小学科学教科版（2024）四年级上册（2024）5. 设计我们的乐器教学设计

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《设计我们的乐器》是第三单元《声音》中的第五课，属于工程设计与技术实践类课程。在学生已掌握声音的产生、强弱、高低等基础知识，并了解乐器如何实现声音变化的基础上，本课引导他们动手设计并制作简易乐器，完成从知识理解到实践应用的跨越。
教材内容分为四个部分：第一部分明确任务，提出“利用身边的材料制作乐器，并用它演奏一段《小星星》乐曲”的核心目标。第二部分制定评价标准，引导学生共同商定乐器的评价标准。第三部分设计方案，要求学生以设计图的形式呈现乐器设计方案。第四部分实施计划，指导学生依据方案完成乐器的制作。
【学情分析】
本课的教学对象是四年级上学期学生，年龄大约在9～10岁。这一阶段的学生普遍好奇心强、乐于动手操作。《设计我们的乐器》位于《声音》单元的后半部分，不仅是对声音知识的巩固应用，更是一节融合了科学、技术、工程与艺术的STEAM项目式学习课程。学生将从之前的“观察者”、“探索者”转变为“设计师”、“工程师”，这一转变是学习能力的跨越，必然伴随着具备难度的挑战。
【教学目标】
1.能够基于声音的产生与变化规律，提出制作乐器的创意构想。
2.能选择合适的材料，动手制作出可发出不同音调的简易乐器。
3.体验动手创造的乐趣，形成乐于合作、敢于创新的科学态度。
【教学重难点】
教学重点：经历并理解“明确任务—制定标准—设计方案—实施计划”这一完整的工程设计与制作过程；能运用“声音的高低与物体振动快慢有关”的科学原理，设计和制作出能发出不同音调的乐器。
教学难点：将“声音高低变化的原理”应用到乐器设计中，并在制作过程中实现对乐器音调的调整与控制。
【教学准备】
教学课件。
“材料超市”材料清单：
主体材料：橡皮筋、吸管、杯子、水。
结构材料：纸盒、纸筒、木板、泡沫板。
固定材料：胶带、图钉、双面胶、绳子。
装饰材料：贴纸、彩纸、礼品纸、水彩笔。
加工材料：尺子、记号笔、剪刀、刻刀。
【教学过程】
一、明确任务：以匠之心，奏我之音（预设5分钟）
1.谈话：同学们，上节课，我们欣赏了各种乐器高低强弱不同的美妙声音。今天，我们将迎来全新的挑战——你们，准备好成为一位乐器设计师了吗？
2.谈话：太好了！但要成为一名真正的设计师，我们不仅需要知识，更需要一颗专注与热爱的匠心。在我国，有一位被誉为“大国工匠”的制琴师——朱象教先生。作为中国第一代职业制琴师，他将毕生心血都倾注于提琴的设计与制作上，为中国提琴制造事业奠定了坚实的基石。在他的手中，刻刀是笔，木材是纸，他将生命的音符，深深镌刻在了中国乃至世界提琴制作的史册上。
3.谈话：今天，就让我们像朱象教先生一样，用一双巧手、一颗匠心，来设计并制作一件属于我们自己的专属乐器。
4.谈话：我们的任务——利用身边的材料制作乐器并用其演奏一段《小星星》乐曲。大家有信心接受这个挑战吗？
【设计意图】导入环节旨在构建“情境-价值-任务”三位一体的学习起点。情境方面，通过“乐器设计师”的角色转换，激发学生的学习主体性；价值方面，引入“大国工匠”朱象教的榜样故事，将课堂立意升华至“工匠精神”的价值引领，为后续活动的展开注入持久的内驱力；任务方面，以演奏《小星星》片段为明确任务驱动，将“学习榜样精神”落地、转化为具体、可操作的探究目标。
二、制定标准：古训先领，标准先行（预设6分钟）
1.研讨：不以规矩，不成方圆。在制作乐器之前，我们先商量一下，一把“好乐器”的标准是什么？我们可以从哪几个方面进行评价？
2.谈话：我们可以从音调数量、音准情况、外观结构三个方面进行评价。
3.提问：我们可以设置怎样的评价等级呢？要达到不同等级，需要分别满足什么条件?
