STEM學(xué)習(xí)節(jié)能小屋【課標(biāo)落實(shí)】1本次STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)通過(guò)閱讀、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、制作、展示等活動(dòng)，落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)高年段的課程目標(biāo)。科學(xué)知識(shí)：了解技術(shù)是人們改造周?chē)h(huán)境的方法，是人類(lèi)能力的延伸，工程是依據(jù)科學(xué)原理設(shè)計(jì)和制造物品、解決技術(shù)應(yīng)用的難題、創(chuàng)造豐富多彩的人工世界的一系列活動(dòng)。了解科學(xué)技術(shù)推動(dòng)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和文明進(jìn)程。科學(xué)探究：能基于所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、查閱資料、調(diào)查、案例分析等方式獲取事實(shí)的信息。能基于所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用分析、比較、推理、概括等方法得出科學(xué)探究的結(jié)論，判斷結(jié)論與假設(shè)是否一致。能基于所學(xué)的知識(shí)，采用不同的表述方式，如科學(xué)小論文、調(diào)查報(bào)告等方式，呈現(xiàn)探究的過(guò)程與結(jié)論；能基于證據(jù)質(zhì)疑并評(píng)價(jià)別人的探究報(bào)告。科學(xué)態(tài)度：能大膽質(zhì)疑，從不同視角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、設(shè)計(jì)與制作，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。能接受別人的批評(píng)意見(jiàn)，反思、調(diào)整自己的探究；在進(jìn)行多人合作時(shí)，愿意溝通交流，綜合考慮小組各成員的意見(jiàn)，形成集體的觀點(diǎn)。科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境：了解科學(xué)技術(shù)可以減少自然災(zāi)害對(duì)人類(lèi)生活的影響；了解在科學(xué)研究與技術(shù)應(yīng)用中必須考慮倫理和道德的價(jià)值取向。了解人類(lèi)的好奇和社會(huì)的需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用影響著社會(huì)發(fā)展。認(rèn)識(shí)到人類(lèi)、動(dòng)植物、環(huán)境的相互影響和相互依存關(guān)系，了解地球上的資源是有限的，人類(lèi)活動(dòng)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生正面和負(fù)面的影響，自覺(jué)采取行動(dòng)，保護(hù)環(huán)境。2本單元學(xué)習(xí)內(nèi)容基于課程標(biāo)準(zhǔn)課程內(nèi)容中“技術(shù)與工程領(lǐng)域”的高年段要求。18.2 工程的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)。利用攝影、錄像、文字與圖案、繪圖或?qū)嵨铮磉_(dá)自己的創(chuàng)意與構(gòu)思。將自己簡(jiǎn)單的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為模型或?qū)嵨铩８鶕?jù)現(xiàn)實(shí)的需要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單器具、生產(chǎn)物品或完成任務(wù)。18.3 工程設(shè)計(jì)需要考慮可利用的條件和制約因素，并不斷改進(jìn)和完善。根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，分析可利用的資源。簡(jiǎn)單評(píng)估完成一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的可能性、預(yù)想使用效果。從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益等方面評(píng)價(jià)某個(gè)工程設(shè)計(jì)，并提出改進(jìn)和完善建議。【教材分析】“節(jié)能小屋”屬于STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)單元。它倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向，將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素養(yǎng)。本單元重在引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程，讓高階思維在真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景中真正開(kāi)啟，從而提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力。整個(gè)STEM學(xué)習(xí)過(guò)程通過(guò)學(xué)生所做的“工程筆記”串聯(lián)起來(lái)。