《义务教育科学课程标准（2022年版）》将工程设计与物化列为13个学科核心概念之一，并将工程实践能力和科学探究能力视为同等重要，组成“探究实践”核心素养
［1］。以教科版小学教材为例，工程设计与物化的核心概念贯穿整个学段，从三年级下册开始出现具体的课程如“我们的过山车”和“测试我们的过山车”。随着年级的上升，此类课程越来越多，如四年级的“制作我的小乐器”“设计制作小车”和五年级的“设计和制作生态瓶”“设计我们的小船”以及“做个保温杯”等。
然而，工程设计与物化类课程一直存在较多的教学痛点，导致其教学效果一直不甚理想，主要有以下三点。一是该类课程的基本流程包括设计、制作、测试、展评和改进，40 min很难完成，需要扩充课时，真正落实工程的最终结果是物质的而不是想象的
［2］。半成品很难保存至下节科学课，因此需要以连堂的形式开展。二是较为大块的时间交给学生，部分学生对时间把控不严，导致时间接近结束还有小组有较多未完成的制作部分。三是工程设计类课程展评部分十分重要，学生的设计会出现很多无法落地的实际问题，展评环节有利于学生发现想象与实际的差距，思考产生差距的原因
［2］，评价时基本以师生互评或部分学生进行生生互评为主，缺乏对班级大数据的整体调研。因此，应使每位学生都有交流的机会，更注重过程而不仅仅是最后的作品
［2］。
以上三个教学痛点可以借助信息化手段辅助教学，以起到更好的作用。当今学生是互联网的“原住民”，对信息技术平台等设备的接受度很高，具有使用其服务课堂的先天优势。
1 实验教学分析
“做个保温杯”选自教科版科学五年级下册第四单元的第七课，是单元的检验课、总结课。既考查学生知识的运用能力，也考查动手制作的能力
［3］，是典型的理论结合生活实践的课程。该课的核心问题是利用本单元知识制作一个保温杯。学生对于该问题主要存在两个需要明晰的重难点，一是学生需意识到保温其实是指保持温度而不是保持温暖；二是学生日常接触到的保温杯考虑到方便携带和硬度等因素，基本以金属为主要材料，这与学生学习到的金属是热的良导体这一知识是相悖的，理论和实际相脱节，需调整为更合适的核心背景问题。
2 实验教学的改进设计
针对“做个保温杯”一课的项目核心问题和工程设计类课程的痛点，笔者进行了教学设计和教学辅助手段的调整与改进。
2.1 统整单元，主线贯穿
“热”这一单元主要侧重于能的转化这一学科核心概念，但各个课时之间的联系较弱，尤其是前三课与后面课间的联系，不利于后期知识框架的整理和运用，因此对本单元进行大单元情境设计，从学生最为熟悉的奶茶入手，将原有课时穿插在做奶茶的步骤中，具体课程重构见
图1。响应新课标的要求，让课堂回归生活实际，课程内容应围绕着学生生活和学习中常见的应用场景来组织
［4］，让学生意识到科学是用脑和手认识自然世界的，技术是用脑和手改造世界的
［5］。
2.2 真实模拟，沉浸代入
广东地区全年气温较高，学生平时都会点冷饮，却因为配送或拿取不及时导致口感和温度发生变化，体验不佳。故以此为切入点创设了一个产品招标会的情境，学生化身工程师，以小组为单位竞标最新款的奶茶杯的设计与制作。把学科内容与社会实际结合起来，打通课堂教学与课外实践藩篱，实现理论与实践对接，突出真实性实践
［6］。同时工程设计也十分强调趣味，2020年10月，中共中央、国务院印发《深化新时代教育评价改革总体方案》，提出了“改进结果评价，强化过程评价，探索增值评价，健全综合评价”的意见，在设计初便提出设计目标（
表1），并将过程性评价进行包装和变式，转化成更接近设定情境下的比稿与宣传演讲，让学生既沉浸在设定环境中，又能始终明确设计与制作目标，在提升趣味性的同时让学生能在长时间、大空间的活动中主动调整制作作品。
2.3 技术助力，人人参与
工程设计与物化类课程容易出现展评环节严重缩水的情况，进而无法将知识与实际生活紧密结合，无法提升科学核心素养。利用云平台、会议直播软件、旋转展台等形式进行更好的展示与评价。评价包括了课堂的直接互动和以技术为支撑的云平台间接互动，让每个学生都参与评价的环节，汇总班级甚至是全校数据与个性化反馈，从而弥补常规教学手段进行展评环节有限反馈与评价的短板，用实时动态生成来改变传统的课堂教学
