本书精心选取了13个具有代表性的科技教育专题，包括榫卯、鲁班锁、九连环、拼图、迷宫、平面连杆机构、千斤顶、古代滴漏计时工具、阀门、开关、声音传感器、OpenCV软件、异形泡泡。专题的学习与开发过程遵循课标导向、跨学科综合、创新设计的原则，每个专题都详细描述了课标要求、内容设计、技术应用、创新创意、实践反思等环节，以求引发科学探索，激活创新思维，提升探究意识。

本书以专题学习的形式引出相关理论，用理论指导项目的学习开发，避免简单展示罗列对科技教育项目的介绍。在专题所创设的真实问题情境和任务驱动中，本书融合了科技创新教育的理念，旨在帮助读者了解提升科技素养的教与学的方法，发展职前（职后）科学教师的探究实践能力。

陈海深，博士，副教授，广西师范大学物理科学与技术学院硕士生导师，主要从事科学、物理教育研究。系中国自然科学博物馆协会继续教育专家库成员，广西首届基础教育教学指导委员会副主任委员、广西教育科学学科专家库成员等。主持及完成省部级和厅级教改科研项目10项，在学术期刊上公开发表论文40余篇。

第1章 榫卯装置及其结构探秘

第2章 鲁班锁内部结构探秘与创新实践

第3章 九连环益智玩具的探究与创新实践

第4章 拼图的分类探究与创新实践

第5章 迷宫的项目学习与探究实践

第6章 平面连杆机构的结构探秘

第7章 千斤顶的实验探究与创新实践

第8章 滴漏的项目探析与创新实践

第9章 阀门的项目学习与探究实践

第10章 开关的项目学习与探究实践

第11章 声传感器的项目学习与探究实践

第12章 基于OpenCv图像识别软件的项目式学习与创新实践

第13章 异形泡泡实验的探索与实践

后 记

主要参考文献

前 言

随着我国新一轮基础教育改革的不断发展和深入推进，教育界对学生的创新能力和核心素养的培养要求也不断提高。一方面，人工智能、量子计算、集成电路和脑科学等现代科技正以前所未有的速度改变人们的学习与生活方式，传统的教学方法、教学内容和教学手段不仅难以满足社会变革的需要，而且难以适应学生学习方式的变化；另一方面，认知神经科学、脑成像技术、虚拟现实技术和信息技术等各种新兴技术日新月异，使得教育资源的形态和内容更加多样化，也为教学方法和教学手段的创新提供了更多的可能性。在这样的背景下，科技教育项目学习主题的开发成了当今教育领域的重要议题。

为了更好地促进科技与教育的融合，提高科技教育的质量，实现科技教育项目学习主题系统、整合、多元与深度的开发，经过长期科技教育一线课堂教学的实践与研究，我们精心选取并整合了多个原创教学案例和项目学习主题汇成本书，旨在基于项目化学习、创客教育、STEAM教育和深度学习等理念，借助现代（软件）技术、信息技术和教育技术等手段，提高（职前）科技教师的核心素养和教育创新能力。

本书选取了多个具有代表性的科技教育项目学习主题和教学案例，以案例引出理论，用理论剖析案例，避免灌输式教学。（职前）科技教师可以在系列项目学习主题所创设的真实教学情境中体验教与学的方法创新，聚焦和发展自身的探究实践能力与创新能力；一方面，通过中国知网、超星、谷歌等网络平台，搜集线上与线下的科技教育项目学习内容，从系统化、跨学科和深度学习的视角，综合开发传统科技教育主题与素材；另一方面，在师范生课堂上引发项目学习讨论，开展创意头脑风暴，澄清开发疑惑，提升教育创新认识。本书在项目学习主题整合与创新开发的过程中，遵循教育价值导向、内容丰富、方法创新、难度适中的原则，力求为读者呈现全面、深入的科技教育项目学习主题开发模式和实践经验。每个项目都详细描述了课程目标、教学大纲、科学史溯源、内容整合、探究实践和创新开发等环节，以便读者了解科技教育项目学习主题开发的完整流程和关键要素。每个项目学习主题均包含针对不同年龄段学生设置的课程目标，旨在培养学生的科学思维、创新能力和探究实践素养。

