2022新苏教版六年级科学下册《STEM学习：节能小屋》教学设计

苏教版小学科学六年级下册STEM苏教版小学科学六年级下册STEMPAGE10STEM学习《节能小屋》【课标落实】1．STEM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。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。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为导向，将科学、技术、工程、数学有机地融为一体，有利于培养学生的创新能力与综合素STEMSTEM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】五年级下册的“立体小菜园”项目是学生开展STEMSTEM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】STEM程。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。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。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；基于检测结果开展评价反思。【教学准备】PPT学生分组材料：方格绘图纸、2B（或手工木板、KT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【教学时间】4课时【教学过程设计】第一课时探究活动教师活动探究活动教师活动学生活动探究意图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，看到这个课能？为什么要节（一）导题，你可能会产生哪些问题呢？能？为什么要建节入：分析现强调：要想解决这些问题，还得从能小屋？节能小屋状，揭示需“能”这个字说起。长什么样？节能小求2.认识到化石能源的消耗及其带屋怎么建？……来的环境污染是全球话题。谈话：当今社会快速发展，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无限制地使用化石能源，造成环境污染。说到能源消耗的“大户——建筑。人们的生产生活一刻也离不人们的生产生活一刻也离不

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。讨论生活中的能耗。说数据①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30—40%，而且上升速度非常快。②其中绝大部分是采暖和空调的40%左右。有什么想法？们解决问题的办法。面对问题，人们都在努力想和方法是不同的。在众多人中，工程师的思维大大地节能了吗？建筑工程师设计出无须空调和（二聚焦核心技术，

需要靠空调来隔绝学生谈体会。

就是应用数学、科学和技术领域梳理已有知识

绿建筑所倡导的理念是

的概念来系统地解决复杂问题，为学习者提供了在这个项目中，我们要学着建讨论绿建筑的关键技术：保温

学生讨论。预而学生基于问隔热。绿色建筑有一个特点，无须

设：保温隔热学生讨论。预

题，调动头脑中已储备的“保温隔热”知识，更为其中的关键技术是什么？

设：①黑色物体吸热这有助于学生充效果好。我们可以选满动力地参与对①保温，就是使热量的散发传导速用浅色的材料。②我概念的理解与运度减慢使温度保持在一定的数值就们做过物体导热性像我们冬天睡觉盖被子虽然被子不会实验知道物体导热发热，但是它能使热量不向外散发。 性能有的好有的差

用。]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。

隔热的效果。③一年四季影子长短不同，怎么才能做到保温隔热呢？这是由于一年四季①除了盖棉被我们以前学过哪些中太阳高度的变化保温隔热的知识可以用到绿建筑的设所造成的可以通计上，实现保温隔热？ 屋檐遮阳棚等遮②（PPT：保温隔热知识点回阳光，来控制阳光的顾，逐一点击）讨论。黑色物体吸热效果好；一年四季影子长短不同；双层玻璃具有保温效果。识储备，挑战一个棘手的任务。提出任务。学校科技创新大赛今年的赛题是

天最好不要照到屋筑采用双层玻璃技术来保温隔热的。212121（三提出南北都有窗户墙的厚度不超过2厘米任务明确需在两周内完成采用冷水升温控制程问题 度检测节能效果。明确问题，预期成果。这是一个不同于我们以往学需要解决的问题。请同学们把建造节能小屋的格中。（3（PPT：测试方法）效果越好。

