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“设计类”科学拓展课的特征剖析
科学课中传统的、经典的教学流程是从问题出发，设计方案并付诸探究，解决问题或了解物件的结构原理。我们将这种构思嫁接到科学拓展课上，并衍生出一类具备实践价值的课型——“设计类”科学拓展课。这里，“设计类”科学拓展课是一个相对模糊的称谓，即其概念外延不够明晰，而其概念内涵在一定程度上是相对明确的，我们可以概括出该类课型的若干特征。
第一，以人工产品为学习对象。“设计类”科学拓展课在教学中的关键活动为“通过设计和制作一件作品或产品，了解设计作品、完成项目的基本过程”。例如，已经有老师以“公平杯”“尿娃”“欹器”“平衡鹰”“比重计”等器具为教学载体，给我们呈现了极其精彩的课例。
第二，以学生实践为课堂重心。这类拓展课指向大概念“科学发现的知识可以用于开发技术和产品，为人类服务”，使学生在课堂中体会到“做”的成功和乐趣，真正经历做中学和学中思，进一步体验科学技术对人类生活和社会发展的影响。
第三，以建模方式为教学手段。这类课型在具体展开的过程中，很少会直接拿出实物进行解剖分析，而是往往借助建模的方式展开教学，以提高学生的分析和设计能力，实现学生对所学知识的综合应用。
“设计类”科学拓展课的课型模式
依据课型特征，并结合前期大量的、优秀的课例，我们可以提炼出“设计类”科学拓展课的课型模式（如图1）。
“设计类”科学拓展课的教学主线首先就是“聚焦问题—设计作品—制作应用—效能评估”，而后学生在试用中再次发现、聚焦问题后，经过多次设计、改进作品，进行二次效能评估（有可能是多次），最终才能指向真正的产品。
在这一过程中，学生始终在问题的驱动下，兴趣和求知欲得以激发，同时在动手实践的过程中真正体悟到“设计”的魅力。本文将结合课例《自制比重计》对此课型模式作进一步的阐述和说明。
“设计类”科学拓展课的课例剖析
拓展课《自制比重计》源自教材《探索马铃薯沉浮的原因》一课中的插图（如图2）。教材只是点到为止地提及有一种能够比较液体轻重的仪器叫做比重计，并没有对其原理进行探究，而是重在工具的应用。缘于此，我们以此为基点，并遵照“设计类”科学拓展课的课型模式，进行了课堂实践。
[图2 关于比重计的教材插图][酒厂里，有一种能够比较液体轻重的仪器，我们了解其中的原理吗？][比重计][变性酒精][空气][玉米油][水][水银]
1.聚焦：观察现象，提出问题
从生活现象和生活经历中发现可探究的科学问题是对学生科学素养的一种培养，也是促进学生进行自主探究的兴趣激发点，更是引导学生将书本中所学的科学知识运用到生活中的一种方式。
在《自制比重计》一课中，教师先出示塑料块、清水、浓盐水、酒精等物体每立方厘米的质量，然后让学生联系已学过的知识，利用所给数据判断塑料块在这些液体中的沉浮情况。接着，教师将同一个塑料块放在清水和浓盐水中，并标记出吃水线，引导学生发现塑料块在清水和浓盐水中上浮的高度不同。教师再从这一发现中顺势引出问题：是不是可以用塑料块来判断不同液体的轻重？
这样的问题聚焦方式一方面基于学生对《沉与浮》单元的认知能力，另一方面也源于他们的生活积淀，自然而贴切。在本环节教学中，先根据数据从理论层面进行沉浮判断，再利用实物进行实验验证，让学生亲眼验证自己的判断，考查自己的已有知识水平。尤为关键的是最后引出問题的点睛之笔：教师要让学生的思维不仅仅停留在观察到的现象上，而是从“塑料块上的两个标记”出发，经历新的思维碰撞，为构建新知识做好准备。这种温故知新既符合学生的认知规律，又能直接切入主题，让学生直截了当地明确本节课的课堂教学目标，也为学生提供了有探究价值和可行性的科学问题。从课程开发角度而言，属于从学科教材的某个基点出发作进一步拓展延伸，是常见拓展课的开发方式之一。
2.感悟：初次设计，尝试制作
工程的关键是设计，设计的方向是为了满足人类与社会的使用需求，需要考虑可利用的条件和制约因素。由于小学生的年龄及认知能力有限，因此这一过程需要教师的适当引导和指导，但教师不可过度指导而扼制学生的创意和想象力。光有设计等同纸上谈兵，学生还要根据自己的设计意图分析可利用的资源，尽可能尝试着将自己的设计制作成实物。
