1.8制作我的小乐器 教学设计-2025-2026学年科学四年级上册教科版

教学设计 课程基本信息 课题  制作我的小乐器 课型：新授课 新授课 学科  小学科学 年级 四年级 学段  小学中段 版本章节  教科版四年级上册《声音》单元第8节 教学目标 科学观念：知道排箫的发声原理，根据需求和限制条件设计小排箫的制作方案；通过设计小排箫的活动，知道设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计、制作、改进完善。 科学思维：运用比较、分析的思维方法，了解排箫的结构与功能；能够运用聚合思维、突破定势等创造性思维，依据需求和限制条件设计制作小排箫。 探究实践：通过设计小排箫的过程，能准确讲述并反思自己的设计、草图、排箫模型，并进行改进；通过具体的任务要求，按照设计的基本步骤来设计制作小排箫。 态度责任：通过小排箫的设计能够与他人合作，愿意沟通，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点；在设计过程中能接受别人的意见，反思并改进自己的设计方案。 教学重难点 教学重点：通过设计小排箫的活动，知道设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善。 教学难点：通过建构数学模型解决在设计和制作小排箫过程中遇到的问题。 学情分析 本课教学内容涵盖了科学、数学和音乐学科内容，下面将从学生情况和学生的思维障碍点和发展点两个方面进行分析。 1.对学生情况分析 本人采用问卷为主访谈为辅的形式，对关于学生开展声音的研究的数学模型思想、音乐审美感知、科学工程实践能力进行调查。下面是对学生数学素养、音乐素养和科学素养等方面分析。 （1）学生数学模型思想分析 通过数学建模可以减少学生在制作中的成本预算，也就是减少材料的浪费。在建模过程中，随着有关条件的变化，通过相关变量及参数的调整，能很好的解决裁剪少浪费材料的新情况。 通过和我校数学教师的沟通，了解到四年级的学生大部分学生都能够运用数学思维建模、逻辑推理、解决实际问题。针对授课班级43人，进行了前测调研，前测的题目是：将一根36厘米长的吸管剪成3段，围成一个三角形，怎样剪才能使这3根木条能围成一个三角形？经过统计发现，89%的学生具有运用数学模思维建模、逻辑推理和解决实际中问题的能力。在数学模型建立、求解完成后，能够对建立的数学模型进行评价并及时对模型进行改进。 所以在本主题活动中布置了数学的限定条件，大部分学生能够运用数学课学习的建模思想、逻辑推理方法解决设计小排箫的任务。 （2）学生音乐审美感知分析 《义务教育艺术课程标准》中指出：“识谱是学生学习音乐的必要环节，识谱能力的提高对学生感受、理解、表现及创造音乐有着重要的作用”。通过和我校音乐教师的沟通，了解到四年级的学生大部分学生都能熟练地识简谱，而且学生有演奏口风琴、箫的基础。 审美感知即对音乐艺术听觉特性、表现形式、表象要素、表现手段及独特美感的体验、感悟、理解和把握。针对授课班级43人，进行了前测调研，前测题目是你能够使用竖笛吹奏乐曲吗？你能够利用调音器判断乐器音调吗？经过通过统计发现，94%的学生能够使用竖笛吹奏出完整的乐曲，64%的学生能够利用调音器判断乐器音调并调节准确，由此说明学生具备音乐审美感知素养。 （4）科学素养分析 科学观念分析：通过《声音》单元的学习，学生已经较好的掌握了声音的产生、传播以及声音的强弱、高低变化的规律，有助于分析排箫的结构与功能。为本节课设计制作小排箫奠定了知识理论基础。 科学思维分析：四年级学生在教师的引导下能够运用比较、分析、抽象等思维方法解决问题。能够在教师的引导下根据需求和限制条件进行分析、比较，抓住问题的关键，建构模型解决问题。但四年级学生依然是以形象思维为主，逐步转向抽象思维，开始从被动的学习主体向主动的学习主体转变，乐于动手实践、制作，适合“做中学、学中思”的学习方式。 探究实践分析：在教科之前的学习中具有设计《设计一顶帽子》、三年级安排了《设计制作小车》等内容，学生具有一定的设计制作基础，具有设计制作方面的经验。