本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)依照工程實(shí)踐的流程開(kāi)展活動(dòng)，具體細(xì)化為六個(gè)環(huán)節(jié)：了解需求、明確問(wèn)題、前期研究、設(shè)計(jì)方案、制作改進(jìn)、評(píng)價(jià)反思。教材首先揭示現(xiàn)實(shí)困境，提出綠色建筑的概念，了解人類(lèi)需求。然后提出“制作節(jié)能小屋”的任務(wù)，讓學(xué)生明確這個(gè)任務(wù)的具體要求及需要解決的問(wèn)題。接著進(jìn)入前期研究環(huán)節(jié)，采用多種方法回顧以往科學(xué)課的相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，運(yùn)用查閱資料、實(shí)驗(yàn)探究等方法對(duì)有關(guān)技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)前期研究，包括建筑散熱途徑、節(jié)能建筑保溫隔熱技術(shù)、材料保溫隔熱性能，以及本地區(qū)所處地理位置的氣候特點(diǎn)，這是后續(xù)設(shè)計(jì)節(jié)能小屋需要考慮的重要因素之一。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)行節(jié)能小屋的方案設(shè)計(jì)、討論交流形成最佳方案、畫(huà)出設(shè)計(jì)示意圖。隨后讓學(xué)生依據(jù)各自的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的材料和工具制作實(shí)物模型。最后由學(xué)生根據(jù)節(jié)能小屋節(jié)能效果的檢測(cè)情況，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)和制作過(guò)程進(jìn)行回顧反思。整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)完整的工程實(shí)踐過(guò)程，培養(yǎng)小組有效分工及合作能力，逐步提升學(xué)生的技術(shù)與工程素養(yǎng)。【學(xué)情分析】學(xué)生通過(guò)低、中年段的專(zhuān)項(xiàng)學(xué)習(xí)，已經(jīng)在模仿工程師的工作，嘗試設(shè)計(jì)并制作物品。五年級(jí)下冊(cè)的“立體小菜園”項(xiàng)目是學(xué)生開(kāi)展STEM單元的初步嘗試。本單元開(kāi)展的“節(jié)能小屋”，更是通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷 STEM 項(xiàng)目學(xué)習(xí)的全過(guò)程，提高在真實(shí)情境下解決問(wèn)題的能力。在實(shí)際教學(xué)中，有些學(xué)生認(rèn)識(shí)不到化石能源的消耗是個(gè)問(wèn)題，認(rèn)為是一件“天經(jīng)地義”的事情；也有部分學(xué)生有一點(diǎn)這樣的意識(shí)了，可要想把它說(shuō)清楚，還是有點(diǎn)難度。因此，教師要充分聯(lián)系學(xué)生的居家生活，通過(guò)教學(xué)對(duì)話，把學(xué)生的認(rèn)識(shí)提上去，意識(shí)調(diào)出來(lái)，想法說(shuō)出來(lái)，“節(jié)能小屋”讓學(xué)生在模仿工程師的工作方式中學(xué)習(xí)，其本質(zhì)還是學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)已有科學(xué)知識(shí)的運(yùn)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)大概念，提升實(shí)踐能力。因此，教師不能過(guò)度糾結(jié)于學(xué)生做出的節(jié)能小屋模型的質(zhì)量，或者說(shuō)不要把這一單元上成勞動(dòng)技術(shù)課。受限于小學(xué)生的實(shí)際情況，他們的知識(shí)和能力都有所欠缺，如果過(guò)分追求物化成果，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)視學(xué)生實(shí)際而刻意拔高要求，強(qiáng)行灌輸知識(shí)點(diǎn)、訓(xùn)練技能點(diǎn)的情況。【教學(xué)目標(biāo)】1經(jīng)歷“節(jié)能小屋”從需求到建成的全過(guò)程，能夠列舉并說(shuō)明STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)的大致流程。2能夠梳理回顧已有知識(shí)，并將這些知識(shí)應(yīng)用到問(wèn)題情境中，對(duì)解決問(wèn)題產(chǎn)生作用。3能夠識(shí)別所要解決的問(wèn)題，能夠?qū)⒏鞣N想法匯集起來(lái)，運(yùn)用一定的策略形成一個(gè)完整的建設(shè)方案。4能夠基于測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)反思，并聯(lián)系前期研究、設(shè)計(jì)方案等環(huán)節(jié)，做出調(diào)整。【教學(xué)重點(diǎn)】經(jīng)歷STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)；針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行前期研究；形成節(jié)能小屋的設(shè)計(jì)方案。