承接《自制比重计》一课前面的流程，教师引导：类似塑料块这样，可以比较液体轻重的仪器就叫做比重计。你觉得比重计应该具有怎样的特点？像塑料块这样方便吗？学生在交流中逐步明确制作比重计的材料需要具备细、长、可以浮在水面上等条件后，教师又根据学生的建议提供了3种细长条材料：木条、塑料吸管和泡沫条。将吸管插入水中，一松手，吸管马上倾倒漂浮在了水面上。这一现象使学生进一步考虑到比重计还需要直立浮于水面，而不仅仅是浮起来就可以了。教师利用一个不倒翁进行引导，再给学生提供橡皮泥和焊锡丝2种配重材料。此时，学生已经明确了设计目标，他们能将5种材料自由组合，在记录表上进行设计。最后，再让学生根据自己的设计图纸制作比重计，并在清水中不断尝试、调整，制作出尽可能多的、不同材料组合的、能成功直立浮于水面的比重计。
上述教学环环紧扣、逐层递进，让学生感悟到产品的制作离不开设计，设计的方向源于人们使用的需求。提供3种细长条的材料和2种配重材料使学生有更多的选择，设计方案得以丰富，能更好地培养学生思维的深度和广度。从学生的尝试制作过程来看，学生在不断改进自己的设计方案，一步步向达到使用需求这一目标靠近。这一学习过程使学生对新知识的获取不再是简单的接收，而是自主习得，收获显然更多。此外，为了更好地凸显设计这一理念，对比重计的探究采用了建模的方式逐步揭开暗箱，指向原型的结构和原理。 3.理解：二次设计，检测效能
学生通过之前的尝试设计和制作对产品的工作原理有了初步感悟，但产品从最开始的雏形到成品，是一个不断改进的过程。学生再次设计、反复尝试的过程，也是对产品原理不断理解和深入的过程。
自制比重计的过程中，学生已经将自己的设计创意转化为了实物，每组基本都有几种形态各异的比重计。教师再出示新任务：用自制比重计区分浓盐水和淡盐水。活动中不断淘汰、改进比重计，最后挑出一支最理想的比重计。
看似一个很简单的任务，但学生在实际操作中遇到了种种困难：塑料吸管上加焊锡丝的量很难把握；塑料吸管加橡皮泥的组合比较容易进水；木条的吸水性强导致不够精确；泡沫条虽然使用起来较准确，但是比较容易断，不易制作和携带等。教师引导学生对比重计的每一次改进，都要从使比重计更加精准、便于使用、方便携带和节约成本等方面进行考虑，使学生感受到利用科学技术设计和开发产品是为了更好地适应人类与社会的需求。
4.应用：三次设计，趋向产品
工程的设计和评估过程具有反复性，这种反复的评估和再设计可以不断地优化设计方案。当学生在不断优化设计、改进产品、自认为产品越来越接近市场需求时，教师应引导学生进行进一步的检测与评估，这种对新知的应用与迁移会再次冲击学生的思维，使学生意识到设计产品不是简单的手工制作，需要有科学理论依据的支撑，更需要设计的不断优化和制作的持续跟进。
《自制比重计》的教学中，学生借助浓盐水和淡盐水的判断活动，淘汰存在明显缺陷的比重计后，教师引导学生作进一步筛选，挑出自己组内制作最为满意的比重计再检测。笔者为学生提供了清水、浓盐水、牛奶、酒精、食用油这5种常见的液体，请学生用组内最满意的比重计来測试比较这几种液体的比重大小。检测结束后，请学生互相交流实验过程中所遇到的问题，引发学生进一步思考：推向市场的比重计还需要做什么样的改进？
经过多次设计改进后的比重计虽仍有欠缺，但是学生经历了这一再设计和检测的过程后，他们对于目标产品（市场上的比重计）有了更加深刻的认识。这一活动，以进一步筛选改进比重计为主，以比较不同液体的比重为辅，这既是对知识的一种应用和迁移，也是进一步优化和完善比重计这一产品的重要步骤。
“设计类”科学拓展课的课型模式，始终抓住“聚焦问题—设计作品—制作应用—效能评估”等基本环节，在反复设计、发现、讨论、再设计、再改进的过程中，实现产品的最优化。这一过程，培养了学生的创新意识，激发了他们的创新潜能，实现了技术设计、制造产品和解决实际问题的目的。这一类型的课既要指向大概念，又要符合儿童的认知规律，在儿童的能力范围内进行设计开发，兼具一定的挑战性和创新性，使学生的科学思维水平和创新能力得到真正的拓展和提升。
