苏教版科学五年级下册第五单元

《立体小菜园》教学设计

一、教材分析

本项目基于全球土地资源减少、粮食短缺等真实问题，从工程设计的角度提出设计“设计立体小菜园”的项目学习。通过设计建造立体小菜园，不仅有助于学生经历设计制作产品、完成项目的基本过程，认同创意设计能够改善生活质量，还有助于帮助学生建立以工程设计来满足生活需求的工程思维。

本项目的设计没有按照分课的形式呈现，而是按照学生可能经历的设计流程展开，包括了解需求、明确问题、前期研究、设计方案、制作改进、评价反思等六个要素，构成一个连续性的整体。从工程设计的执行过程来看，上述六个要素表现为六个操作步骤，或者说构成学生要做的六件具体的事情。

    学生通过调研了解需求，理解制作立体小菜园的实际意义和价值；通过明确问题，了解到任务是什么，有哪些具体要求和限制条件；通过前提研究突破技术难题，确定设计点；通过设计方案，将各种想法建构为一个可操作的设计蓝图；通过制作改进，将想法落到实处，对标找差，作出调整；通过评价反思，回顾整个设计制作立体小菜园的过程，评价效果，提升认识。而从工程设计的思维过程来看，这六个要素又不是线性的，它们前后关联，学生要不断经历回头看的过程。

二、学情分析

对于高年级的学生来说，设计、建造立体小菜园这样的活动是他们非常喜欢的。但是，他们的这种喜爱往往聚焦在动手做，在动脑思的方面比较欠缺。如果没有一个自始至终的思考作为驱动力，学生不仅做无目的，也可能做无恒心。《立体小菜园》项目的设计，没有按照分课的形式呈现，而是按照学生所可能经历的工程设计的流程逐步展开的，包括了解需求、明确问题、前期研究、设计方案、制作改进、评价反思。两个学习项目结合学生的年龄特点，以思维为核心，以需求导向、任务驱动的方式，带着学生真想、真做、真研究。

三、教学目标

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。

（2）本单元学习内容基于《课程标准》课程内容中“技术与工程领域”的高年段要求。

18.2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。

18.3工程设计需要考虑可利用的条件和制约因素，并不断改进和完善。

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。

四、教学准备

教师材料：关于立体农场、阳台种植技术、适合阳台种植的蔬菜、配置培养土的方法等方面的文字、视频资料，教学PPT课件等。

学生材料：

（1）用于“明确问题”的问题清单；

（2）用于“前提研究”的各种文字、视频资料；

（3）用来配制土壤的营养土、腐殖土、花园土等，花盆、小铲子等工具；

（4）用来制作立体小菜园的材料，如PVC管、矿泉水瓶、花盆等，或者是现成的制作套件；相关的工具，如钉锤、老虎钳、螺丝刀等。

（5）用来画设计图的方格绘图纸、2B铅笔、直尺、橡皮等。

五、教学时间

6课时

六、教学过程

（一）资料阅读，了解需求

1.      出示世界人口增长与土地资源供求关系示意图。

2.      谈一谈，你能从这幅图里得到什么信息？

3.      思考：想要解决这一问题你能想到哪些办法呢？

4.      1915年，美国地质学家吉尔伯特·艾利斯·贝利提出了 “立体农场”这一概念，后来，美国哥伦比亚大学的迪克森·戴波米亚教授与他的学生对这一概念进行了详细地阐述。（出示几幅立体农场的设计图）

 

    

资料：

“垂直农场”是1915年美国地质学家吉尔伯特·艾利斯·贝利提出的。1999年，美国哥伦比亚大学的迪克森.戴波米耶，他提出了以城市高楼建筑物为农场耕作平台的堆叠式农场，是垂场农场概念与理论的主要推动者。但如果从实践来说，垂直农业并不是新鲜事物，古代巴比伦空中花园、马丘比丘的悬崖梯田。

5.      你认为建立“立体农场”有什么意义和价值？立体农场与传统农场相比有哪些劣势呢？

资料：科学家将立体农场分为两大类。1.纯建筑风格的摩天大楼，内部采用堆叠分层种植，结合能源系统、循环技术、环境调控及人工光源技术，计算机自动化控制技术等，构建成类似植物工厂耕作风格的理想农场，但这种垂直农场目前基本处于理论设想阶段，因投资巨大(占地一亩层高30的垂直农场建设成本将达2亿美元)，效益回报慢，未能在实践中推行，所以当前摩天楼式的垂直农场尚处理论阶段。2.城市建筑肤皮耕作型垂直农场，就是利用城市三维空间，如屋顶、墙面、阳台、护栏、庭院甚至室内空间进行立体耕作，以提高都市农业的空间利用率。

