学校名称：上海市虹口区外国语第二小学”

案例名称：节水花盆设计师

适用年级：四年级

涉及学科：科学与技术、数学、美术

主题：节水

设计者：刘瑛、翁黎琼

实施者：翁黎琼、朱一凡、鲁希真、周恩佳

01

项目简介

节约资源是我国的基本国策。学校是节水型学校，关注结合校情开展节水工作，在校园营造浓郁的节水氛围，进一步增强师生节水意识和校园节水水平。我们发现，学校在浇灌校园植物时会造成一定程度的水资源浪费，在师生交流中，同学们展示出了强烈的兴趣。我们由此获得灵感，设计、开展“节水花盆设计师”跨学科项目式学习课程，一方面积极响应国家节水政策，另一方面，秉持学校“体验创造奇迹”的核心教育理念，探索做好科学教育“加法”，推进“双新”落地。在本次项目中，学生为了解决“如何设计节水花盆，解决校园浇灌盆栽时引发的水资源浪费问题”这一驱动问题，了解植物生长需求，探索节水花盆原理，根据所选植物的特点定制设计、制作节水花盆，通过实验测试节水效果并据此完善成果，最后参与学校“节水花盆博览会”展示学习成果。本项目以核心素养发展为导向，注重培养学生自主解决问题能力、实践操作能力、合作沟通能力和创新思维能力，让学生通过探究，学习、应用所学，提升核心素养，践行节约用水、科学用水的理念。

02

项目设计

（一）项目目标

1.跨学科核心概念：设计思维的利用

2.学科核心素养：

科学与技术：

（科学思维）了解植物的生长需求、节水花盆原理，科学地设计花盆；可以利用控制变量的方法设计简单的实验。（探究实践）能通过实验、调查等多种方式开展探究；能合理地利用工具和材料加工制作节水花盆。（态度责任）乐于探索节水花盆、多样的植物，有节约水资源的责任感。

数学：

（数据观念）在解决问题过程中知道应当先做调查研究，收集数据来获取信息。（数据意识）能通过实验等方式收集浪费的水量、节水量等数据，分析节水效果；使用合适的方式展示自己的量化分析结果。

美术：

（审美感知）乐于感受植物之美、欣赏创意花盆，设计美观的节水花盆。（创意理解）能发挥想象，设计、制作创意节水花盆。

3.学习素养：

创造性实践：能整合知识与技能，综合运用跨学科知识，设计并制作具有节水功效且美观的创意花盆，实际应用于校园盆栽中，减少水资源浪费。

调控性实践：能通过项目实施过程中的交流评价及节水效果测试结果，不断优化花盆设计。

4.高阶认知：

（创见）激发创意，设计出能科学节水、造型独特或有其他功能的花盆。

（二）挑战性问题

1.本质问题：如何利用设计思维设计、制作产品来解决实际问题？2.驱动性问题：学校发现在种植、浇灌校园盆栽的过程中存在水资源浪费的现象。作为节水型学校，学校计划召开“节水花盆博览会”，征集精彩的节水花盆方案，利用花盆来“智能”地减少用水和人的工作量。你会如何通过学习或应用科技、数学、美术等知识和技能来设计、制作节能、环保又美观的节水花盆呢？

（三）项目过程设计

▲项目设计逻辑架构图

（四）项目评价设计

项目评价围绕课程目标设计，包含对学生学习实践的过程性评价及成果评价，同时运用过程性与总结性评价策略及多元主体参与的评价方法来促进学生真实投入学习。

1.学习过程评价通过表现性任务、测试题、档案袋、评价量规（每个阶段都设计评价表，帮助学生回顾项目过程，及时总结、评价。详见下文）等方式针对学生学习过程中学科知识与技能的掌握情况、学习实践（如：实践参与度、团队协作情况）等进行评价。

2.学习成果评价利用评价量规、投票等方式，针对项目阶段成果（如：植物调查档案、节水花盆设计图、节水效果测试实验方案）和项目最终成果（节水花盆）进行评价。最后开展成果公开展示活动，由师生、校园园丁、外部专家等对成果进行打分、评选奖项，让学生获得真实的反馈。

03

项目实施

（一）入项探究

阶段目标：学生了解水资源短缺的现状，能认识到节约水资源的重要性；发现浇灌过程中产生的水资源浪费问题，明确本次项目的挑战内容和意义；对解决项目问题感兴趣，初步了解设计步骤，能围绕问题积极提出自己的想法和疑问。

