小学科学跨学科项目化学习案例

小学科学跨学科项目化学习案例水位自动报警器的设计与制作一、项目简介本项目的设计源于校园生活中，用水量大、漏水等情况导致水资源浪费，由此确定了本项目的内容为设计并制作一个在水位上升到一定程度时能够发出警报的报警装置。通过这一项目，让学生经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程。本项目旨在培养学生的工程思维，设计能力，以及团队合作与问题解决能力等，提升学生的核心素养。二、项目目标科学：1.会测量力的大小，并用力的图示来表示力的三要素；2.通过实验认识物体所受浮力大小与排开液体体积的关系，并解释生产生活中有关的现象，能够据此计算出产生相应浮力所需物体体积大小；3.知道电路的基本组成，会画电路图，会连接简单的电路。数学：1.理解点到直线的距离的意义，能度量点到直线的距离；2.能从几何的角度发现设计图中的问题，经历用几何直观和逻辑推理分析问题并解决问题的过程，培养创新意识和应用意识。3.从数学角度观察与分析、思考与表达、解决与阐述社会生活以及科学技术中遇到的现实问题。工程技术：1.知道跨学科解决实际问题的方法，并尝试解决实际问题；2.尝试制作把科学原理转化为技术的简单展示模型；3.知道科学对技术与工程具有指导意义；4.能从批判性思维角度，基于证据讨论涉及理论争议的技术与工程问题，并作出理性判断；5.能运用所学的学科核心概念和跨学科概念，根据需要提出发明方案，能解决实际问题。6.根据不同来源的证据、限制条件等因素，从需求层面优化设计方案。7.知道工程需要经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程；8.尝试应用科学原理指导制作过程，根据实际反馈结果，对模型进行有科学依据的迭代改进，最终进行展示。9.乐于设计多种方案，具有质疑、创新的态度。语文：1.讨论问题能积极发表自己的看法，有中心，有根据，有条理，能把握讨论的焦点，并能有针对性地发表意见。2.自信负责地表达自己的观点，做到清楚、连贯、不偏离话题；3.根据需要调整自己的表达内容和方式，不断提高应对能力，增强感染力和说服力；4.学习关于科学探究方面的文本，联系自己的科学学习经历，围绕问题提出、探究过程、解决方法等进行专题式的研讨、演讲和写作。三、项目流程设计01、问题情境在“我的校园我建设”这一课程主题下，对七年级六个班的学生进行了“校园环境改善”的问卷调查。在问卷调查中，大部分学生反馈厕所经常出现漏水的情况，由于学校课堂时间统一且较长这一特殊性，漏水发生后的40分钟内经常无人发现，且校园中厕所、洗手池、饮水机等用水设备也非常多，据学生调查统计总共有86个（不包括食堂），如此大的基数，即便是损坏的概率非常低也会频频发生故障，这将造成极大的水资源浪费，且严重的话还有可能造成二次损失。从校园生活中发现问题，引发学生的思考，由此产生驱动性问题，并设计制作一款能够在漏水情况发生时立即报警的装置。02、教学准备本项目开展前需要进行教学设计准备和材料的准备。本项目联系学生校园生活，从实际问题出发，项目中学生需要设计作品模型并进行制作，所以需要教师在项目前准备材料，但是不同学生的作品设计是不同的，在过程实施中涉及到一些新材料可以由教师再准备，也可由学生从生活中获取。同时教师还需要设计完整的教学流程，尽可能准备充分的材料。本项目所需要材料如下：易耗品：亚克力板、木板、导线、蜂鸣器、LED灯、干电池、电源盒工具：激光切割机、电烙铁（及焊锡）、胶枪、刻度尺等作图工具软件：LaserMaker四、项目实施过程（一）提出问题在明确项目任务之后，教师组织学生讨论“一个优质的水位自动报警装置应该达到哪些要求？”这一问题，教师引导总结，得出本次项目化学习产品要达到兼具功能齐全、美观、成本低廉三方面的要求，并且根据所明确的产品要求，学生自行设计了如下表格来评价产品：内容细则第一组第二组第三组第四组功能能在水位上升时及时报警能够便捷的更换电源可根据不同场合调节报警水位美观程度外观完整对元件有保护作用有组名等产品介绍小巧，方便携带成本估计完成本产品所需成本（二）准备阶段在明确项目任务后，学生通过观察家和校园中哪些设备会随水位的改变而发生变化，同时通过查阅资料了解其中的工作原理，并进行记录。教师在课堂上组织学生进行交流与讨论，学生分享自己的知识收获，同时提出自己尚未解决的问题，向老师和同学寻求帮助，为后期的水位自动报警装置的设计提供思路。（三）设计制作本环节的目标是组织学生团队合作，设计和制作水位自动报警系统，主要教学模块为设计方案、产品制作、产品测试、发布成果、改进完善等。01、方案设计本模块中由教师提出序列子任务，以通过小组合作的形式完成各小组自己的设计方案。具体过程如下：子任务1：电路设计与连接你希望在水位上升时能产生怎样的报警信号？利用以下元件设计一个能获得你需要的报警信号的电路，并进行连接。活动时间：15分钟活动材料：导线、电源、蜂鸣器、发光二极管子任务2：设计在水位上升时能够报警的机械结构在子任务1中所连接的电路是在闭合开关时就能发出报警信号，要想这样的电路成为水位上升时才报警，我们还需要进行修改的是哪个元件？如何进行修改？请将你的设计想法通过设计图的方式进行展示，可以利用泡沫球的浮沉或其他方法实现电路的通断。子任务3：展示与交流，设计修改在完成设计图后，请小组派代表进行设计图的展示，说明设计图每一部分的含义，其他小组同学指出其设计中存在的问题，或有疑虑之处。小组记录员记录好设计中存在的问题以及相应的解决方案，最后小组对设计中的问题进行再修改与再设计。子任务4：探究浮力大小的影响因素有些同学提到可以利用泡沫小球上浮触动开关闭合，从而实现在水位上升时能够使蜂鸣器报警，二极管发光，那么泡沫小球为什么会上浮？我们要选用多大的泡沫球？通过“气球入水”的实验，猜想浮力的大小又与哪些因素有关？建立假设，并设计实验方案和表格，记录实验结果，得出实验结论。活动时间：40分钟活动材料：弹簧测力计、铁块、量杯、铝块、棉线、气球、水槽、溢水杯子任务5：机械结构的制作与产品测试根据产品设计图，将三维设计图纸展开成二维，绘制所需板材的尺寸，通过LaserMaker软件绘制，结合激光切割机切割所需要的材料，并进行组装，最后对成品进行测试是否实现水位自动报警的功能。02、撰写报告项目产品制作结束，学生通过撰写关于本项目科学探究方面的文本，回顾自己的探究经历，围绕提出问题、探究过程、解决方法等进行专题式写作，并与其它同学分享，通过此环节培养学生的逻辑思维和表达能力。（四）展示评价为了帮助学生更加全面地了解自己，同时记录自己的成长过程，本项目设计了如下所示的评价表，其中包括教师评价以及学生的自评与互评。五、案例分析本课例的设计充分体现了基于2022颁布的《义务教育科学课程标准》的课堂教学模式变革，具体表现在以下几方面：1.打破课堂局限2.增加学生的交流和体验感3.让学生在做中学，在学中做4.