美国PLTW学前班STEM项目：用探索点亮孩子的科学启蒙

AI STEM+ROBOT

2025年 3 月 7 日（蛇年二月初八）

美国PLTW（项目引领未来）学前班STEM项目，专为3-5岁儿童设计，旨在通过趣味活动和实践探索，激发孩子对科学、技术、工程和数学的兴趣，为他们的未来学习奠定基础。

一、生命科学：生物与非生物的奇妙世界

孩子们通过观察和动手实验，了解生物与非生物的区别，并设计、建造动物的庇护所。结合SketchUp和3D打印技术，他们将自己的创意变为现实，体验科技的力量，同时培养团队合作和解决问题的能力。

二、物质科学：漂浮与沉没的奥秘

孩子们探索物体在水中的漂浮与沉没现象，设计并制作漂浮装置。3D打印技术的应用让他们亲眼见证设计从图纸变为实物，激发对科学的兴趣和探索欲望，同时培养预测、观察和反思的能力。

三、健康习惯：守护身体的秘密

通过Unity引擎，孩子们学习健康饮食、运动和个人卫生的重要性，并创建互动场景分享健康知识。这个课题不仅让孩子们了解如何保护身体，还初步接触编程，培养创造力和表达能力。

四、空间感与编码：火车探险之旅

孩子们通过铁路运输系统，培养空间感和方向感，并初步体验编码的乐趣。通过规划火车运行路线和完成挑战，他们学习如何用逻辑思维解决问题，激发对科技的热爱。

项目特色

趣味性与教育性结合：通过游戏和动手实践，让孩子们在探索中学习STEM知识。
科技与动手实践结合：融入3D打印、SketchUp、Unity编程等技术，让孩子们亲身体验科技的魅力。
培养核心能力：注重培养创造力、团队合作和解决问题的能力，为未来学习和发展奠定基础。

美国PLTW学前班STEM项目，用科学点亮孩子的探索之路，让他们的好奇心与创造力在STEM世界中自由绽放。

分类	生命科学：生物和非生物	物质：漂浮和沉没	健康习惯	空间感和编码
课程目标	了解生物和非生物的基本特征，设计动物庇护所，体验3D设计与打印。	理解固体和液体的特性，设计漂浮装置，体验3D设计与打印。	了解健康饮食与卫生习惯，使用Unity创建互动场景，培养健康意识。	培养空间感和编码思维，通过铁路系统体验方向与路径规划。
知识点	生物与非生物的区别。动物庇护所的功能与设计。	固体与液体的特性。物体漂浮与沉没的原理。	健康饮食与身体器官功能。细菌传播与预防。	方向概念（上下、穿过、周围）。基础编码概念（指令序列、条件判断）。
实操项目	动物庇护所设计：使用SketchUp设计并3D打印动物庇护所。	漂浮装置设计：使用SketchUp设计并3D打印漂浮装置。	健康习惯互动场景：使用Unity创建健康饮食、刷牙、洗手等互动场景。	铁路运输系统：通过Raspberry Pi控制的铁路系统，体验方向与路径规划。
时间安排	4周：引入与探索（1周）、设计（1周）、制作与测试（2周）。	4周：引入与探索（1周）、设计（1周）、制作与测试（2周）。	4周：引入与探索（1周）、设计（1周）、制作与测试（2周）。	4周：引入与探索（1周）、编码体验（2周）、挑战与分享（1周）。
所用编程技术	SketchUp（3D建模）。3D打印机（PLA材料）。	SketchUp（3D建模）。3D打印机（PLA材料）。	Unity（互动场景开发）。	Raspberry Pi（铁路控制）。图形化编程界面（路径规划）。
能力提升	观察与分类能力。3D设计与打印技能。	实验与预测能力。3D设计与打印技能。	健康意识与习惯养成。互动场景设计与表达能力。	空间感与方向感。基础编码思维与逻辑能力。
材料准备	SketchUp Free。3D打印机与PLA材料。动物图片与模型。自然材料（树枝、树叶等）。	SketchUp Free。3D打印机与PLA材料。漂浮与沉没物品（木块、石头等）。	Unity Hub与Unity编辑器。3D模型素材（食物、器官等）。彩色纸与蜡笔。	Raspberry Pi与传感器。铁路轨道与火车模型。平板电脑（图形化编程界面）。
活动流程	1. 引入生物与非生物。2. 观察与搭建庇护所。3. 使用SketchUp设计。4. 3D打印与展示。	1. 引入漂浮与沉没。2. 实验与观察。3. 使用SketchUp设计。4. 3D打印与测试。	1. 引入健康习惯。2. 探索身体器官与细菌传播。3. 使用Unity设计互动场景。4. 制作与分享。	1. 引入方向与编码。2. 观察铁路系统。3. 体验路径规划。4. 挑战与分享。
注意事项	提供充分指导。确保3D打印安全。鼓励团队合作。	确保水上实验安全。提供充分指导。鼓励创造力。	提供充分指导。简化Unity操作。鼓励团队合作。	确保铁路系统安全。简化编码操作。鼓励观察与体验。
拓展活动	用纸板搭建庇护所。组织“庇护所展览”。阅读动物与栖息地书籍。	用塑料瓶制作漂浮装置。组织“漂浮装置比赛”。阅读漂浮与沉没书籍。	邀请医生讲解健康知识。参观超市或农场。组织“健康习惯展示”。	组织“火车展示”。邀请铁路工程师讲解。参观铁路博物馆或火车站。