【教學(xué)難點(diǎn)】確定節(jié)能小屋的設(shè)計(jì)方向；在每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)上做出決策；基于檢測(cè)結(jié)果開(kāi)展評(píng)價(jià)反思。【教學(xué)準(zhǔn)備】教師材料：“問(wèn)題小屋”模型、PPT課件、相關(guān)視頻。學(xué)生分組材料：方格繪圖紙、2B鉛筆、題板、便簽紙、紙板（或手工木板、KT板）、竹條（或桐木條）、太陽(yáng)隔熱膜、保溫板（或棉花、泡沫板、海綿）、防曬隔熱漆、紙板切割機(jī)（或兒童手工鋸）、熱熔膠槍、剪刀、刻刀、直尺、溫度計(jì)（酒精溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)）、50mL燒杯、水。【教學(xué)時(shí)間】4課時(shí)【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】第一課時(shí)一、了解需求，明確問(wèn)題探究活動(dòng)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)探究意圖（一）導(dǎo)入：分析現(xiàn)狀，揭示需求1. 引入課題。談話：同學(xué)們好！歡迎你來(lái)參加節(jié)能小屋這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，看到這個(gè)課題，你可能會(huì)產(chǎn)生哪些問(wèn)題呢？強(qiáng)調(diào)：要想解決這些問(wèn)題，還得從“能”這個(gè)字說(shuō)起。2. 認(rèn)識(shí)到化石能源的消耗及其帶來(lái)的環(huán)境污染是全球話題。（1）談話：當(dāng)今社會(huì)快速發(fā)展，化石能源的消耗及其帶來(lái)的環(huán)境污染，正成為一個(gè)全球性的話題。這兩幅漫畫(huà)形象地表達(dá)了現(xiàn)在人類(lèi)所面臨的狀況。一方面，無(wú)節(jié)制地開(kāi)采化石能源，造成能源枯竭；另一方面，無(wú)限制地使用化石能源，造成環(huán)境污染。（2）說(shuō)到能源消耗的“大戶(hù)”，大家可能立刻就會(huì)想到汽車(chē)、飛機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)等，可是，你很可能忽略了這樣一類(lèi)物體建筑。它們是人們起居作息的庇護(hù)，是文化生活的場(chǎng)所；它們是現(xiàn)代化城市的“地標(biāo)”；它們被譽(yù)為“凝固的藝術(shù)”它們有一個(gè)共同的名字建筑。（3）人們的生產(chǎn)生活一刻也離不開(kāi)建筑，隨著建筑數(shù)量的不斷增加，功能不斷豐富，建筑對(duì)認(rèn)識(shí)到化石能源的消耗及其帶來(lái)的環(huán)境污染是全球話題。（4）人們的生產(chǎn)生活一刻也離不開(kāi)建筑，隨著建筑數(shù)量的不斷增加，功能不斷豐富，建筑對(duì)化石能源的消耗也越來(lái)越大，建筑節(jié)能成為迫切需求。3. 認(rèn)識(shí)到建筑能耗越來(lái)越大，建筑節(jié)能成為迫切需求。（1）討論生活中的能耗。（2）說(shuō)數(shù)據(jù) 看一組數(shù)據(jù)。建筑能耗在人類(lèi)整個(gè)能源消耗中所占比例竟然高達(dá)3040%，而且上升速度非常快。其中絕大部分是采暖和空調(diào)的能耗。，在整個(gè)建筑能耗中空調(diào)系統(tǒng)的能耗占約40%左右。（3）談體會(huì)：看到這些數(shù)據(jù)，你有什么想法？預(yù)設(shè)：什么是節(jié)能？為什么要節(jié)能？為什么要建節(jié)能小屋？節(jié)能小屋長(zhǎng)什么樣？節(jié)能小屋怎么建？預(yù)設(shè)：在寒冷的冬季，需要靠采暖、空調(diào)保持室內(nèi)的溫度； 在炎熱的夏季，需要靠空調(diào)來(lái)隔絕室外的熱浪；干燥時(shí)需要加濕，潮濕時(shí)需要抽濕，而這些往往都需要消耗能源才能。學(xué)生談體會(huì)。設(shè)計(jì)意圖：教師結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活，給出真實(shí)數(shù)據(jù)，用圖文并茂的方式，將節(jié)能與真實(shí)社會(huì)需求進(jìn)行有效鏈接，使得學(xué)生產(chǎn)生參與工程設(shè)計(jì)的同理心與社會(huì)認(rèn)同感。（二）聚焦核心技術(shù)，梳理已有知識(shí)1.了解工程師的思維特點(diǎn)，以及他們解決問(wèn)題的辦法。（1）面對(duì)問(wèn)題，人們都在努力想辦法解決。但是不同人解決問(wèn)題的思路和方法是不同的。（2）在眾多人中，工程師的思維方式很特別。他們是做出一個(gè)產(chǎn)品來(lái)解決問(wèn)題。建筑工程師想，讓建筑保持冬暖夏涼，但是無(wú)須空調(diào)和暖氣，這不就大大地節(jié)能了嗎？(3)建筑工程師設(shè)計(jì)出無(wú)須空調(diào)和暖氣也能保持冬暖夏涼的建筑，人們親切地將這些建筑稱(chēng)為“綠建筑”。(4)綠建筑所倡導(dǎo)的理念是，“舒適健康的人居環(huán)境”“最少地消耗自然資源”“最少地影響外界環(huán)境”。(5) 在這個(gè)項(xiàng)目中，我們要學(xué)著建筑工程師的思路來(lái)想問(wèn)題、解決問(wèn)題。2. 討論綠建筑的關(guān)鍵技術(shù)：保溫隔熱。（1）綠色建筑有一個(gè)特點(diǎn)，無(wú)須空調(diào)和暖氣也能保持冬暖夏涼。那你認(rèn)為其中的關(guān)鍵技術(shù)是什么？