1.发现、分析问题“这次我们要解决的问题和水有关，我们每天都要用水，你们觉得我们国家的水资源丰不丰富呢？”教师以提问的方式导入课程，学生纷纷分享了自己的看法，大多学生觉得水资源充足。教师播放视频，帮助学生认识到实际上我国可利用的水资源非常短缺，从而明白节约用水的重要性。接着，教师播放了校园园丁在校园中浇灌植物的视频和图片，请学生观察、描述其中发生的水资源浪费现象。有的同学发现花盆底下有洞，浇水时水漏到地上浪费了，有的同学发现有时候园丁水浇得太多了，水会满出来，还有的同学发现，浇水的时候还有不少水喷到花盆外面了。▲植物浇灌中的水资源浪费现象通过上面这个环节，学生发现了身边的、校园中实际存在的水资源浪费现象，教师自然地说明驱动问题，请学生帮助学校来解决这个问题。2.制定解决计划对于如何设计、制作一个节水花盆学生还没有清晰的思路。教师介绍“设计五步骤”，帮助学生初步建立设计思维，并从“Know-what-How”三个角度出发，邀请学生畅所欲言自己的疑问和思考，分次提出以下三个问题，“我们已有的哪些知识和技能帮助我们来解决这个问题”“为了完成这个项目挑战，我们还需要知道什么”“为了解决这个问题我们可以制定怎样的计划，一步一步来解决这个问题”。▲设计五步骤参考针对每个引导问题，教师可以提出少数示例回答，鼓励学生畅所欲言，及时板书记录（对于多次被提到的点突出标记）、肯定学生的发言，学生一起总结梳理出最有价值的部分（删除无关内容，对过于细节的内容进行合并）。目前学生对于自主制定问题解决计划比较陌生，在此过程中教师进行适当引导、补充，最终基于讨论形成问题解决计划，如下：▲表1问题解决计划表

3.组建团队教师播放《FI车队换轮胎》视频，引导学生发现团队合作的重要性，同时提供团队组建小贴士，如：小组人数建议、小组角色参考、解决问题需要完成哪些小任务、参考每个人的特点。为了调动引导学生思考自己的特点和团队角色，提高分组效率，教师指导学生在便签纸上写出自己喜欢1—2个小组角色，贴在身上；再找到乐于担任组长的几名学生，请学生参考小贴士完成组队，再利用团队协议书模板，记录喜欢的组名，明确团队合作要求。

4.阶段小结在每个阶段最后，由教师总结本阶段活动，引导学生利用过程评价表，回顾自己的表现进行自评，邀请小组中的一位成员同步评价。为了为下次活动做好准备，教师请学生思考下阶段要解决问题，同时布置课后任务：请学生找到身边的至少一个盆栽，进行多角度观察、拍照。▲学习过程评价表（对应入项环节）：教师针对每个预设活动环节均设计了评价表，在每个环节最后引导学生参考表格回顾表现，思考成长

（二）知识与能力建构

子问题1、2：花盆是怎么样的？怎样的花盆符合植物的生长需求？

阶段目标：了解植物的生存、生长的条件；能观察盆栽，运用比较、分析等方法找出植物特点和适合的花盆之间的关系；初步了解培育植物的基础要求与技巧；利用在线平台和数字设备等方式获取学习资源，制作植物档案。

为了帮助学生形成项目管理的意识，在每次活动前，教师请学生参考前期制定的问题解决计划，说出这次要解决的问题，明确这次课程的目标。

1. 了解植物成长需求和花盆之间的关系，掌握植物培育方法各小组轮流介绍自己的课前调查结果，描述自己收集的花盆的外观、种植的植物。在此过程中学生发现，花盆有一定的共性，类型多样，不同植物适合的花盆甚至用途也各不相同。此外，教师利用资料卡片等工具从浇水、光照、用土等角度介绍植物培育基本要求与基础技巧。▲学习支架：植物培育要求与技巧参考资料▲学生学习植物种植方法：学生通过抓握等方法了解培育不同植物时用土、浇水的要求本环节的重点是引导学生了解植物的成长需求各不相同、花盆的类型多样、盆栽和植物特点之间存在联系，为学生在设计节水花盆时能针对所选植物有目的地选择合适的材料、结构提供经验基础。考虑到学生相关知识经验较少，且知识本身比较复杂，教师在提供学习支架时进行较多准备，一方面挑选准备了类型多样的盆栽实物，学生在观察、对比中发现花盆的共性和特性；另一方面提供了相关知识卡片，补充不重要但学生后续设计花盆时需要使用的知识，如：植株大小和适合的花盆大小之间的关系。