能够设计、制作模型，反应其中的部分科学原理并发现作品的不足并进行改进的工程设计实践能力。 通过统计分析89%的学生能够利用硬纸盒、剪刀、橡皮筋、轮子、连接轴、吸管、胶带等材料设计并制作一辆小车，79%的学生了解工程实践的流程，由此说明学生具备一定的工程实践能力。 态度责任分析：四年级具有一定的创新能力，能够尝试运用不同的思路和方法解决问题。在按要求设计音管的长度时，会出现多种方案，学生愿意分享自己的想法，能够倾听他人观点，从而改进和完善自己的设计方案。 4.学生的思维障碍点和发展点 （1）排箫方案设计：根据需求和限制条件，需要借助数学思维进行思考与分析。在进行数学建模时，学生很难考虑到满足多个因素，例如：通过测量和计算学生可以设计出将3根吸管分成7根长短不同且相差举例相等的数学模型。但是不能满足浪费材料不大于1厘米的要求。因此学生需要根据两个不同条件从新建模，培养学生在工程实践活动中解决的问题的能力。 （2）工程思维发展：通过设计制作小排箫和其它小乐器，学生能够深刻地体会到工程设计需要经历明确问题、确定方案、设计、制作、改进完善等流程，培养学生利用科学的方法，弥合理想与现实的差距。 教学准备 教师：教学课件、成品排箫、手机调音APP、 学生：3根21厘米长吸管、7个橡胶塞子、1框架、剪刀、直尺、记号笔、装饰材料（彩纸、贴纸）、记录单等。 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用）    分析排箫的结构与功能。                   1. 播放《闪耀的小星星》多乐器合奏音频，提问"这些美妙的声音是怎么产生的？不同乐器的结构有什么特点？" 教师谈话：同学们，今天老师给每个组都带来了一个乐器——排箫，接下来请同学们看一看，玩一玩，吹一吹，使排箫发出声音，并思考你有什么发现？（教师通过板书明确排箫结构名称——音管） 学生尝试使排箫发出声音并发现长管发出声音低、短管发出声音高。 2.教师提问：为什么会出现长音管发出的声音低，短音管发出的声音高这样的现象呢？ 学生观察并作出假设。观察发现音管下方堵着物体，当吹气的时候气体会在音管内振动，结合之前所学习的音调高低与物体振动频率有关，作出假设：音管越长，气体在音管内的振动频率可能越慢，声音越低；音管越短气体在音管内的振动的频率越快，声音越高。 3.教师小结：通过同学们的观察，我们发现气流振动可以使音管发出声音。而且音管下方堵着一个物体，这个物体称为塞子。我们推测塞子可以调节音管振动的长度从而改变气体在音管内振动的频率。 4.教师提问：在排箫中还有一个结构，同学们你们发现了吗？ 学生汇报：音管两侧的架子，它可以固定音管。 5.教师小结：通过刚才的观察，我们知道了排箫具有框架、音管和塞子这样的结构，这些结构具有其相应的功能。   以听觉情境激发兴趣，建立"声音-乐器-结构"的认知关联 在谈话过程中调取学生的头脑中声音的知识，帮助学生将固体发声原理迁移到气体发声原理，通过分析明确音管和塞子的功能。 教师引导学生进行分析排箫的发声原理及排箫的结构与功能之间的联系。 聚焦"结构与功能"的跨学科概念，为后续设计制作奠定结构认知基础。   3D结构拆解图：借助AI生成排箫3D拆解模型，动态展示框架、音管、塞子的组合关系，帮助空间想象能力较弱的学生理解结构功能。  确定设计制作小排箫的任务，依据任务要求进行设计。               6.教师谈话：我们是否也能做出来和这个不太一样的小排箫呢？我们今天的任务利用三根长21厘米的吸管、7个塞子，一个框架设计制作一个小排箫，设计制作一个我们认为合理的小排箫。这个小排箫是什么样的呢？ 学生说出自己的想法 7.教师出示任务要求：（1）能发出7个不同音调； （2）相邻音管差相等。 注意：①制作过程中浪费材料小于1厘米；②制作过程音管不允许有粘接。如果要完成这样的任务要求，我们首先需要进行设计，你有想法吗？ 学生明确实验材料及任务要求，初步思考，表达自己的想法。说出制作小排箫的方法。 8.教师谈话：请同学们在设计时将设计过程记录在设计单上。 学生讨论并在记录单进行设计。 