［7］。
3 实验教学流程设计
工程设计与物化类课程的最终目标是物化的产品，应始于任务，终于任务。经历一整套的设计与制作流程，亲历完整的科学探究过程，并最终产生物化的作品。
在实际操作过程中，由于时间和空间的限制，很难达到较好的教学效果，如看不清图纸和实物、时间分配不均、部分学生游离等问题。借助数字化设备可以降低该类问题的出现率，从而打造沉浸式课堂，真正落实以学生为主体，以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程。
3.1 资源云存储，随时分享展示
该课学生需要进行保温杯的平面设计，并在设计完成后进行“比稿”，即展示和比较设计理念、设计原理。
通过数字化平台，依据学习方式按个人或学习小组创建账号。如本课主要是以小组为单位进行，完成设计后上传自己小组的设计图至数字平台，同时也可以点击查看其他小组的设计图。学生在介绍时可以在平板上查看和回看照片。所有小组完成“比稿”后，学生会对设计图进行生生互评，不愿意公开发言的学生可以在评论区留言，学生再次修改设计图时可以更加明确修改方向。
3.2 直播平台“云监工”，矫正“姿势走样”
产品的制作时间约为15 min（含课间），如此大段的时间学生是没有精准的时间规划概念的。容易出现前期讨论时间过长，部分学生掌握全场，部分学生游离在外、打闹嬉戏等情况。教师巡视虽能起到一定的作用，但对于大班教学现状很难兼顾。
通过腾讯会议直播记录下杯子制作的全过程，不仅是给无法上台观察学生的教师观看，同时也是给各个学习小组观看和作为进度参考。对于讨论时间过长而未动工等小组都普遍出现的问题，只需要提醒其中的一个小组，屏幕的变化也会提醒其他有类似问题的小组，从而达到事半功倍的效果。部分学生游离、打闹嬉戏等活动由于视频这一隐形的约束与记录，大多会在源头上被控制住，努力参与到小组活动中来。学生一旦以小组为单位进行活动，就会受限于教学空间，授课教师也能利用直播平台更快地掌握各个小组情况，从而实现精准辅导。
3.3 数字传感器测量，放大细节更精准
对于制作好的保温杯还要进行保温性能评测，这也是最主要的设计目标和客观评价。学生在三年级学习过使用温度计等进行测量，这一较为传统的温度测量技能是需要习得的，但如今的使用场景大量减少，使用条件也较为苛刻，如需要铁架台、读数须平视等，对温度的细微变化不敏感，尤其是短时间内的温度变化导致误差较大。
本实验选用了温度传感器，其使用方法与温度计类似，但不需要铁架台的支撑，同时读数方便，对于温度的细微变化较为敏感，适用于短时间的温度变化测量。更值得推广的是该温度传感器的售价并不昂贵，精确到0.1 ℃的传感器只需几元且可以重复利用。
对于有长时间监测温度变化趋势的需求可以开发数据定点采集，从而直接生成曲线图，学生也可以做更加多样的观察与分析。对于较短时间的测量还是尽可能采用纸笔完成，不过度依赖智能化设备，有选择、有智慧地使用电子设备。
3.4 旋转展台秀作品，三维视角更全面
画设计图时只有一个角度不足以明确整体的做法，需要画多个角度，因此要形成三视图。
采用旋转展台可以多角度、全方位地进行展示，借助直播软件屏幕的放大，学生可以清晰地观察到作品实物，而解放双手的介绍也能让学生更加投入，不断锻炼口语表达能力。
3.5 即时投票评比，后台统计更便捷
常规课堂在最后一个环节剩余的时间会比较紧张，主观评价需要较多时间且无法面面俱到，而进行客观评价又需要消耗一定的统计时间，出现学生无事可做、教师焦头烂额的局面。
本课选用了主观评价和客观评价相结合的方式，先让部分学生发表观点，其他学生利用这个时间段结合评价标准完成问卷调查，后台不仅能给出最终的平均得分，还能用条形图反映得分分布情况，非常适用于多指标的综合测评；可以帮助教师更快收集和处理全班数据，同时挖掘不同作品的闪光点和有待提高的方面。此情况相对比较复杂，一般的五星评价还有更简单的操作形式。主客观评价相结合，快速收集全班大数据，只有这样才能真正落实生生互评，让全体学生参与到课堂中来。
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