分析这些典型的科技教育项目学习主题，我们可以凝练一些共性和特点。首先，这些主题的创新开发均凸显了学生的主体地位，注重培养学生的探究能力与核心素养，并能激发学生的学习兴趣和积极性；其次，科技教育项目学习主题开发过程充分利用线上线下的各类教育资源和课程资源，构建了系统性、整合性、有深度的项目学习案例；再次，科技教育项目学习主题开发运用了项目式学习、跨学科学习、深度学习和大单元学习等理念，对中国传统科技教育主题进行了深度挖掘和创新开发；最后，这些项目学习主题都运用了现代（软件）技术，并结合科技教育的新思想和新理念，以适应科技教育发展的新需要。

从培养（职前）科技教师的角度来看，通过对科技教育项目学习主题的研讨和对科技活动创新实践专题的探索，（职前）科技教师可形成较强的科技教育资源开发能力和教育创新能力，不仅能重燃探究热情，强化探究实践的过程，还可以提升跨学科学习的意识和运用现代（软件）技术的能力，进而产生真正意义上的深度学习。

在本书出版之际，我要感谢广西师范大学2018级、2019级科学教育专业选修“科技教育资源开发与实践”课程的学生，是你们在课程学习过程中的努力实践和深入探索给了我成书的动力和信心；特别感谢我的研究生李红燕在本书整理过程中提供的帮助；感谢参与科技教育资源课程开发的广西师范大学科学教育研究所的同仁，感谢他们为科技教育资源开发提供的各类指导与建议；感谢广西壮族自治区科学技术情报研究所李晓茵参与本书框架设计，以及部分内容的完善。感谢广西师范大学出版社的支持与协助，不仅让本书能够顺利出版，而且为科技素养教育的创新发展注入了新的活力。

面对未来，我深感科技素养教育的责任重大。随着科技的飞速发展，科技教育项目学习主题的开发与创新将迎来更多挑战与思考。期待广大读者能从本书获得启发，共同探索科技教育项目学习资源开发的创新视野。让我们携手前行，共同探索科技教育项目开发更丰富的应用场景，形成更美好的育人生态！

作者

2024年3月

北京师范大学物理与天文学院　李春密教授：

我非常愿意阅读这样的著作，一方面这有助于我了解青年教师的教学思想和心路历程，另一方面也有助于我自己补充有关的经验。这本书引发了我对传统科技教育和现代教育创新的深度思考。在科技不断发展的今天，一方面，需要利用现代（软件） 技术开发传统的科技教育项目，挖掘新的科技教育主题；另一方面，需要进一步创新科技教育教与学的方式，以提升青少年的科技素养和创新创造能力。

本书可以更好地促进科技与教育的融合，提高青少年的科技素养教育。在跨学科学习、项目式学习、创客教育等理念的引领下，本书利用现代软件技术、教育技术、数字化技术等手段，经过长期的课堂教学与实践研究，精心开发与整合多个科技创新教育项目的原创主题案例，并对传统的科技主题活动和科学实验进行创新的探索与开发，旨在提升学生的科技核心素养和创新实践能力。

榫卯工艺所蕴含的阴柔之美、相辅相成、睦邻友好的人生观和价值观与中华传统文化的联系非常紧密。但如今榫卯工艺面临不少问题：如缺乏关注、传承人少且应用范围很窄，人工投入、技术的不足和它本身的性质等也成为榫卯工艺发展的限制因素。

建筑中的榫卯结构主要分为4类：柱、梁、枋、斗拱。中国的木建筑构架一般包括柱、梁、枋、斗拱等基本构件，这些构件相互独立，需要用一定的方式连接才能组成房屋。在中国传统古建筑中，原则上采取榫卯连接的方式，必要时也会用铁钉。

柱作为古建大木结构的重要承重构件之一，主要用于垂直承受建筑上部传来的作用力。古建筑的柱子与梁是通过榫卯方式连接的，即柱顶做成卯口形式，梁端做成榫头形式，插入柱顶预留的卯口中。

时间是由过去、现在、将来组成的连续不断的系统，人类文明诞生之初，人类便开始通过计量时间来描述万物的变化，并由此诞生了一系列计时工具。现代多以钟表为计时工具，在科技水平有限的古代，滴漏是典型的计时工具之一，在世界各地都有类似的结构，是古代劳动人民智慧的结晶。纵观滴漏的整个发展史，可以了解滴漏在不同时期是如何反映该时期生产力发展水平的，又是如何助推生产力发展的。