2. 调查待种植植物的特点，把握生长需求在本次项目中，学生需要选择一种植物，为它量身打造节水花盆。通过前面环节的学习，学生明白在设计花盆前需要了解植物的特点。学校准备了计划在校园中种植的植物，各小组根据自己的喜好进行认领。教师询问引导学生思考可以通过哪些方式收集植物的信息，我们如果要制作花盆要收集植物的哪些信息。学生根据自己的经验纷纷提出了自己的想法，最终明确调查目标。教师准备了丰富的学习支架和工具供学生选择：盆栽实物、测量工具、平板电脑、识物软件及使用教程、植物科普书，学生带着问题快速有效地从多个途径获取所需信息，记录形成了对应植物档案，同时在此过程中养成自主学习的习惯，提升信息素养。

子问题3：怎样设计花盆能够起到节水的效果？（我们可以如何设计节水花盆的结构、外观？哪些花盆材料是环保、经济且易于使用的）

阶段目标：积极探索节水装置的设计，了解一些节水的办法；能够尝试设计、参与简单的实验，探索不同材料的特性；能和伙伴合理分工，遵守规则，有序完成实验；能够基于案例思考总结设计节水花盆的思路和先后步骤。

1.节水花盆调研为了解决本阶段的子问题，学生于课前在搜索引擎、电商网站等平台上搜索到了不同的节水花盆案例。学校也提前采购了相关节水花盆，方便学生进一步探究。在课堂中，各组学生小组讨论会上，分享了各自搜集到的节水装置案例和自己的想法。此外，学生还在教师的引导下参观了学校的屋顶花园，那里展示了多种节水灌溉系统的实际应用，包括滴灌、自吸水花盆等。学生们分组观察这些花盆的工作原理，记录下了每种花盆的结构特点、材料类型以及水分保持能力。比如，他们注意到滴灌系统是如何精确地将水直接输送到植物根部，减少蒸发损失，而自吸水花盆底部的蓄水层设计是如何让植物根据需要自动吸水。

2.探究花盆设计思路但是如何利用身边的材料，设计节水花盆呢？教师以最常见的一种节水花盆（自吸水花盆）为例，引导学生通过观察、实验、对比等方式体验设计、制作节水花盆的流程。教师引导学生进行知识迁移，总结归纳节水花盆的设计思路。最后，各小组展示了自己设计的节水花盆设计思路。

小组A的设计步骤总结：市场调研、材料测试、原型设计、实验验证和持续优化。

小组B的总结：花盆观察、明确结构和部件，寻找材料，实验验证挑选，花盆组装制作。

在此过程中学生逐步构建设计思维，为后续自主设计、选材、制作做好准备，也了解到团队合作与实验记录的重要性，知道了实验需要控制变量，可能会失败，需要不断调整完善。

（三）合作探究

子问题4：如何针对对应植物设计创意节水花盆？

阶段目标：针对植物特点和节水花盆特点，初步设想节水花盆；了解创意思路，至少选择一种思路，构思创意节水花盆；利用“设计决策五边形”，全面地思考产品设计；了解设计草图的作用以及设计图的组成要素，画出本组的节水花盆设计图。

1.学习设计思维，结合植物特点进行构思学生回顾前期收集资料（如植物档案、节水花盆分析、设计思路）初步构思节水花盆。教师发现各组的构想较为类似，且大多与前期调查到的节水花盆相似，因此教师展示了一些创意产品，引导学生了解创意思考的方法，打开脑洞。教师利用“设计决策五边形”，引导学生回顾本次要解决的问题，从用户、产品功能、产品审美等角度出发，全面思考节水花盆设计。此外，教师引导学生制定花盆评价的要点，在后续活动中能聚焦目标进行设计与制作。