（2）什么是保溫隔熱呢？保溫，就是使熱量的散發(fā)傳導(dǎo)速度減慢，使溫度保持在一定的數(shù)值。就像我們冬天睡覺(jué)蓋被子，雖然被子不會(huì)發(fā)熱，但是它能使熱量不向外散發(fā)。隔熱，就是限制或減弱物體之間進(jìn)行傳熱，阻止熱量進(jìn)入。還是以被子為例，賣(mài)冷飲的商販會(huì)用棉被蓋住冰柜，減少冰柜和外界的熱傳遞。（3） 怎么才能做到保溫隔熱呢？除了蓋棉被，我們以前學(xué)過(guò)哪些保溫隔熱的知識(shí)，可以用到綠建筑的設(shè)計(jì)上，實(shí)現(xiàn)保溫隔熱？（出示PPT：保溫隔熱知識(shí)點(diǎn)回顧，逐一點(diǎn)擊）討論。黑色物體吸熱效果好；物體導(dǎo)熱性能有的好有的差；一年四季影子長(zhǎng)短不同；雙層玻璃具有保溫效果。（4） 談話：我們就要帶著這些知識(shí)儲(chǔ)備，挑戰(zhàn)一個(gè)棘手的任務(wù)。學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：保溫隔熱學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：黑色物體吸熱效果好。我們可以選用淺色的材料。我們做過(guò)物體導(dǎo)熱性實(shí)驗(yàn)，知道物體導(dǎo)熱性能有的好有的差。選擇導(dǎo)熱性能差的材料，可以起到保溫隔熱的效果。一年四季影子長(zhǎng)短不同，這是由于一年四季中太陽(yáng)高度的變化所造成的。可以通過(guò)屋檐、遮陽(yáng)棚等遮擋陽(yáng)光，來(lái)控制陽(yáng)光的攝入量，冬天讓陽(yáng)光多照進(jìn)屋內(nèi)一些，夏天最好不要照到屋子里。雙層玻璃具有保溫效果。很多建筑采用雙層玻璃技術(shù)來(lái)保溫隔熱的。設(shè)計(jì)意圖：工程就是應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的概念來(lái)系統(tǒng)地解決復(fù)雜問(wèn)題，為學(xué)習(xí)者提供了一種解釋概念的良好背景環(huán)境。而學(xué)生基于問(wèn)題，調(diào)動(dòng)頭腦中已儲(chǔ)備的“保溫隔熱”知識(shí)，更這有助于學(xué)生充滿動(dòng)力地參與對(duì)概念的理解與運(yùn)用。（三）提出任務(wù)，明確問(wèn)題1. 提出任務(wù)。學(xué)校科技創(chuàng)新大賽今年的賽題是“運(yùn)用所學(xué)知識(shí)建造一個(gè)節(jié)能小屋”。要求是：小屋的長(zhǎng)、寬、高分別為21厘米、21厘米、21 厘米，南北朝向，南北都有窗戶(hù)，墻的厚度不超過(guò)2厘米。需在兩周內(nèi)完成。采用冷水升溫控制程度檢測(cè)節(jié)能效果。2. 明確問(wèn)題，預(yù)期成果。（1）這是一個(gè)不同于我們以往學(xué)習(xí)內(nèi)容的復(fù)雜任務(wù)，要明確任務(wù)要求和需要解決的問(wèn)題。（2）請(qǐng)同學(xué)們把建造節(jié)能小屋的任務(wù)、要求及需要解決的問(wèn)題填寫(xiě)在表格中。（3）（出示PPT：測(cè)試方法）我們做成的是一個(gè)小房子，這個(gè)房子要能接受檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，就是模擬夏天高溫天氣，水溫度上升越慢，節(jié)能效果越好。學(xué)生填寫(xiě)表格設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)識(shí)別問(wèn)題與任務(wù)，有助于學(xué)生清楚而準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)工作目標(biāo)，規(guī)劃工程進(jìn)度，同時(shí)厘清工程任務(wù)的制約因素與任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此提出設(shè)計(jì)觀點(diǎn)。第二課時(shí)二、前期研究探究活動(dòng)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)探究意圖（一）聚焦圍護(hù)結(jié)構(gòu)，找準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)1. 資料學(xué)習(xí)：低能耗建筑的節(jié)能技術(shù)。（1）節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，其中會(huì)運(yùn)用很多新的材料、新的技術(shù)。讓我們來(lái)看看這一幢超低能耗示范樓都運(yùn)用了哪些節(jié)能技術(shù)。（2）這里有很多新技術(shù)。譬如：太陽(yáng)能集熱器搜集相關(guān)資料，了解這些節(jié)能技術(shù)的節(jié)能方法，填寫(xiě)表格。2. 認(rèn)識(shí)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。（1）如果我們對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行一個(gè)分類(lèi)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它們都是針對(duì)在外墻、門(mén)窗、屋頂、地板等方面。這些地方都是房屋的外圍結(jié)構(gòu)。（2）討論：為什么會(huì)有這樣的特點(diǎn)呢？（3）工程師研究了普通房屋的散熱情況，發(fā)現(xiàn)熱量都是從屋頂、墻體、窗戶(hù)、門(mén)、地板這些地方散出去的。