用一定的策略形成一个完整的建设方案。4能够基于测试结果进行评价反思，并联系前期研究、设计方案等环节，做出调整。【教学重点】经历STEM项目学习各环节；针对问题进行前期研究；形成节能小屋的设计方案。【教学难点】确定节能小屋的设计方向；在每个设计点上做出决策；基于检

8、测结果开展评价反思。【教学准备】教师材料：“问题小屋”模型、PPT课件、相关视频。学生分组材料：方格绘图纸、2B铅笔、题板、便签纸、纸板（或手工木板、KT板）、竹条（或桐木条）、太阳隔热膜、保温板（或棉花、泡沫板、海绵）、防晒隔热漆、纸板切割机（或儿童手工锯）、热熔胶枪、剪刀、刻刀、直尺、温度计（酒精温度计、热电偶温度计）、50mL烧杯、水。【教学时间】4课时【教学过程设计】第一课时一、了解需求，明确问题探究活动教师活动学生活动探究意图（一）导入：分析现状，揭示需求1. 引入课题。谈话：同学们好！欢迎你来参加节能小屋这个项目的学习，看到这个课题，你可能会产生哪些问题呢？强调：要想解决这些问题，

9、还得从“能”这个字说起。2. 认识到化石能源的消耗及其带来的环境污染是全球话题。（1）谈话：当今社会快速发展，化石能源的消耗及其带来的环境污染，正成为一个全球性的话题。这两幅漫画形象地表达了现在人类所面临的状况。一方面，无节制地开采化石能源，造成能源枯竭；另一方面，无限制地使用化石能源，造成环境污染。（2）说到能源消耗的“大户”，大家可能立刻就会想到汽车、飞机、工业生产等，可是，你很可能忽略了这样一类物体建筑。它们是人们起居作息的庇护，是文化生活的场所；它们是现代化城市的“地标”；它们被誉为“凝固的艺术”它们有一个共同的名字建筑。（3）人们的生产生活一刻也离不开建筑，随着建筑数量的不断增加，功

10、能不断丰富，建筑对认识到化石能源的消耗及其带来的环境污染是全球话题。（4）人们的生产生活一刻也离不开建筑，随着建筑数量的不断增加，功能不断丰富，建筑对化石能源的消耗也越来越大，建筑节能成为迫切需求。3. 认识到建筑能耗越来越大，建筑节能成为迫切需求。（1）讨论生活中的能耗。（2）说数据 看一组数据。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例竟然高达3040%，而且上升速度非常快。其中绝大部分是采暖和空调的能耗。，在整个建筑能耗中空调系统的能耗占约40%左右。（3）谈体会：看到这些数据，你有什么想法？预设：什么是节能？为什么要节能？为什么要建节能小屋？节能小屋长什么样？节能小屋怎么建？预设：在寒冷的冬

11、季，需要靠采暖、空调保持室内的温度； 在炎热的夏季，需要靠空调来隔绝室外的热浪；干燥时需要加湿，潮湿时需要抽湿，而这些往往都需要消耗能源才能。学生谈体会。设计意图：教师结合现实生活，给出真实数据，用图文并茂的方式，将节能与真实社会需求进行有效链接，使得学生产生参与工程设计的同理心与社会认同感。（二）聚焦核心技术，梳理已有知识1.了解工程师的思维特点，以及他们解决问题的办法。（1）面对问题，人们都在努力想办法解决。但是不同人解决问题的思路和方法是不同的。（2）在众多人中，工程师的思维方式很特别。他们是做出一个产品来解决问题。建筑工程师想，让建筑保持冬暖夏凉，但是无须空调和暖气，这不就大大地节能了

12、吗？(3)建筑工程师设计出无须空调和暖气也能保持冬暖夏凉的建筑，人们亲切地将这些建筑称为“绿建筑”。(4)绿建筑所倡导的理念是，“舒适健康的人居环境”“最少地消耗自然资源”“最少地影响外界环境”。(5) 在这个项目中，我们要学着建筑工程师的思路来想问题、解决问题。2. 讨论绿建筑的关键技术：保温隔热。（1）绿色建筑有一个特点，无须空调和暖气也能保持冬暖夏凉。那你认为其中的关键技术是什么？（2）什么是保温隔热呢？保温，就是使热量的散发传导速度减慢，使温度保持在一定的数值。就像我们冬天睡觉盖被子，虽然被子不会发热，但是它能使热量不向外散发。隔热，就是限制或减弱物体之间进行传热，阻止热量进入。还是以