2.认识设计图，形成节水花盆设计方案在本阶段学生需要设计节水花盆，画出设计图。教师发现学生对设计图的认识较少，因此设计了一个小游戏和设计图案例作为学习支架，帮助学生了解设计图要起到的作用、内容要素、设计要求。其中一个小组决定设计一款结合雨水收集和循环使用的智能花盆。他们首先讨论了设计理念，随后在老师的指导下学习了设计草图的绘制技巧，将花盆的结构分解为几个关键部分——雨水接收器、过滤系统、蓄水层和智能灌溉装置，并用铅笔和彩笔细致描绘出每一部分的设计细节。也有同学因为参与过学校“STEAM陶艺”课程，想要利用陶花盆透气的特点为植物设计一个透气性的陶土花盆。还有小组经过对不同材料特性的研究，其中一组学生决定采用生物降解塑料来制作他们的节水花盆。各小组完成设计后，进行展示交流，根据同学和老师的反馈进一步完善设计；同时明确在下阶段制作花盆前要做好材料收集等工作。

（四）形成与修订成果

子问题5：如何制作花盆，并验证节水效果？

阶段目标：根据设计需求和材料特点，选择合适的材料；正确使用工具，积极动手制作本组设计的节水花盆；设计实验，测试节水花盆效果；体验简单的数据收集过程，了解数据收集、整理、呈现的简单方法。

1.花盆制作课前，教师需要充分了解学生的材料准备情况，在课堂中教师准备常用材料，作为补充选择，同时提供适当的工具和安全规则指导，引导小组进行有效分工，确保组员可以充分参与其中。在学生制作过程中，教师巡场，提供必要的指导和帮助。

2.节水效果测试为了验证自己设计的节水花盆效果，各组学生设计了一个为期两周的对比实验。他们选择了两组相同的植物，一组使用传统浇水方式，另一组则使用他们的节水花盆。每天记录两组植物的浇水量、生长状况和土壤湿度。通过使用电子秤精确测量用水量。其中，有一个小组通过实验发现节水花盆组的平均用水量比对照组减少了近30%。此外，他们还通过观察植物健康状况证明了节水措施并未影响植物正常生长。小组利用数据图表等方式展示实验过程中记录的数据和节水效果。在此过程中，教师引导学生回顾前期学习的植物培育要求，跟进培育过程，关注培育情况，提供必要辅助支持，避免其他植物种植问题干扰测试结果。

（五）出项展示

子问题6：如何有效展示自己的作品？（我们可以用什么方式进行展示推荐？介绍节水花盆的哪些信息能让别人充分了解、喜欢我们的作品）

阶段目标：利用设计图、节水花盆实物、节水花盆测试报告等工具介绍小组成果；愿意与他人交流分享，能自信地介绍本组作品，针对他组的成果礼貌地提出自己的想法。

1.课前准备教师在课前指导学生完善作品，并将小组作品布置在教室中，同时邀请虹口区青少年活动中心自然指导老师张老师作为专家嘉宾作为评委之一，提供专业指导，提升活动仪式感。

2.博览会准备教师介绍本次“节水花盆博览会”流程（①知识问答热身环节；②请学生小组欣赏成果；③小组轮流介绍自己的作品，其他小组倾听并做提问交流；④学生投票；⑤教师统计数据，宣布结果；⑥嘉宾进行点评、颁奖）、参与规则等重要事项。此外，学生在教师引导下，思考展示评价要点，最终一起梳理出博览会展示目标和评价要求，为展示做好小组分工、讲稿编写和预演等准备。

3.博览会开展学生们都准备好了自己的节水花盆成品和详细的节水效果测试数据。教师宣布博览会开始，各小组轮流利用花盆实物、交流自己的作品。在过程中有发言同学因为紧张难以完成全部发言，教师给予鼓励并邀请其他组员进行补充介绍。在展示结束后学生利用评价量表，从创意性、实用性、节水效果和美观度等方面对自己和同伴的作品进行评分。学生们在相互评价的过程中，学会了如何客观、全面地看待一个项目，同时也反思了自己在整个项目中学到的技能和知识，以及未来可以如何进一步优化自己的设计。

（六）反思与迁移

教师大屏展示照片和学生一起回顾项目历程和其中发生的趣事。学生分享了自己印象最深刻的环节，有的同学分享的是自己感兴趣的环节，有的同学说的是小组在材料不够的时候获得了其他小组帮助的时刻，还有学生分享的是自己领奖时最有成就感的时刻。接着，学生和同伴一起利用评价表等工具，围绕“项目成功的关键”和“失败经验”两个核心问题展开深入交流。一位学生分享道：“我们的项目成功在于前期充分的市场调研和材料测试，特别是选择了既经济又具有良好可塑性的陶土，操作起来比其他材质更自由。”而另一组则反思道：“我们最初的失败在于没有充分考虑结构的稳固性，导致初次实验时花盆漏水，但这次失败让我们学到了在设计中必须兼顾实用性和美观性。教师总结了学生的成长和不足之处，引导学生思考如何改进，同时提示学生还可以利用在本项目中获得的本领来解决生活中的其他问题。同学A表示，下次去公园会让妈妈下一个软件来识别植物信息。同学B表示，还想要利用多出来的项目材料设计、制作创意笔筒。同学C表示，自己了解了在生活中应该更加注意节约用水。……这次项目不仅让学生掌握了节水技术，更是培养了他们的问题解决能力、团队协作精神以及对社会问题的关注与责任感。