（4）圍合建筑空間四周的墻體、門(mén)、窗等，能夠有效地抵御不利環(huán)境的影響，建筑工程師稱(chēng)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。房屋與外部的熱量交換，絕大多數(shù)都是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。（5）這里說(shuō)的是保溫性能，反映的是冬季由室內(nèi)向室外的傳熱過(guò)程。隔熱性能反映的是夏季由室外向室內(nèi)以及室內(nèi)向室外的傳熱過(guò)程，道理是一樣的，熱也是通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)到房屋內(nèi)。（6） 小結(jié)：也就是說(shuō)，房屋的保溫隔熱，其實(shí)就是說(shuō)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱，具體來(lái)說(shuō)，就要在房屋的屋頂、墻體、窗戶(hù)、門(mén)、地板的設(shè)計(jì)上做文章。小結(jié)：我們要做的事情就是針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)組成部分進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。學(xué)生小組討論，并完成記錄表。學(xué)生根據(jù)活動(dòng)記錄展開(kāi)交流。學(xué)生討論。設(shè)計(jì)意圖：前期調(diào)查能為形成設(shè)計(jì)觀點(diǎn)并對(duì)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)進(jìn)行批判性分析提供必要的信息。在本項(xiàng)目中，就是要在開(kāi)始制造節(jié)能小屋之前，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)建筑師已有的一些節(jié)能措施進(jìn)行調(diào)查與分析，了解其已經(jīng)做過(guò)的工作，從中獲得啟發(fā)與靈感，同時(shí)避免重復(fù)勞動(dòng)。（二）確定設(shè)計(jì)點(diǎn)，謀劃前期研究的思路1. 從節(jié)能的角度分析房屋模型的問(wèn)題。（1）既然要在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上做文章，接下來(lái)我們就要進(jìn)一步思考，屋頂怎么設(shè)計(jì)，墻體怎么設(shè)計(jì)，窗戶(hù)怎么設(shè)計(jì)，等等。不僅要考慮美觀，關(guān)鍵要考慮怎么節(jié)能。（出示兩個(gè)紙板“問(wèn)題小屋”模型）（2）從節(jié)能的角度評(píng)價(jià)這個(gè)房屋，看看存在哪些問(wèn)題。2. 確定設(shè)計(jì)點(diǎn)。（1）就某一個(gè)部分來(lái)說(shuō)，比如窗戶(hù)，你會(huì)從哪些方面來(lái)考慮它的設(shè)計(jì)呢？（材料的選擇，造型，位置、數(shù)量，等）（2） 注意，這些東西都要組合在一起的，所以還要考慮連接技術(shù)。（3） 綜合起來(lái)看，我們可以用氣泡圖來(lái)確定設(shè)計(jì)點(diǎn)。3.激發(fā)前期研究的需求。（1）每一個(gè)點(diǎn)上又該怎么設(shè)計(jì)呢？（2）需要開(kāi)展一些研究學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：紙板的保溫隔熱效果不好。窗戶(hù)少，采光不夠；如果窗戶(hù)太多太大，冬季保溫效果不好，夏季隔熱效果不好。西邊窗戶(hù)太大，容易造成西曬。屋檐太短，冬季陽(yáng)光可以更多地射進(jìn)來(lái)，但是夏季太曬。預(yù)設(shè)：（1）材料：可以指向下面的材料研究，只以墻體為例；（2）位置和數(shù)量：可以指向根據(jù)太陽(yáng)一天移動(dòng)規(guī)律改進(jìn)窗戶(hù)設(shè)計(jì)；（3）造型：可以指向屋檐的造型設(shè)計(jì)。（三）動(dòng)用不同的方法開(kāi)展前期研究1. 研究墻體材料的選擇。（1）（出示PPT：房屋散熱情況動(dòng)圖）根據(jù)“房屋散熱情況圖”，我們可以知道，墻體的散熱占了房屋散熱的大頭，因此首先要考慮墻體設(shè)計(jì)。選什么材料呢？這里需要考慮的因素很多，這其中你覺(jué)得首要考慮的因素是什么？（隔熱性）建筑工程師也是這樣考慮的。他們會(huì)考察市面上常用的各種建筑材料的特性，首要考察隔熱性，再兼顧其他各種因素，反復(fù)比較，做出選擇，例如材料的隔熱性能。(2) 我們?cè)趺催x材？首先明確要求：墻體不能超過(guò)2厘米。（出示PPT：材料圖片）可選的選材：l 基本材料：紙板，高密度板；l 保溫隔熱材料：隔熱涂料，保溫板；進(jìn)行材料價(jià)格測(cè)算。可能的材料組合，每一種組合都要同時(shí)考慮隔熱性、價(jià)格、強(qiáng)度、厚度、加工難度等因素。現(xiàn)在我們利用這些信息建立表格。你會(huì)選擇哪一個(gè)材料組合呢？請(qǐng)仔細(xì)研究每一個(gè)因素，完成表格。用1-5等級(jí)給每個(gè)項(xiàng)目評(píng)分。5代表最重要，1代表最不重要。比如“隔熱性”一欄，隔熱性最好的就是5分，最差的就是1分。各組完成打分，并合計(jì)。討論：現(xiàn)在有決定了嗎？（3）小結(jié)：選材，要考慮很多因素，可以用“矩陣決策法”這個(gè)策略幫助決策。2. 借助太陽(yáng)東升西落的模擬實(shí)驗(yàn)確定節(jié)能小屋窗戶(hù)的布局。(1) 談話：任務(wù)要求中提到，節(jié)能小屋要求南北朝向，南北有窗戶(hù)。