浙江省杭州市景成实验学校
（310022）
科学课中传统的、经典的教学流程是从问题出发，设计方案并付诸探究，解决问题或了解物件的结构原理。我们将这种构思嫁接到科学拓展课上，并衍生出一类具备实践价值的课型——“设计类”科学拓展课。这里，“设计类”科学拓展课是一个相对模糊的称谓，即其概念外延不够明晰，而其概念内涵在一定程度上是相对明确的，我们可以概括出该类课型的若干特征。
第一，以人工产品为学习对象。“设计类”科学拓展课在教学中的关键活动为“通过设计和制作一件作品或产品，了解设计作品、完成项目的基本过程”。例如，已经有老师以“公平杯”“尿娃”“欹器”“平衡鹰”“比重计”等器具为教学载体，给我们呈现了极其精彩的课例。
第二，以学生实践为课堂重心。这类拓展课指向大概念“科学发现的知识可以用于开发技术和产品，为人类服务”，使学生在课堂中体会到“做”的成功和乐趣，真正经历做中学和学中思，进一步体验科学技术对人类生活和社会发展的影响。
第三，以建模方式为教学手段。这类课型在具体展开的过程中，很少会直接拿出实物进行解剖分析，而是往往借助建模的方式展开教学，以提高学生的分析和设计能力，实现学生对所学知识的综合应用。
“设计类”科学拓展课的课型模式
依据课型特征，并结合前期大量的、优秀的课例，我们可以提炼出“设计类”科学拓展课的课型模式（如图1）。
“设计类”科学拓展课的教学主线首先就是“聚焦问题—设计作品—制作应用—效能评估”，而后学生在试用中再次发现、聚焦问题后，经过多次设计、改进作品，进行二次效能评估（有可能是多次），最终才能指向真正的产品。
在这一过程中，学生始终在问题的驱动下，兴趣和求知欲得以激发，同时在动手实践的过程中真正体悟到“设计”的魅力。本文将结合课例《自制比重计》对此课型模式作进一步的阐述和说明。
“设计类”科学拓展课的课例剖析
拓展课《自制比重计》源自教材《探索马铃薯沉浮的原因》一课中的插图（如图2）。教材只是点到为止地提及有一种能够比较液体轻重的仪器叫做比重计，并没有对其原理进行探究，而是重在工具的应用。缘于此，我们以此为基点，并遵照“设计类”科学拓展课的课型模式，进行了课堂实践。
1.聚焦：观察现象，提出问题
从生活现象和生活经历中发现可探究的科学问题是对学生科学素养的一种培养，也是促进学生进行自主探究的兴趣激发点，更是引导学生将书本中所学的科学知识运用到生活中的一种方式。
在《自制比重计》一课中，教师先出示塑料块、清水、浓盐水、酒精等物体每立方厘米的质量，然后让学生联系已学过的知识，利用所给数据判断塑料块在这些液体中的沉浮情况。接着，教师将同一个塑料块放在清水和浓盐水中，并标记出吃水线，引导学生发现塑料块在清水和浓盐水中上浮的高度不同。教师再从这一发现中顺势引出问题：是不是可以用塑料块来判断不同液体的轻重？
这样的问题聚焦方式一方面基于学生对《沉与浮》单元的认知能力，另一方面也源于他们的生活积淀，自然而贴切。在本环节教学中，先根据数据从理论层面进行沉浮判断，再利用实物进行实验验证，让学生亲眼验证自己的判断，考查自己的已有知识水平。尤为关键的是最后引出問题的点睛之笔：教师要让学生的思维不仅仅停留在观察到的现象上，而是从“塑料块上的两个标记”出发，经历新的思维碰撞，为构建新知识做好准备。这种温故知新既符合学生的认知规律，又能直接切入主题，让学生直截了当地明确本节课的课堂教学目标，也为学生提供了有探究价值和可行性的科学问题。从课程开发角度而言，属于从学科教材的某个基点出发作进一步拓展延伸，是常见拓展课的开发方式之一。
2.感悟：初次设计，尝试制作
工程的关键是设计，设计的方向是为了满足人类与社会的使用需求，需要考虑可利用的条件和制约因素。由于小学生的年龄及认知能力有限，因此这一过程需要教师的适当引导和指导，但教师不可过度指导而扼制学生的创意和想象力。光有设计等同纸上谈兵，学生还要根据自己的设计意图分析可利用的资源，尽可能尝试着将自己的设计制作成实物。