学生填写表格

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。]二、前期研究探究活动

第二课时

学生活动 探究意图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

学生小组讨论，调查能为形成设（一

都运用了哪些节能技术。这里有很多新技术。譬如：

并完成记录表。

计观点并对设计观点进行批判性围护结构，太阳能集热器……搜集相关资料了解记录展开交流。 分析提供必要的找准节能这些节能技术的节能方法，填写表格。信息。在本项目设计的着2.认识建筑的围护结构。中，就是要在开眼点（1）如果我们对这些技术进行一始制造节能小屋个分类，会发现它们都是针对在外墙、之前，引导学生门窗、屋顶、地板等方面。这些地方都对建筑师已有的是房屋的外围结构。学生讨论。一些节能措施进（2）讨论：为什么会有这样的特行调查与分析，点呢？了解其已经做过（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、的工作，从中获得启发与灵感，窗户、门、地板这些地方散出去的。同时避免重复劳（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的动。]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。这里说的是保温性能，反映小结：也就是说，房屋的保护结构的各个组成部分进行节能设计。1.从节能的角度分析房屋模型的学生讨论。预设：问题。 纸板的保温隔热既然要在围护结构上做文章，接果不好。（二确定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。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，冬季阳光究的思路2.确定设计点。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）的，所以还要考虑连接技术。来确定设计点。3.激发前期研究的需求。每一个点上又该怎么设计呢？需要开展一些研究可以更多地射进来，但是夏季太晒。……材料：可以指只以墙体为例；可以指向根据太阳一天移动规律改进窗户设计；造型：可以指向屋檐的造型设计。1.研究墙体材料的选择。（1（PPT：房屋散热情况动图）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。②选什么材料呢？这里需要考虑的因素很多，③这其中你觉得首要考虑的因素是什学生讨论。预设：比如——则房屋成本太高；隔热性：隔热性要强度：强度要大，否么？（隔热性）④建筑工程师也是这样考虑的。他们会则房屋不够坚固；厚度：厚度要薄，否设计可以借助模型，来预测所考考察市面上常用的各种建筑材料的特则人的活动空间就虑到的不同解决性，首要考察隔热性，再兼顾其他各种会变小；途径在实践中的（三动用因素，反复比较，做出选择，例如材料加工难度：加工难度执行情况。教师的隔热性能。要小，否则耗费太多引导学生结合(2)我们怎么选材？“保温节能”这期研究①首先明确要求：墙体不能超过2厘其他因素如：隔两个因素进行分米。音、防水、耐用、辐析，通过实验演可选的选材：射、密封性等。示，调动生活经基本材料：纸板，高密度板；验，识别出切实进行材料价格测算。③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。④现在我们利用这些信息建立表格。⑤你会选择哪一个材料组合呢？请仔细研究每一个因素，完成表格。学生完成矩阵图。1-55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1⑦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。①出示问题小屋，现在这个小屋符合要苏教版小学科学六年级下册STEM苏教版小学科学六年级下册STEM1求吗？点晕？窗户有什么作用？然而窗户又是户不是越大越好，越多越好。我们知道，自然界热量的主要来阳位置的变化。演示实验：一天中太阳的移动正午的时候最高，早晚低。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。③这一现象对于改进窗户设计有什么学生讨论。预设：启发？ 光、通风、围护。测试屋檐设计对阳光入射量的控制效果。(1)（PPT

学生讨论。预设：前面同学们提到，这个房屋的屋檐太短度低，如果东西向窗了。（2）屋檐有什么功能？

户很大，阳光会大量、长时间照进屋内。间冬天冷我们希望阳光长时间照进特别是下午如果房间怎么才能做到呢？屋檐应该怎么边窗户太大就会设计呢？ 成我们说的西晒苏教版小学科学六年级下册STEM苏教版小学科学六年级下册STEMPAGE1812:00，度角小。我们学过太阳高度角的知识，开窗户。太阳高度角越大，辐射越大，气温越高；南、北两边可以开大反之，太阳辐射强度小，气温就低。

窗户。学生讨论，预设：①季，看到阳光照射到房间内的情况。吗？讨论：连接技术的选择。呢？这个项目上有什么选择吗？（热熔胶枪）

学生讨论。学生讨论，预设：因各个部分的密封性都要很好。探究活动教师活动探究活动教师活动学生活动探究意图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。（一引导2.学生根据们可以借助一个叫做“表格建构法”前期研究的策略来帮助我们谈论方案设计。学生围绕“节能的结果进3.学生小组讨论技术”这个关键行方案设计

画好的表格。会儿我们来汇报。

并填写。 词，借助表格理设计思路。]（二）小组以小组为单位，结合“表格建构法”题板，汇报设计方案。学生需要说清楚每一点上的想法，或追问：“你这里的节能技术是？”或小结：“你这里的节能技术学生讨论。预设：墙体：防晒漆隔热；屋顶：外遮阳，屋檐；最好的解决途间交流想是……”。窗户：内遮阳，径。学生根据标法，互评互4.将学生所运用的节能技术，用静电太阳膜；准用表格法给出议，形成最佳方案。便签纸写好，贴在表格上。门：外防晒漆隔热，内保温板隔热；地板：保温板隔热。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。]单的“设计示意图”。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。示意图包学生绘制设计对于工程师来体的空间感，但（三）根据括三个部分：立体草图就是节能小屋整体造型示意图。可以尝试把简图和想法画下来。设计方案是什么样的；正视图从正面看小屋是什三视图就是一种画出设计图。么样的；左视图从左边看小屋是什么样的；料。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）按照接下来我们要按照设计方案，好工，合作好。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学生制作节能过程中发现作品小屋。样调整。小屋。第四课时四、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1.介绍节能小屋的检测方法[设计意图：基能小屋的节（1）小屋按照“坐北朝南”的于测试的结果，能效果方位放置好。学生会优化他（2）利用2000瓦钨丝灯从斜上们的设计方案。方对节能小屋进行照射，模拟夏季骄这个过程要求阳似火的高温天气。学生对照问题（350ml40ml标准和目标，对用普通酒精温度计测得初始温度；热结果进行分电偶温度计测得杯壁初始温度。学生实际测析。]（4）以15分钟为单位时间，测量。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。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。[设计意图：学可以从三个面进行。生在比较自己1.对标找差。的预测和实际发给学生“节能小屋验收检查单”学生以小组为的测试结果后，（二）反思题板。对照标准，检查节能小屋是否单位进行填写。应对自己的设评价符合要求。计长处和缺陷2.结果与设计比较。进行批判性思（1）将“节能小屋验收检查