小小气象站设计与实施

倪施施

1.项目设计

1.1项目背景

在教科版三年级上册《天气》这一单元的学习中，《义务教育小学科学课程标准》提到的相关学习目标有：学生能利用气温、风向、风力、降水量和云量等可测量的量来描述天气。

气象站是学生在校园中观测、学习气象的重要载体。温州市中通国际学校校园里原本有一些气象工具，但这些工具较为分散、破旧，且功能不全。本项目通过学生们的初步设计、改进设计、制作、展示和评价气象工具，全班共同组成一个小小的气象站。这既促进了学生掌握观测天气的方法、掌握气象工具结构，也提高了学生对观测和记录天气的兴趣。这是三年级学段学生对工程设计领域的初次完整实践，学生们在活动中体验到了沟通合作对于完成一个产品的重要性。

本项目适用于三年级学段，建议教学时间为320分钟。

1.2学习目标

学生能利用已学的科学原理，在真实的项目情境下，尝试解决实际问题，激发对天气现象的好奇心和探究热情。

1.2.1科学（S）

了解真实的观测和记录天气工具的结构及工作原理;

初步了解常见材料的防水性、硬度等特点及常用加工方法。

1.2.2技术（T）

学习一些不同材料的拼接方法。

1.2.3工程（E）

能用身边的常见材料制作简易气象工具;

意识到使用工具可以更精确、更便利、更快捷;

意識到设计需要考虑很多因素，设计受到一定的条件制约。

1.2.4艺术（A）

能利用常见材料对气象工具进行美化。

1.2.5数学（M）

能绘制有简单标注的设计图。

2.项目实施

2.1项目准备

2.1.1教学资源

校园中现有气象观测工具的照片、与气象工具有关的知识资料、自我反思表和产品互评表等。

2.1.2教学材料

纸板、KT板、美工刀、垫板、热熔胶枪、胶棒、剪刀、彩色吸管、彩纸、笔、麻绳、装饰贴纸、一次性筷子、薄布、木板、锯子、大头针、双面胶、透明胶带、积木、雪糕棒、棉花、磁铁、直筒杯和塑料瓶等。

2.2项目流程

课前布置小组任务：寻找校园中的气象工具。该任务能使学生对校园中原有气象观测工具有初步的了解。接着课上教师通过实物照片展示，进一步引导学生发现，校园中的气象工具存在比较分散、破旧和功能不全等问题。真实的情境能促使学生积极思考：为了改进校园里的观测气象工具，我们可以利用《天气》这一单元的知识做什么？

首先，师生交流，明确问题。每小组分别设计、制作一样气象工具，全班的气象工具一起组合成小小气象站。接着，全体学生头脑风暴。小小气象站需要什么气象工具？除了地面气象观测站中的工具外，教师可以补充生活中其他气象工具的例子。最后，教师引导总结。同学们可以设计、制作的气象工具有雨量器、风向标、风速仪、天气展示牌、百叶箱、晴雨花和天气瓶等。

明确任务后，教师引导学生探讨：一样适合学校使用的气象工具需要满足什么要求？师生总结评价产品标准，明确项目方向。在评价产品标准方面，学生可能会从使用功能、使用环境、使用时间和美观创新等方面思考，教师应对合理的评价标准都予以肯定。

2.2.2准备阶段

此环节是为了项目能顺利地开展，进行知识与技能方面的学习，教学过程包括实地参观、知识锦囊和材料研究等活动。

实地参观：为了使气象站的形象更完整，让学生形成更全面直观的认识，本项目在准备阶段增加了实地参观活动。学生利用周末时间自由选择前往温州市气象科普馆实地参观学习，并随时记录有用信息（见图2）。在真实场景中，学生对气象站工具的结构、外形和安放环境等有了更深的认识，之后学生代表将所得到的有用信息与同组共享。

知识锦囊：项目开始前学生已完成分组，并且在“提出问题”中的“明确问题”环节，每组同学自由选择了想要设计制作的气象工具，在本活动中，学生主要学习所选气象工具的相关知识。首先，每个小组利用气泡图梳理和回顾《天气》这一单元中的相关知识。然后，利用自主学习知识锦囊、实地考察校园里百叶箱的内部结构等方法补充知识。知识锦囊内容包括该气象工具的实物图、结构图、规格标准和使用环境等。学生们阅读资料，组内交流信息，补充气泡图。

材料研究：活动目标是增加学生对KT板、木板和纸等材料的了解，有助于学生在选择材料制作阶段的顺利进行。学生通过尝试滴水、切割小块材料和为材料选择合适的拼接工具等任务，来了解这些常见材料的防水性、加工技巧和拼接方法等。