出示問(wèn)題小屋，現(xiàn)在這個(gè)小屋符合要求嗎？怎么增加窗戶(hù)？加在哪里？幾個(gè)？多大？是不是被這一連串問(wèn)題問(wèn)得有點(diǎn)暈？（2）窗戶(hù)有什么作用？然而窗戶(hù)又是最容易造成熱量進(jìn)出的部位，所以說(shuō)窗戶(hù)不是越大越好，越多越好。（3）我們知道，自然界熱量的主要來(lái)源是太陽(yáng)。窗戶(hù)的設(shè)計(jì)要考慮一天中太陽(yáng)位置的變化。（4） 演示實(shí)驗(yàn)：一天中太陽(yáng)的移動(dòng)討論：白天太陽(yáng)的移動(dòng)有什么規(guī)律？預(yù)設(shè)：太陽(yáng)東升西落。太陽(yáng)高度有變化，正午的時(shí)候最高，早晚低。知識(shí)補(bǔ)充：以江蘇為例，江蘇的緯度大約在北緯3132，北回歸線大約在北緯23.5，因此太陽(yáng)總是在我們的南邊。這一現(xiàn)象對(duì)于改進(jìn)窗戶(hù)設(shè)計(jì)有什么啟發(fā)？3. 測(cè)試屋檐設(shè)計(jì)對(duì)陽(yáng)光入射量的控制效果。(1) （出示PPT：“問(wèn)題房屋”）前面同學(xué)們提到，這個(gè)房屋的屋檐太短了。（2）屋檐有什么功能？（2） 夏天熱，我們希望陽(yáng)光少照進(jìn)房間；冬天冷，我們希望陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照進(jìn)房間。怎么才能做到呢？屋檐應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)呢？（3）講解：在我們江蘇，如果都在正午12:00，夏天和冬天太陽(yáng)的位置是不同的。夏天太陽(yáng)高度角大，冬天太陽(yáng)高度角小。我們學(xué)過(guò)太陽(yáng)高度角的知識(shí)，太陽(yáng)高度角越大，輻射越大，氣溫越高；反之，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度小，氣溫就低。（5）現(xiàn)在我們來(lái)根據(jù)陽(yáng)光直射點(diǎn)的變化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M冬天和夏天陽(yáng)光照射房屋的情況。演示實(shí)驗(yàn)：手電筒照射紙板房屋模型，調(diào)節(jié)手電筒的位置模擬四季，看到陽(yáng)光照射到房間內(nèi)的情況。（6）討論：屋檐怎么設(shè)計(jì)，有想法了嗎？（7）小結(jié)：我們可以給房屋加裝屋檐，并且可以調(diào)節(jié)屋檐的長(zhǎng)度，滿足要求。4. 討論：連接技術(shù)的選擇。（1）為什么要把連接技術(shù)也考慮在內(nèi)呢？（2） 你們用過(guò)的連接技術(shù)有哪些？在這個(gè)項(xiàng)目上有什么選擇嗎？（熱熔膠槍?zhuān)W(xué)生討論。預(yù)設(shè)：比如價(jià)格：價(jià)格要低，否則房屋成本太高；隔熱性：隔熱性要好，否則達(dá)不到節(jié)能要求；強(qiáng)度：強(qiáng)度要大，否則房屋不夠堅(jiān)固；厚度：厚度要薄，否則人的活動(dòng)空間就會(huì)變小；加工難度：加工難度要小，否則耗費(fèi)太多人工、時(shí)間，不劃算；l 其他因素如：隔音、防水、耐用、輻射、密封性等。學(xué)生完成矩陣圖。學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：采光、通風(fēng)、圍護(hù)。學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：上午和下午，太陽(yáng)高度低，如果東西向窗戶(hù)很大，陽(yáng)光會(huì)大量、長(zhǎng)時(shí)間照進(jìn)屋內(nèi)。特別是下午，如果西邊窗戶(hù)太大，就會(huì)造成我們說(shuō)的西曬。因此，東西兩邊開(kāi)小窗戶(hù)，證一定的采光通風(fēng)就行了。也可以不開(kāi)窗戶(hù)。南、北兩邊可以開(kāi)大窗戶(hù)。學(xué)生討論，預(yù)設(shè)：擋雨，防水；遮陽(yáng)；起美觀作用。學(xué)生討論。學(xué)生討論，預(yù)設(shè)：因?yàn)閴w、門(mén)窗、屋頂，各個(gè)部分的密封性都要很好。設(shè)計(jì)意圖：工程設(shè)計(jì)可以借助模型，來(lái)預(yù)測(cè)所考慮到的不同解決途徑在實(shí)踐中的執(zhí)行情況。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合“保溫節(jié)能”這兩個(gè)因素進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，調(diào)動(dòng)生活經(jīng)驗(yàn)，識(shí)別出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)點(diǎn)。第三課時(shí)三、設(shè)計(jì)方案，制作改進(jìn)探究活動(dòng)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)探究意圖（一）引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)前期研究的結(jié)果進(jìn)行方案設(shè)計(jì)1.根據(jù)前期的研究，我們現(xiàn)在要集思廣益，討論節(jié)能小屋的設(shè)計(jì)方案了。2.由于需要考慮的因素非常多，我們可以借助一個(gè)叫做“表格建構(gòu)法”的策略來(lái)幫助我們談?wù)摲桨冈O(shè)計(jì)。