13、被子为例，卖冷饮的商贩会用棉被盖住冰柜，减少冰柜和外界的热传递。（3） 怎么才能做到保温隔热呢？除了盖棉被，我们以前学过哪些保温隔热的知识，可以用到绿建筑的设计上，实现保温隔热？（出示PPT：保温隔热知识点回顾，逐一点击）讨论。黑色物体吸热效果好；物体导热性能有的好有的差；一年四季影子长短不同；双层玻璃具有保温效果。（4） 谈话：我们就要带着这些知识储备，挑战一个棘手的任务。学生讨论。预设：保温隔热学生讨论。预设：黑色物体吸热效果好。我们可以选用浅色的材料。我们做过物体导热性实验，知道物体导热性能有的好有的差。选择导热性能差的材料，可以起到保温隔热的效果。一年四季影子长短不同，这是由于一年四季

14、中太阳高度的变化所造成的。可以通过屋檐、遮阳棚等遮挡阳光，来控制阳光的摄入量，冬天让阳光多照进屋内一些，夏天最好不要照到屋子里。双层玻璃具有保温效果。很多建筑采用双层玻璃技术来保温隔热的。设计意图：工程就是应用数学、科学和技术领域的概念来系统地解决复杂问题，为学习者提供了一种解释概念的良好背景环境。而学生基于问题，调动头脑中已储备的“保温隔热”知识，更这有助于学生充满动力地参与对概念的理解与运用。（三）提出任务，明确问题1. 提出任务。学校科技创新大赛今年的赛题是“运用所学知识建造一个节能小屋”。要求是：小屋的长、宽、高分别为21厘米、21厘米、21 厘米，南北朝向，南北都有窗户，墙的厚度不超

15、过2厘米。需在两周内完成。采用冷水升温控制程度检测节能效果。2. 明确问题，预期成果。（1）这是一个不同于我们以往学习内容的复杂任务，要明确任务要求和需要解决的问题。（2）请同学们把建造节能小屋的任务、要求及需要解决的问题填写在表格中。（3）（出示PPT：测试方法）我们做成的是一个小房子，这个房子要能接受检测。具体来说，就是模拟夏天高温天气，水温度上升越慢，节能效果越好。学生填写表格设计意图：通过识别问题与任务，有助于学生清楚而准确地设计工作目标，规划工程进度，同时厘清工程任务的制约因素与任务标准，据此提出设计观点。第二课时二、前期研究探究活动教师活动学生活动探究意图（一）聚焦围护结构，找准节

16、能设计的着眼点1. 资料学习：低能耗建筑的节能技术。（1）节能建筑的设计非常复杂，其中会运用很多新的材料、新的技术。让我们来看看这一幢超低能耗示范楼都运用了哪些节能技术。（2）这里有很多新技术。譬如：太阳能集热器搜集相关资料，了解这些节能技术的节能方法，填写表格。2. 认识建筑的围护结构。（1）如果我们对这些技术进行一个分类，会发现它们都是针对在外墙、门窗、屋顶、地板等方面。这些地方都是房屋的外围结构。（2）讨论：为什么会有这样的特点呢？（3）工程师研究了普通房屋的散热情况，发现热量都是从屋顶、墙体、窗户、门、地板这些地方散出去的。（4）围合建筑空间四周的墙体、门、窗等，能够有效地抵御不利环境

17、的影响，建筑工程师称为围护结构。房屋与外部的热量交换，绝大多数都是通过围护结构进行的。（5）这里说的是保温性能，反映的是冬季由室内向室外的传热过程。隔热性能反映的是夏季由室外向室内以及室内向室外的传热过程，道理是一样的，热也是通过围护结构进到房屋内。（6） 小结：也就是说，房屋的保温隔热，其实就是说围护结构的保温隔热，具体来说，就要在房屋的屋顶、墙体、窗户、门、地板的设计上做文章。小结：我们要做的事情就是针对围护结构的各个组成部分进行节能设计。学生小组讨论，并完成记录表。学生根据活动记录展开交流。学生讨论。设计意图：前期调查能为形成设计观点并对设计观点进行批判性分析提供必要的信息。在本项目中，

18、就是要在开始制造节能小屋之前，引导学生对建筑师已有的一些节能措施进行调查与分析，了解其已经做过的工作，从中获得启发与灵感，同时避免重复劳动。（二）确定设计点，谋划前期研究的思路1. 从节能的角度分析房屋模型的问题。（1）既然要在围护结构上做文章，接下来我们就要进一步思考，屋顶怎么设计，墙体怎么设计，窗户怎么设计，等等。不仅要考虑美观，关键要考虑怎么节能。（出示两个纸板“问题小屋”模型）（2）从节能的角度评价这个房屋，看看存在哪些问题。2. 确定设计点。（1）就某一个部分来说，比如窗户，你会从哪些方面来考虑它的设计呢？（材料的选择，造型，位置、数量，等）（2） 注意，这些东西都要组合在一起的，所