2.2.3阐述制作

2.2.3.1列出问题清单，寻找解决方法

学生在进入制作环节时，常常会遇到因考虑不全面或缺乏某方面的知识，导致无法制作出目标产品的情况。所以在进入绘制设计图环节前，教师可以引导学生提前考虑未来设计制作中可能会遇到的问题，列出问题清单，提前准备解决方法，具体步骤如下：

首先，确定中心问题是“制作本组作品时，可能会遇到什么问题？”教师以雨量器为例，提示可以用“如何”“怎样”来提问题，如“怎样让材料防水？”“怎样让雨量器在地面上稳定不倒？”让学生学会如何提出适合的问题。然后，教师与同学们约定：针对本组目标产品，每个同学独立思考，至少写出3个问题（见图3）。最后，在小组组长的主持下，组员们一起将所有问题进行梳理，列在待解决问题表中。小组集思广益，对问题进行分类解决。对于现场可商量出解决方法的问题，马上记录对策;对于暂时还不能解决的问题，思考用什么方面的知识或技能可以解决，记录待学的知识技能，课后可以上网查询或寻求老师的帮助。

2.2.3.2绘制产品设计图

由于三年级学生绘制产品设计图的经验较少，教师可以进行必要的指导，以规范产品设计图。如引导学生在设计图上标记使用材料、结构名称等信息;增加局部放大图将设计意图表达得更清楚等。学生回顾评价标准，解决问题清单，完成设计图（见图4）。

每个小组的代表展示设计图（见图5），阐述设计思路。之后进行生生交流，由其他组的同学们提出疑问和建议，每个小组根据反馈信息再次思考、改进设计图。交流与改进设计图这一环节是真实产品设计的必经步骤。本项目实质上是由一个班级的多个小组合作完成的“大”产品，小组之间是密切合作的关系，因此，吸取其他小组的建议，有助于同学们能从不同角度思考、解决问题，从而制作出更为完善的产品。

2.2.3.3制作产品

小组分工合作，根据设计图选擇合适的材料、工具来制作产品（见图6）。教师对学生提出的问题予以指导，提供必要的技术支持。

2.2.4展示评价

各小组上台介绍、展示本组产品，并对同学们的提问或建议进行解答或反馈（见图7）。其他小组利用“产品互评表（见表1）”，分别从功能、坚固性、防水性、美观和创意方面对该组产品进行评价，并利用便签给出赞赏或建议，使各小组可以继续改进产品。根据分值选出班级最佳设计奖、最佳功能奖。每个小组都要根据同学们的建议，再次思考并改进产品（见图8）。将班级内各小组完成的产品拼成一个“小小气象站”，进行校级展览。正在进行相同项目的班级可以互相学习、吸取经验，没有进行该项目的班级也可以从欣赏产品中学习气象知识。

在项目尾声，教师引导学生回顾整个项目过程，组织学生根据每节课末填写的自我评价表（见表2）进行总结，进一步加强学生的合作意识，总结STEAM项目学习的经验。

3.实施建议

分配小组时，建议5?6人一组，并在“明确问题”环节前进行组内分工。主要分工有组长、设计师、工程师和美化师，使每位小组成员明确自己的任务，以便进行更好的合作。在学生阐述设计图时，教师应鼓励其他小组学生畅所欲言，提供各种角度的建议，也应鼓励阐述设计图的小组吸取合适的建议，思考改进。由于三年级学生年龄偏小，动手能力有限，因此在制作产品环节，教师需预留足够的制作时间并提供必要的技术支持。如在个别组内指导使用热熔胶枪、锯子等工具（安全提示：使用热熔胶枪时，不要用手触碰枪头部分，以免烫伤;在有教师指导的情况下，使用刻刀和锯子等工具;每次任务结束后，整理好有用的材料，清洁桌面与地面的垃圾）。

刚组合成立的新小组，成员在沟通交流中难免有不顺畅的地方，教师应在设计和制作环节前强调分工和合作的重要性，做到每人都有需要完成的任务，并积极沟通、互相协作，同时给予充足的时间让小组内部问题尽量自己解决，实践才能真正培养学生的合作能力。

（本文作者系浙江省温州市中通国际学校小学二级教师）

参考文献：

[1]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018：20-23，87-88.

[2]施昌魏.为未来向未来创未来：STEAM教育的温州实践·案例（小学）[M].抗州：浙江教育出版社，2019：13-24.