4.归纳：我们可以将评价等级设置为合格、良好、优秀三种，以“音调数量”这一评价内容为例，乐器有1～3个音调为合格，达到4个为良好，达到5个为优秀。
【设计意图】通过“不以规矩，不成方圆”的古训，引导学生意识到制定标准在工程设计中的重要性。师生共同从三个维度制定三个层级的评价标准，使课堂探究目标变得更加清晰、精准，为后续的设计制作提供了愈加明确的指南。
三、设计方案：原理为纲，设计为器（预设12分钟）
1.提问：有了清晰的标准，下一步我们便要解决核心问题——怎么做？首先，请大家回顾一下，我们见过的乐器，都是靠什么方式发出声音的？
2.归纳：比如吉他是弹拨，笛子是吹奏，鼓是敲击，发声方式多种多样。那么，另一个关键问题来了：声音的高低又是由什么决定呢？
3.追问：我们已经知道声音的高低取决于物体振动的快慢。那么，你能想出哪些具体的方法来改变这些物体振动的快慢呢？
4.聚焦：大家的想法都紧扣原理：拉紧或放松橡皮筋，可以改变橡皮筋振动的快慢；裁剪吸管的长短，可以改变吸管内空气柱振动的快慢；调整杯中的水量，可以改变整个水杯振动的快慢。
5.谈话：现在，就请各位设计师，将这些原理融入你们的设计图中，设计你们的乐器吧！请务必注明这三个点:乐器的发声方式、音调变化的方式、制作乐器所需的材料。
6.学生分组合作，绘制设计方案。
【设计意图】本环节旨在引导学生完成从“观察者”到“设计师”的关键跨越。通过递进式的提问，引导学生回顾起乐器的发声方式，进而聚焦于“音调的高低取决于物体振动的快慢”这一核心原理。随后，驱动学生将原理与具体材料相联系，举例说明改变音调的方法。最终，学生整合想法，形成完整的设计方案，为制作环节提供蓝图。
四、实施计划：备料有方，制作有章（预设14分钟）
1.提问：看到大家的设计图！我非常期待你们的作品！“材料超市”马上开门迎客！不过，在选择材料前，我们一起思考三个能让我们乐器更成功的关键问题：第一，选择材料时，应该考虑哪些因素？第二，如果需要的材料没有或跟预想的不一样，应该怎么做？第三，优秀的乐器不仅要好听，还要好看，除了将材料进行组装外，还能做些什么？
2.归纳：我们来梳理一下，这些是我们成功的秘诀：选择材料时，像工程师一样理性，优先考虑它能否实现我们的发声目标和结构需求；遇到材料问题时，像发明家一样灵活，寻找替代品或利用工具把材料加工成需要的样子；乐器基本完成后，像艺术家一样用心，精心装饰你的乐器，提升它的美感。
3.小结：“选择材料→利用工具把材料加工成需要的样子→将加工后的材料进行组装和装饰”这就是我们制作乐器的完整步骤。现在，你们已经掌握了所有秘诀，接下来，就请到“材料超市”选取你们需要的材料吧！预祝各位制作顺利！
4.学生分组选择材料，开始制作乐器，教师巡回指导。
【设计意图】本环节的关键在于通过三个关键的提问，引导学生思考材料的选择标准、替代方案和外观优化，培养他们的工程思维和解决问题的能力，帮助他们提前预判和规避制作中可能遇到的困难。并为学生梳理出“选材—加工—装饰”的清晰步骤，让学生能有效地带着明确的目标与策略去行动。
五、课堂小结：举世无双，精进无止（预设3分钟）
1.谈话：看到大家独一无二的乐器，老师感到非常震撼！它们跟购买的乐器相比，一定有特别之处。谁愿意分享一下，你们的乐器最与众不同的点。
2.归纳：最闪光的点在于它们充满了创意与巧思，每一件都是举世无双的，承载着我们的探索与汗水。但是，能购买到的乐器，经过了精密的调试和改进，因此在音调的精准度和工艺的精细度上更胜一筹。
3.小结：我们今天创造的最大价值，就是这份“举世无双”！而如何让音调更精准、让外观更精美，这恰恰是我们下一站探索的起点。在下节课《改进我们的乐器》中，我们将化身“乐器优化大师”，专门攻克这些难题，让大家举世无双的创意，发出更动听的声音！
【设计意图】设置积极的对比反思，让学生认识到他们制作的乐器具有独特的价值与可改进的空间，充分保护学生的创作激情，并将“音准与美感”的不足成功转化为下节课学习的内驱力。
七、板书设计
设计我们的乐器
明确任务 → 制定标准 → 设计方案 → 实施计划
制作小乐器 音调数量 发声方式 选择材料
音准情况 音调变化 加工材料
演奏小星星 外观结构 所需材料 组装装饰
【疑难解答】
在传统教学中，我们常提供限定材料（如橡皮筋、吸管、杯子）以降低难度。但本节课若想真正激发学生的原创性，就需要提供一个更为丰富的“材料超市”。这会导致学生面临“选择困难”和“制作脱离设计”的新挑战。
1.如何解决学生“选择困难”这一问题？
教师可将“材料超市”按功能分层，将不同材料分区，分为主体材料、结构材料、固定材料等，学生会自然地从每个分区中选取材料，从而构建出一个完整的乐器制作系统，避免结构缺失。
2.如何解决学生“制作脱离设计”这一问题？
教师可在不同时间点采取以下策略：
制定标准时，专门设立一项“制作与设计吻合度”的评分项。
制作乐器前，让学生拿着设计图去“材料超市”“模拟采购”，只是看和想，不真正拿取。思考：“我设计的乐器，超市里有合适的材料吗？”如果发现没有，回归设计图进行第一次优化。
制作乐器中,要求每个小组的工作台上必须始终铺开的设计图，让它成为制作过程的“导航图”。如果发现设计不足，允许学生使用不同颜色的笔修改设计，并简要写明修改原因。教师在巡视过程中，也要对照设计图提问“这和你的设计一致吗？这个调整，让你的乐器更好了吗？”