3.發(fā)給每個(gè)小組一塊題板，上面有畫(huà)好的表格。強(qiáng)調(diào)：不管你怎么決定，問(wèn)自己一句：“我用到的節(jié)能技術(shù)是什么？”一會(huì)兒我們來(lái)匯報(bào)。學(xué)生小組討論并填寫(xiě)。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生圍繞“節(jié)能技術(shù)”這個(gè)關(guān)鍵詞，借助表格整理設(shè)計(jì)思路。（二）小組間交流想法，互評(píng)互議，形成最佳方案。1. 以小組為單位，結(jié)合“表格建構(gòu)法”題板，匯報(bào)設(shè)計(jì)方案。2. 學(xué)生需要說(shuō)清楚每一點(diǎn)上的想法是什么。教師注意挑戰(zhàn)學(xué)生背后的想法，或追問(wèn)：“你這里的節(jié)能技術(shù)是？”或小結(jié)：“你這里的節(jié)能技術(shù)是”。4. 將學(xué)生所運(yùn)用的節(jié)能技術(shù)，用便簽紙寫(xiě)好，貼在表格上。學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：墻體：防曬漆隔熱；屋頂：外遮陽(yáng)，屋檐；窗戶(hù)：內(nèi)遮陽(yáng)，靜電太陽(yáng)膜；門(mén)：外防曬漆隔熱，內(nèi)保溫板隔熱；地板：保溫板隔熱。設(shè)計(jì)意圖：工程設(shè)計(jì)不是提出單一的正確答案，而是在幾個(gè)可能的答案中識(shí)別出最好的解決途徑。學(xué)生根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)用表格法給出切實(shí)可行的選項(xiàng)排序，就每個(gè)設(shè)計(jì)的不同優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)進(jìn)行批判性的評(píng)估，有助于他們刪選出最佳方案。（三）根據(jù)設(shè)計(jì)方案畫(huà)出設(shè)計(jì)圖。1.談話：在制作節(jié)能小屋之前，我們必須先畫(huà)出設(shè)計(jì)圖。對(duì)于建筑工程師來(lái)說(shuō)，畫(huà)設(shè)計(jì)圖是制造建筑非常重要的環(huán)節(jié)，也是一項(xiàng)非常專(zhuān)業(yè)的工作。我們達(dá)不到那樣的專(zhuān)業(yè)要求，我們畫(huà)的是簡(jiǎn)單的“設(shè)計(jì)示意圖”。2.畫(huà)設(shè)計(jì)示意圖是一個(gè)把頭腦中的想法表現(xiàn)在圖紙上的過(guò)程。示意圖包括三個(gè)部分：立體草圖就是節(jié)能小屋整體造型是什么樣的；正視圖從正面看小屋是什么樣的；左視圖從左邊看小屋是什么樣的；提出要求：每張圖上都要標(biāo)清楚構(gòu)建具體的尺寸，便于制作的時(shí)候裁切用料。學(xué)生繪制設(shè)計(jì)示意圖。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，繪制設(shè)計(jì)對(duì)象是一項(xiàng)非常重要的專(zhuān)業(yè)技能。基于小學(xué)生的能力水平，尚不能精準(zhǔn)地表現(xiàn)出物體的空間感，但可以嘗試把簡(jiǎn)圖和想法畫(huà)下來(lái)。三視圖就是一種很好的表現(xiàn)方式，一般以主視圖為主，高年級(jí)的學(xué)生還可以嘗試?yán)L制俯視圖與左視圖，圖上標(biāo)注物體的大概尺寸及文字信息，這種形象的表達(dá)能夠幫助學(xué)生簡(jiǎn)化頭腦中復(fù)雜的設(shè)計(jì)思路。（四）按照設(shè)計(jì)方案制作節(jié)能小屋。1. 接下來(lái)我們要按照設(shè)計(jì)方案，制作節(jié)能小屋。制作的過(guò)程三個(gè)人要分好工，合作好。2.發(fā)給學(xué)生“建造過(guò)程問(wèn)題調(diào)整單”題板。要求：在建造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)作出調(diào)整，并明確為什么這樣調(diào)整。學(xué)生制作節(jié)能小屋。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立相應(yīng)的實(shí)物模型，在制作制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)作品的缺陷或優(yōu)點(diǎn)，論證設(shè)計(jì)方案的可行性，并在此基礎(chǔ)上獲得修改與優(yōu)化的策略。第四課時(shí)4、 測(cè)試與評(píng)價(jià)反思探究活動(dòng)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)探究意圖（一）檢測(cè)節(jié)能小屋的節(jié)能效果1.介紹節(jié)能小屋的檢測(cè)方法（1） 小屋按照“坐北朝南”的方位放置好。（2）利用2000瓦鎢絲燈從斜上方對(duì)節(jié)能小屋進(jìn)行照射，模擬夏季驕陽(yáng)似火的高溫天氣。（3）取50ml量杯裝40ml自來(lái)水，用普通酒精溫度計(jì)測(cè)得初始溫度；熱電偶溫度計(jì)測(cè)得杯壁初始溫度。（4）以15分鐘為單位時(shí)間，測(cè)三次，看室內(nèi)溫度控制的效果如何。2.發(fā)給學(xué)生“節(jié)能小屋節(jié)能效果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表”題板。學(xué)生實(shí)際測(cè)量。