6.      学生分析回答。（预设回答：可以充分利用空间、节能、环保；空间有限。）

［设计意图：做这个项目之前，首先要让学生知道为什么要做。因此，这里向学生揭示了当前世界粮食需求日益增长与可供开垦土地紧缺的严峻局面，可以引导学生思考通过立体农场这个项目解决土地资源的迫切需要，认识到可以通过工程技术实现少用地、多生产的特点。]

（二）任务分析，明确问题

1.西安受新冠疫情影响，住在北郊的一户人家为了在居家隔离中吃上干净新鲜的蔬菜，在自己的阳台上建造了“立体小菜园”。（PPT呈现图片）。这户人家的“小菜园”能否获得大丰收呢？ 立体农场的技术是否可以迁移到建阳台小菜园呢？

2.提出任务：

某公寓的阳台如图所示。该公寓的住户多为典型的三口之家。一些住户希望有人能帮他们在阳台上建造一个立体小菜。

要求：至少每周吃上两次小菜园供应的汤菜，希望能在两周内完成。最好利用废旧材料进行建造。

3. 谈话：如果要设计一个立体小菜园，需要考虑哪些问题?

4. 大家可以请以小组为单位进行讨论，把建造立体小菜园的任务、要求及问题清单填写在表格里。

任务	建立立体小菜园
要求	利用废旧材料、至少每周吃上两次小菜园供应的汤菜，且不重样、项目在两周内完成
问题清单 （可以记录关键词）	1. 2. 3. 4. ......

5.我们一起来看看同学们的结果吧。

6.学生汇报问题清单：

（1）种什么菜?

（2）用什么土壤在阳台种植呢？

（2）一共需要种多少?

（3）用什么容器来种?

（5）怎么实现立体种植?

（6）怎么计算汤菜的量?

……

7. 对于这些问题，你们有解决方法吗？大家可以回家查阅资料或者询问周围有经验的大人，我们下节课一起分析讨论。

［设计意图：这里从现实生活出发，给提出了具体的任务和限制条件，同时将评价标准前置，让学生清晰地知道该怎么做，促使学生去考虑建立体小菜园需要注意的问题。]

第二课时

（三）突破难点，前期研究

问题一：如何选择适合在阳台种植的蔬菜

1. （同学们通过查阅资料）哪些蔬菜适合种植在阳台上呢？

2. 学生分享

3. 小结：西红柿、豆角、生菜、辣椒、樱桃萝卜、小菠菜等，这些蔬菜生命力顽强，不需要太深厚的土壤，可以在花盆中种植。

4. 要完成“至少能让他们每周吃上两次小菜园供应的汤菜，且不重样。希望能在两周内完成。”要在两周内完成，我们还需要考虑什么呢？

5. 小组讨论：生长周期短、种植难度低、对环境要求不高；种植时需要考虑对温度、光照、水份、土壤要求不高的植物，同时要选择不易患病的品种。

6. 教师提前准备常见几种蔬菜的资料卡，或以小组为单位学生提前整理常见蔬菜的资料卡，筛选出符合要求的蔬菜种类。

7. 学生小结：常见的生长周期短的蔬菜有大蒜、萝卜、鸡毛菜、生菜等。

8.

将要求与相符合的蔬菜品种连线。

 

 

问题二：如何选择阳台种植的土壤

1. 阅读课本52页土壤小资料，讨论这两种土壤的优缺点？

2. 自己配制土壤，如何才能配制出有肥力的土壤？根据自己生活经验，说说好土壤的窍门？

3. 阅读腐殖土的拓展资料（腐殖土是森林中表土层树木的枯枝残叶经过长时期腐烂发酵后形成的。也可以用普通的土壤与各类有机垃圾（厨余垃圾）混合制成。）说一说腐殖土的营养来源于哪里？

4. 谈话：还有其它栽培方式吗？

水培技术是无土栽培技术的一种，采用营养液代替土壤进行植物培植。需注意的是营养液是经过专业的技术调配而成的。

5. 谈话：参考这些资料，谈一谈你在栽培技术方面的构想。

6. 学生分享交流。

问题三：如何选择搭建立体小菜园材料、容器

1. 你想搭建什么样的立体小菜园呢？你可以参考课本53页的案例，也可以根据自己查阅的资料，进行材料和容器的构想。

2. 小组讨论

3. 汇报交流

请同学们测算三口之家一顿汤菜所需的蔬菜量，以及需要种植的数量和面积。填写在表格中。尽量选择能同时满足多个限制条件的蔬菜来种植。

 