承接《自制比重计》一课前面的流程，教师引导：类似塑料块这样，可以比较液体轻重的仪器就叫做比重计。你觉得比重计应该具有怎样的特点？像塑料块这样方便吗？学生在交流中逐步明确制作比重计的材料需要具备细、长、可以浮在水面上等条件后，教师又根据学生的建议提供了3种细长条材料：木条、塑料吸管和泡沫条。将吸管插入水中，一松手，吸管马上倾倒漂浮在了水面上。这一现象使学生进一步考虑到比重计还需要直立浮于水面，而不仅仅是浮起来就可以了。教师利用一个不倒翁进行引导，再给学生提供橡皮泥和焊锡丝2种配重材料。此时，学生已经明确了设计目标，他们能将5种材料自由组合，在记录表上进行设计。最后，再让学生根据自己的设计图纸制作比重计，并在清水中不断尝试、调整，制作出尽可能多的、不同材料组合的、能成功直立浮于水面的比重计。
上述教学环环紧扣、逐层递进，让学生感悟到产品的制作离不开设计，设计的方向源于人们使用的需求。提供3种细长条的材料和2种配重材料使学生有更多的选择，设计方案得以丰富，能更好地培养学生思维的深度和广度。从学生的尝试制作过程来看，学生在不断改进自己的设计方案，一步步向达到使用需求这一目标靠近。这一学习过程使学生对新知识的获取不再是简单的接收，而是自主习得，收获显然更多。此外，为了更好地凸显设计这一理念，对比重计的探究采用了建模的方式逐步揭开暗箱，指向原型的结构和原理。 3.理解：二次设计，检测效能
学生通过之前的尝试设计和制作对产品的工作原理有了初步感悟，但产品从最开始的雏形到成品，是一个不断改进的过程。学生再次设计、反复尝试的过程，也是对产品原理不断理解和深入的过程。
自制比重计的过程中，学生已经将自己的设计创意转化为了实物，每组基本都有几种形态各异的比重计。教师再出示新任务：用自制比重计区分浓盐水和淡盐水。活动中不断淘汰、改进比重计，最后挑出一支最理想的比重计。
看似一个很简单的任务，但学生在实际操作中遇到了种种困难：塑料吸管上加焊锡丝的量很难把握；塑料吸管加橡皮泥的组合比较容易进水；木条的吸水性强导致不够精确；泡沫条虽然使用起来较准确，但是比较容易断，不易制作和携带等。教师引导学生对比重计的每一次改进，都要从使比重计更加精准、便于使用、方便携带和节约成本等方面进行考虑，使学生感受到利用科学技术设计和开发产品是为了更好地适应人类与社会的需求。
4.应用：三次设计，趋向产品
工程的设计和评估过程具有反复性，这种反复的评估和再设计可以不断地优化设计方案。当学生在不断优化设计、改进产品、自认为产品越来越接近市场需求时，教师应引导学生进行进一步的检测与评估，这种对新知的应用与迁移会再次冲击学生的思维，使学生意识到设计产品不是简单的手工制作，需要有科学理论依据的支撑，更需要设计的不断优化和制作的持续跟进。
《自制比重计》的教学中，学生借助浓盐水和淡盐水的判断活动，淘汰存在明显缺陷的比重计后，教师引导学生作进一步筛选，挑出自己组内制作最为满意的比重计再检测。笔者为学生提供了清水、浓盐水、牛奶、酒精、食用油这5种常见的液体，请学生用组内最满意的比重计来測试比较这几种液体的比重大小。检测结束后，请学生互相交流实验过程中所遇到的问题，引发学生进一步思考：推向市场的比重计还需要做什么样的改进？
经过多次设计改进后的比重计虽仍有欠缺，但是学生经历了这一再设计和检测的过程后，他们对于目标产品（市场上的比重计）有了更加深刻的认识。这一活动，以进一步筛选改进比重计为主，以比较不同液体的比重为辅，这既是对知识的一种应用和迁移，也是进一步优化和完善比重计这一产品的重要步骤。
“设计类”科学拓展课的课型模式，始终抓住“聚焦问题—设计作品—制作应用—效能评估”等基本环节，在反复设计、发现、讨论、再设计、再改进的过程中，实现产品的最优化。这一过程，培养了学生的创新意识，激发了他们的创新潜能，实现了技术设计、制造产品和解决实际问题的目的。这一类型的课既要指向大概念，又要符合儿童的认知规律，在儿童的能力范围内进行设计开发，兼具一定的挑战性和创新性，使学生的科学思维水平和创新能力得到真正的拓展和提升。
浙江省杭州市景成实验学校
（310022）