設(shè)計(jì)意圖：基于測(cè)試的結(jié)果，學(xué)生會(huì)優(yōu)化他們的設(shè)計(jì)方案。這個(gè)過(guò)程要求學(xué)生對(duì)照問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。（2） 反思評(píng)價(jià)談話：根據(jù)節(jié)能小屋節(jié)能效果的檢測(cè)情況，我們可以對(duì)節(jié)能小屋整個(gè)設(shè)計(jì)和制作過(guò)程進(jìn)行一個(gè)回顧、反思。可以從三個(gè)面進(jìn)行。1. 對(duì)標(biāo)找差。發(fā)給學(xué)生“節(jié)能小屋驗(yàn)收檢查單”題板。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，檢查節(jié)能小屋是否符合要求。2. 結(jié)果與設(shè)計(jì)比較。（1） 將“節(jié)能小屋驗(yàn)收檢查單”和“節(jié)能小屋設(shè)計(jì)方案表格建構(gòu)法”進(jìn)行對(duì)比。（2）指出自己的設(shè)計(jì)哪里好，哪里還有待改進(jìn)。3. 細(xì)說(shuō)調(diào)整。（1）將“節(jié)能小屋設(shè)計(jì)方案表格建構(gòu)法”“建造過(guò)程問(wèn)題調(diào)整單”“節(jié)能小屋驗(yàn)收檢查單”三塊題板進(jìn)行對(duì)比分析。（2）指出本組在哪些地方進(jìn)行了調(diào)整。從檢測(cè)的效果來(lái)看，哪些調(diào)整是有效的，哪些沒(méi)有效果或效果不好。（3） 說(shuō)一說(shuō)如果有機(jī)會(huì)再做一次，可能會(huì)做哪些調(diào)整。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行填寫(xiě)。學(xué)生討論。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在比較自己的預(yù)測(cè)和實(shí)際的測(cè)試結(jié)果后，應(yīng)對(duì)自己的設(shè)計(jì)長(zhǎng)處和缺陷進(jìn)行批判性思考，這是STEM項(xiàng)目中最關(guān)鍵的一個(gè)部分，當(dāng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)源于自己的獨(dú)特經(jīng)歷時(shí)，他們的理解程度會(huì)得到一個(gè)很大的提高。（三）對(duì)綠色建筑的發(fā)展趨勢(shì)作出判斷1.建筑物隔熱保溫是節(jié)約能源、改善居住環(huán)境和使用功能的一個(gè)重要方面。可是現(xiàn)在它們并沒(méi)有得到廣泛運(yùn)用，或者說(shuō)離廣泛運(yùn)用還任重道遠(yuǎn)。你覺(jué)得原因是什么呢？2. 專(zhuān)家預(yù)測(cè)綠色建筑設(shè)計(jì)發(fā)展五大趨勢(shì)，談?wù)勀愕目捶兀繉W(xué)生討論。預(yù)設(shè)：技術(shù)門(mén)檻太高；價(jià)格昂貴；工藝復(fù)雜學(xué)生討論。預(yù)設(shè)：可持續(xù)建筑材料受重用；空氣對(duì)流設(shè)計(jì)成為重點(diǎn)；零能耗技術(shù)運(yùn)用更進(jìn)一步；“零用水”與雨洪管理；新型節(jié)能門(mén)窗及遮陽(yáng)產(chǎn)品將大量應(yīng)用（四）項(xiàng)目學(xué)習(xí)總結(jié)1. 任務(wù)回顧我們用了近兩周的時(shí)間完成了節(jié)能小屋這個(gè)項(xiàng)目，大家收獲多多。2. 過(guò)程分解這期間我們都做了哪些事情呢？能不能給這些事情排排序？（出示PPT：項(xiàng)目學(xué)習(xí)環(huán)）了解需求、明確問(wèn)題、前期研究、設(shè)計(jì)方案、制作改進(jìn)、評(píng)價(jià)反思3.策略再認(rèn)（1）在研究的過(guò)程中，我們用到了很多知識(shí)，有科學(xué)課上學(xué)到的，有數(shù)學(xué)課上的學(xué)到的，有美術(shù)課上學(xué)到的，這些知識(shí)都派上用場(chǎng)。這說(shuō)明，各個(gè)學(xué)科學(xué)到的知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候都是很管用的，而且它們?nèi)诤显谝黄鸢l(fā)揮作用。（2）我們還學(xué)習(xí)了一些管用的策略：l 譬如在做前期研究的時(shí)候，我們用了“設(shè)計(jì)點(diǎn)氣泡圖”來(lái)確定涉及點(diǎn)；l 在選擇墻體材料的時(shí)候我們用了“矩陣決策法”；l 在討論設(shè)計(jì)方案的時(shí)候我們要了“表格建構(gòu)法”；l 在制作節(jié)能小屋時(shí)我們用了“建造過(guò)程問(wèn)題調(diào)整單”。這些策略對(duì)我們以后開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)都是很管用的。4.學(xué)習(xí)展望在這個(gè)項(xiàng)目中，我們做了一個(gè)節(jié)能小屋，但是我們是以江蘇為情境，重點(diǎn)考慮的是夏天隔熱，而在寒冷地區(qū)，可能冬天保暖更加重要。如何做到既保溫又隔熱，這是我們下一步要研究的。5.節(jié)能小屋項(xiàng)目學(xué)習(xí)到此結(jié)束，再見(jiàn)！學(xué)生討論。19蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè) STEM學(xué)習(xí)節(jié)能小屋