［设计意图：这里实际上是给学生做了一个示范，首先提供了三种适合在阳台种植的蔬菜，提示学生需要研蔬菜的生长周期、营养、口感等，这样能让学生知道该研究蔬菜的哪些信息，选择能满足限制条件的蔬菜来种植。然后，用相关资料补充说明了种植时还需要综合考虑土壤配制等栽培技术以及支架的设计与搭建。引导学生在项目开始时要学会多方考虑，做好充足的准备工作。]

 

第三课时

（四）集思广益，设计方案

1. 经过上节课的讨论，我们知道了适合种植在阳台的植物，种植土壤，同学选择了自己想要搭建的材料和容器下一步你们打算做些什么呢？

2. 学生：设计立体小菜园

3. 生集思广益，讨论立体小菜园的设计方案：测量小菜园的大小、支架的层数、稳定性、每层摆放的蔬菜的数量、支架的材质和数量……

4. （教师课前微课录制作图要求）学生等比例画出设计图。

温馨提示：花盆摆放在何处都要根据层板的长和宽做好合理规划，同时应调节好层板间的高度，以保证植物有充足的生长空间。

5. 各小组分享交流方案

6. 学生交流质疑，改进方案，选择最佳方案。

［设计意图：这里是在前期调查研究的基础上，先让学生讨论交流设计中需注意的问题，然后进行立体小菜园的方案设计。告诉学生工程设计不是盲目地画图，而是在充分考虑项目标准的前提下，先形成最佳方案然后再画设计示意图，促进学生形成工程思维。]

 

 

 

第四、五课时

（五）对标找差，制作改进

学生根据设计方案提前准备搭建立体小菜园的材料

1. 以小组为单位，按照设计图，拼接各小组的立体小菜园

2. 立体小菜园的制作需要做好小组做好分工合作，按照搭支架、配制土壤、播种、浇水、摆放花盆的步骤完成制作。

3. 教师需要督促学生对照设计图纸，一边制作一边在图纸上用彩笔标注好真实搭建时的方案，并在旁边备注修改的理由。

4. 谈话：与设计方案相比，在实际制作立体小菜园的过程中你们做了哪些修改?为什么要做这些修改?

5.     学生分享交流

6. 小菜园搭建好后，还需要注意什么呢？如何做好立体小菜园的日常管理？请大家针对自己设计的立体小菜园提出几点维护建议。

小菜园维护建议：

［设计意图：学生在这个环节真正开始了项目制作，唯有亲手制作才能意识到真实情况与设计方案的差别，因此，这里要求学生按照设计方案制作立体小菜园的同时，要不断进行修改，从而产生改进的意识。

 

 

 

 

第六课时

（六）展示交流，评价反思。

1.      各小组对设计图和作品进行展示说明，对设计和制作过程中遇到的问题以及解决办法进行阐述。

2.      教师及其他学生依据设计图评价表、作品评价表对该小组的作品进行验收评价。

3.      （组内自评）对照任务，检查自己建造的立体小菜园

       

     4.（组间互评）组内交流成果、经验，互相做出评价。

 

     

 

5.小组成员进行互评

小组成员互评表

评价说明：根据评价内容进行评价，非常符合涂三颗星，符合涂两颗星，一般涂一颗星，不符合不涂星。

6.课堂反馈

课堂反馈调查表

反馈说明：根据反馈内容进行反思，非常符合涂三颗星，符合涂两颗星，一般涂一颗星，不符合不涂星。

 

 

7.如果再有一次设计、制作立体小菜园的机会，你会怎么做？记录你的评价和反思

    

 

［设计意图：这里星级，首先引导学生对照清单，检查自己建造的立体小菜园的任务达成度，体验工程验收这一重要步骤，然后对自己和他人的小菜园进行评价。在“回头看”的过程中，培养学生的反思意识，告诉学生制作的完成并不意味着项目的结束，还可以继续研究。]

8.班内交流：教师邀请班内完成做好的一组，做班内分享汇报：包括小组设计的过程、遇到什么问题，如何解决的、对自己今后生活的启示等。（家长协助该组制作PPT或者将拍摄的过程资料做成视频）。

9.谈话：其他组的分享完成“立体小菜园”项目的感受？引导做的不太好的组剖析原因。（对他们组锲而不舍，坚持到最后的精神表示赞扬）

10.小结升华：我们人生中会遇见无数次像“立体小菜园”这样的任务，在完成时总会困难多多。懦弱的人会选择放弃或逃避，勇者会分析原因，找出突破的办法，最终圆满的完成。老师希望你们热爱生活，做生活的勇者！

七、板书设计