04

项目成果

（一）学生学习成果

1.物化成果学生形成了植物小档案、节水花盆设计图、节水花盆实物、节水效果测试报告等成果。节水花盆的最终成品不仅实现了预期的节水效果，减少了校园浇灌用水量，同时也成了学校环境美化的一部分。通过比较实验，学生验证了节水花盆的有效性，量化了节水成果，如平均节水率、节省的水量等，这些成果直观展示了项目的价值。2.综合成长学生在项目实施过程中，不仅深化了对科学、数学、艺术和劳动等学科知识的理解，学习、掌握了植物观察、种植、产品设计等知识，还学会了如何将这些知识综合应用于解决现实世界的问题。他们经历了需求调查、设计、制作、测试和改进节水花盆的全过程，提高了跨学科问题解决的能力。

（二）学校探索成果

1.编制案例集项目结束后，学校收集了各组的设计方案、制作过程、节水效果报告及反思日记，编制成案例集。这些案例集不仅记录了学生的创新设计和节水花盆的多样化，还包含了实施过程中的困难与解决方案，成为未来学生学习的宝贵资源。此外，组织了经验分享会，邀请学生分享他们的项目心得，鼓励相互学习，共同进步。      2.建立学习圈项目促进了学生、教师与家长之间的互动，形成了一个关注节水与环保的学习圈。学生在社群中分享节水小贴士，教师提供专业指导，家长则在家中应用节水理念，共同推动了节水文化的传播。这种社群的建立，有助于持续推广节水知识，影响更广泛的社会群体。

3.服务社区在花盆博览会召开后，学生还将节水理念带入家庭和社区。一个小组发起了一项“节水绿植计划”，他们在社区中心设立了一个小型展览，展示了不同类型的节水花盆及其节水成效，吸引了许多居民的关注。他们还发放了自制的节水小册子，介绍家庭盆栽节水小窍门，如使用雨水收集系统、选择适合本地气候的耐旱植物等。通过这样的互动，不仅让居民们意识到日常节水的重要性，还激发了一些家庭尝试自制节水花盆的兴趣。

05

项目反思

“节水花盆设计师”跨学科主题活动的实施为学生提供了一个探索、实践和创造的机会。以校园盆栽浇水过程中的水资源浪费为背景，创设贴近生活的学习情境，增强学习动机，唤起学生对水资源问题的关注和科学节水的意识，培养社会责任。通过一个又一个有趣的活动串联问题解决的全过程，融合科学实验、数学数据分析、艺术创作与设计思维，促进学生在解决实际问题中综合运用多学科知识。但在项目活动的实施过程中，也发现了不少待优化之处。

1.关注激发学生创新思维比如在设计节水花盆、寻找生活中可利用的材料时，大部分小组过多倾向于模仿教师提供的示范与案例，思维受到局限。教师虽然补充了一些创新思考方法，但是受限于时间，仍有部分小组难以形成具有创意的方案。在未来实施过程，我们将在类似环节增加引导，通过提供适当的学习支架等方式，引导学生进行发散性思维，激发学生的设计灵感。此外，我们意识到，创新思维也是一个不断积累的过程，在日常教学中，我们也将进一步鼓励创新，引导创新。

2.优化学习支架的设计如果要设计科学合理的节水花盆，需要学生对植物成长、种植有较多的认识，这是本项目的难点之一。在项目开展初期，由于学习支架的不足，学生在学习过程中遇到了较多困难，收集到的资料缺少针对性。在项目后续，我们补充了学习支架，对于较难的知识点进行了简化和梳理，学生主要将时间投入到实现项目关键目标上。在未来的跨学科项目活动的实施过程，我们将在不断加强对学科本质理解的同时，进一步加深学科间的有机融合，让学生真实经历多元的跨学科情景问题，使未来的项目能够更加符合学生的实际需求和学科发展的方向，实现真正意义上的跨学科项目化

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