19、以还要考虑连接技术。（3） 综合起来看，我们可以用气泡图来确定设计点。3.激发前期研究的需求。（1）每一个点上又该怎么设计呢？（2）需要开展一些研究学生讨论。预设：纸板的保温隔热效果不好。窗户少，采光不够；如果窗户太多太大，冬季保温效果不好，夏季隔热效果不好。西边窗户太大，容易造成西晒。屋檐太短，冬季阳光可以更多地射进来，但是夏季太晒。预设：（1）材料：可以指向下面的材料研究，只以墙体为例；（2）位置和数量：可以指向根据太阳一天移动规律改进窗户设计；（3）造型：可以指向屋檐的造型设计。（三）动用不同的方法开展前期研究1. 研究墙体材料的选择。（1）（出示PPT：房屋散热情况动图）根据“房屋散热

20、情况图”，我们可以知道，墙体的散热占了房屋散热的大头，因此首先要考虑墙体设计。选什么材料呢？这里需要考虑的因素很多，这其中你觉得首要考虑的因素是什么？（隔热性）建筑工程师也是这样考虑的。他们会考察市面上常用的各种建筑材料的特性，首要考察隔热性，再兼顾其他各种因素，反复比较，做出选择，例如材料的隔热性能。(2) 我们怎么选材？首先明确要求：墙体不能超过2厘米。（出示PPT：材料图片）可选的选材：l 基本材料：纸板，高密度板；l 保温隔热材料：隔热涂料，保温板；进行材料价格测算。可能的材料组合，每一种组合都要同时考虑隔热性、价格、强度、厚度、加工难度等因素。现在我们利用这些信息建立表格。你会选择哪

21、一个材料组合呢？请仔细研究每一个因素，完成表格。用1-5等级给每个项目评分。5代表最重要，1代表最不重要。比如“隔热性”一栏，隔热性最好的就是5分，最差的就是1分。各组完成打分，并合计。讨论：现在有决定了吗？（3）小结：选材，要考虑很多因素，可以用“矩阵决策法”这个策略帮助决策。2. 借助太阳东升西落的模拟实验确定节能小屋窗户的布局。(1) 谈话：任务要求中提到，节能小屋要求南北朝向，南北有窗户。出示问题小屋，现在这个小屋符合要求吗？怎么增加窗户？加在哪里？几个？多大？是不是被这一连串问题问得有点晕？（2）窗户有什么作用？然而窗户又是最容易造成热量进出的部位，所以说窗户不是越大越好，越多越好。

22、（3）我们知道，自然界热量的主要来源是太阳。窗户的设计要考虑一天中太阳位置的变化。（4） 演示实验：一天中太阳的移动讨论：白天太阳的移动有什么规律？预设：太阳东升西落。太阳高度有变化，正午的时候最高，早晚低。知识补充：以江苏为例，江苏的纬度大约在北纬31°32°，北回归线大约在北纬23.5°，因此太阳总是在我们的南边。这一现象对于改进窗户设计有什么启发？3. 测试屋檐设计对阳光入射量的控制效果。(1) （出示PPT：“问题房屋”）前面同学们提到，这个房屋的屋檐太短了。（2）屋檐有什么功能？（2） 夏天热，我们希望阳光少照进房间；冬天冷，我们希望阳光长时间照进房间。

23、怎么才能做到呢？屋檐应该怎么设计呢？（3）讲解：在我们江苏，如果都在正午12:00，夏天和冬天太阳的位置是不同的。夏天太阳高度角大，冬天太阳高度角小。我们学过太阳高度角的知识，太阳高度角越大，辐射越大，气温越高；反之，太阳辐射强度小，气温就低。（5）现在我们来根据阳光直射点的变化，通过实验模拟冬天和夏天阳光照射房屋的情况。演示实验：手电筒照射纸板房屋模型，调节手电筒的位置模拟四季，看到阳光照射到房间内的情况。（6）讨论：屋檐怎么设计，有想法了吗？（7）小结：我们可以给房屋加装屋檐，并且可以调节屋檐的长度，满足要求。4. 讨论：连接技术的选择。（1）为什么要把连接技术也考虑在内呢？（2） 你们用

24、过的连接技术有哪些？在这个项目上有什么选择吗？（热熔胶枪）学生讨论。预设：比如价格：价格要低，否则房屋成本太高；隔热性：隔热性要好，否则达不到节能要求；强度：强度要大，否则房屋不够坚固；厚度：厚度要薄，否则人的活动空间就会变小；加工难度：加工难度要小，否则耗费太多人工、时间，不划算；l 其他因素如：隔音、防水、耐用、辐射、密封性等。学生完成矩阵图。学生讨论。预设：采光、通风、围护。学生讨论。预设：上午和下午，太阳高度低，如果东西向窗户很大，阳光会大量、长时间照进屋内。特别是下午，如果西边窗户太大，就会造成我们说的西晒。因此，东西两边开小窗户，证一定的采光通风就行了。也可以不开窗户。南、北两边可