在设计的过程中学生把需求和限制条件聚合起来思考，进行重新组织和推理，以求得满足要求的数据。 学生依据需求和限制条件进行理论设计和制作，运用聚合思维和突破定势等创新思维进行思考。 小组讨论环节促进合作学习，发挥集体智慧，培养沟通协作能力。 聚焦"系统与模型"概念，引导学生将复杂的制作任务转化为可量化的设计方案。 采用电子设计单，内置AI校验功能，实时提示学生设计方案中的问题（如总长超标、差值不相等、浪费材料超标），引导学生及时调整。  学生依据设计方案交流、汇报。                 9.汇报方案并改进 学生介绍自己理论设计与操作设计。 在学生汇报过程中教师引导其他同学寻找认知冲突，如果学生不能发现，教师要能够发现（理论设计如：总和超过了总长63厘米、浪费材料超过1厘米等；操作设计如：裁剪过程中，制作不出来等）。 10.教师谈话：通过刚才的讨论，我们有的小组已经设计出了制作方案，接下来请他们进行汇报。 11.教师小结：通过这些同学的汇报，相信其他小组也有了一定的想法，请同学们对自己的设计方案进行进一步改进。   通过记录单汇报，展现学生的思维过程。在这一过程中学生思考设计方案的可行性，并论证自己的观点。其他学生能够有依据的提出质疑，同学们能够依据他人建议进一步改正。体现学生愿意进行沟通交流、讨论综合考虑他人意见，形成最终的设计方案。 在制作的排箫过程中，同学们像工程师那样工作，严格按照设计方案进行制作，培养学生的工程思维。通过排箫的设计、制作，在学生头脑中渗透系统与模型的跨学科概念。   将学生的设计方案上传至系统，AI从"可行性、材料利用率、科学性"三个维度进行量化评分，并给出具体改进建议（如"某音管长度计算错误，建议调整为XX厘米"）。  小排箫成果展示                 12.教师谈话：如果你们完成了方案的改进，利用手中的材料，并按照你们的制作方案进行制作。制作完成后，测试你们的小排箫能否达到制作标准。能够达到标准之后，请你们尝试着吹奏《闪耀的小星星》这首乐曲。 13.教师谈话：现在已经有几个组依据方案完成了制作，请同学们到前面来进行展示。 14.教师提问：通过同学们的展示，你有什么发现？ 学生展示吹奏《闪耀的小星星》乐曲。 15.教师谈话：通过观察可以发现我们这节课设计制作的小排箫音调并不准确，所以我们还需要对你的小排箫进行进一步完善，同学们看这是多功能调音器，这是我们手机中的调音软件，它们可以判断我们吹出来的音调是否准确。那么如何调节小排箫可以让它发出准确的音调呢？ 学生回答：可以将塞子向里塞或者向外拉，因为音管的长短与音管内气体振动的快慢有关。 16.教师小结：我们下节课可以当一次小小调音师，借助调音工具，调节塞子在音管内的位置将音调调节准确，让我们吹奏出更美妙的声音   学生能够依据科学原理改进产品的不足，落实跨学科概念结构与功能、系统与模型的培养。   作业设计 利用本节课所学的声音原理、设计流程和跨学科知识，自主设计并制作一款新的小乐器。 板书设计/课堂小结   教学反思  本节课以"制作我的小乐器"为核心主题，通过跨学科综合实践，落实了"科学观念、科学思维、探究实践、态度责任"四维目标。教学中注重"做中学、学中思"，通过情境导入、任务驱动、小组合作等方式，充分调动了学生的主动性和创造性。 亮点在于：①融合科学、数学、音乐知识，设计多条件约束的实践任务，有效培养了学生的跨学科应用能力和工程思维；②借助AI工具（模拟器、3D模型、评价系统）突破教学难点，让抽象原理可视化、设计过程精准化；③作业设计延续课堂主题，鼓励学生自主创新，实现"从课堂到生活"的延伸。 需改进之处：①部分学生在数学建模环节仍存在困难，后续可增加小组内"数学小导师"互助机制；②AI工具的使用需控制时长，避免技术依赖，确保学生自主思考的主导地位；③可提供更多样化的乐器案例参考，满足不同层次学生的创新需求。 未来教学中，需进一步平衡"趣味性"与"科学性"，既要让学生在动手实践中感受快乐，也要引导学生深入思考背后的科学原理，真正实现"动手又动脑"的综合素养提升。   学科网（北京）股份有限公司 $