25、以开大窗户。学生讨论，预设：挡雨，防水；遮阳；起美观作用。学生讨论。学生讨论，预设：因为墙体、门窗、屋顶，各个部分的密封性都要很好。设计意图：工程设计可以借助模型，来预测所考虑到的不同解决途径在实践中的执行情况。教师引导学生结合“保温节能”这两个因素进行分析，通过实验演示，调动生活经验，识别出切实可行的设计点。第三课时三、设计方案，制作改进探究活动教师活动学生活动探究意图（一）引导学生根据前期研究的结果进行方案设计1.根据前期的研究，我们现在要集思广益，讨论节能小屋的设计方案了。2.由于需要考虑的因素非常多，我们可以借助一个叫做“表格建构法”的策略来帮助我们谈论方案设计。3.发给每个小组一块题

26、板，上面有画好的表格。强调：不管你怎么决定，问自己一句：“我用到的节能技术是什么？”一会儿我们来汇报。学生小组讨论并填写。设计意图：引导学生围绕“节能技术”这个关键词，借助表格整理设计思路。（二）小组间交流想法，互评互议，形成最佳方案。1. 以小组为单位，结合“表格建构法”题板，汇报设计方案。2. 学生需要说清楚每一点上的想法是什么。教师注意挑战学生背后的想法，或追问：“你这里的节能技术是？”或小结：“你这里的节能技术是”。4. 将学生所运用的节能技术，用便签纸写好，贴在表格上。学生讨论。预设：墙体：防晒漆隔热；屋顶：外遮阳，屋檐；窗户：内遮阳，静电太阳膜；门：外防晒漆隔热，内保温板隔热；地板

27、：保温板隔热。设计意图：工程设计不是提出单一的正确答案，而是在几个可能的答案中识别出最好的解决途径。学生根据标准用表格法给出切实可行的选项排序，就每个设计的不同优势和缺点进行批判性的评估，有助于他们删选出最佳方案。（三）根据设计方案画出设计图。1.谈话：在制作节能小屋之前，我们必须先画出设计图。对于建筑工程师来说，画设计图是制造建筑非常重要的环节，也是一项非常专业的工作。我们达不到那样的专业要求，我们画的是简单的“设计示意图”。2.画设计示意图是一个把头脑中的想法表现在图纸上的过程。示意图包括三个部分：立体草图就是节能小屋整体造型是什么样的；正视图从正面看小屋是什么样的；左视图从左边看小屋是什

28、么样的；提出要求：每张图上都要标清楚构建具体的尺寸，便于制作的时候裁切用料。学生绘制设计示意图。对于工程师来说，绘制设计对象是一项非常重要的专业技能。基于小学生的能力水平，尚不能精准地表现出物体的空间感，但可以尝试把简图和想法画下来。三视图就是一种很好的表现方式，一般以主视图为主，高年级的学生还可以尝试绘制俯视图与左视图，图上标注物体的大概尺寸及文字信息，这种形象的表达能够帮助学生简化头脑中复杂的设计思路。（四）按照设计方案制作节能小屋。1. 接下来我们要按照设计方案，制作节能小屋。制作的过程三个人要分好工，合作好。2.发给学生“建造过程问题调整单”题板。要求：在建造过程中发现问题，应及时作出

29、调整，并明确为什么这样调整。学生制作节能小屋。设计意图：学生根据设计图纸建立相应的实物模型，在制作制作过程中发现作品的缺陷或优点，论证设计方案的可行性，并在此基础上获得修改与优化的策略。第四课时4、 测试与评价反思探究活动教师活动学生活动探究意图（一）检测节能小屋的节能效果1.介绍节能小屋的检测方法（1） 小屋按照“坐北朝南”的方位放置好。（2）利用2000瓦钨丝灯从斜上方对节能小屋进行照射，模拟夏季骄阳似火的高温天气。（3）取50ml量杯装40ml自来水，用普通酒精温度计测得初始温度；热电偶温度计测得杯壁初始温度。（4）以15分钟为单位时间，测三次，看室内温度控制的效果如何。2.发给学生“节能小屋节能效果监测数据记录表”题板。学生实际测量。设计意图：基于测试的结果，学生会优化他们的设计方案。这个过程要求学生对照问题标准和目标，对结果进行分析。（2） 反思评价谈话：根据节能小屋节能效果的检测情况，我们可以对节能小屋整个设计和制作过程进行一个回顾、反思。可以从三个面进行。1. 对标找差。发给学生“节能小屋验收检查单”题板。对照标准，检查节能小屋是否符合要求。2. 结果与设计比较。（1） 将“节能小屋验收检查单”和“节能小屋设计方案表格建构法”进行对比。（2）指