一、生命科学：生物和非生物

学生探索生物和非生物的特征。
通过观察栖息地，学生了解生物生存所需的条件。
他们运用设计流程来绘制草图、建造和测试动物的庇护所，然后反思自己的设计。

stem课题：学生团队将sketchup和3D打印机来研究上面课题，要注意这是pre-kindergarden小朋友。

课题目标：

了解生物和非生物的基本特征。
理解动物需要庇护所才能生存。
学习使用 SketchUp 进行简单的 3D 设计。
体验 3D 打印技术，将设计变为现实。
培养团队合作和解决问题的能力。

材料准备：

电脑，安装 SketchUp Free（免费在线版本）。
3D 打印机和 PLA 打印材料。
各种动物图片或模型（例如，鸟、兔子、乌龟）。
各种自然材料（例如，树枝、树叶、石头、泥土）。
彩色纸、蜡笔、胶水等。

活动流程：

引入：生物和非生物
- 与孩子们讨论生物和非生物的区别，通过图片和实物让他们了解生物需要水、食物和住所才能生存。
- 展示不同动物的图片，讨论它们生活在哪里，需要什么样的庇护所。
观察和探索：动物的庇护所
- 带领孩子们到户外观察自然环境，寻找动物可能居住的地方。
- 在教室里，提供各种自然材料，让孩子们动手搭建简单的动物庇护所。
- 讨论动物为什么需要庇护所，庇护所能给动物带来什么。
设计：使用 SketchUp
- 向孩子们简单介绍 SketchUp 的基本功能，例如绘制形状、拉伸和旋转。
- 让孩子们选择一种动物，并思考它需要什么样的庇护所。
- 在老师的指导下，孩子们用 SketchUp 绘制简单的庇护所草图。
- 老师可以提前准备一些简单的sketch up的模块，例如，正方体，圆柱体，让他们直接使用，进行组装。
制作：3D 打印
- 将孩子们的 SketchUp 设计导出为 STL 文件，并使用 3D 打印机打印出来。
- 在打印过程中，向孩子们解释 3D 打印的原理。
- 打印的过程老师可以多和孩子们互动，例如，告诉孩子们，打印机正在一层一层的堆积材料，最终会形成他们设计的庇护所。
反思和分享：
- 孩子们将打印好的庇护所与动物模型结合，进行展示。
- 讨论他们的设计是否满足动物的需求，并提出改进意见。
- 让孩子们用彩色纸和蜡笔画出他们设计的庇护所和居住在里面的动物。

注意事项：

由于 Pre-Kindergarten 小朋友的认知和动手能力有限，教师需要提供充分的指导和帮助。
在 SketchUp 和 3D 打印环节，可以采用分组合作的方式，让孩子们互相协作。
安全第一，确保 3D 打印机在教师的监督下使用。
重点在于培养孩子们的兴趣和探索精神，而不是追求完美的设计作品。

拓展活动：

让孩子们用不同的材料（例如，纸板、乐高积木）搭建动物庇护所。
组织一次“动物庇护所展览”，让孩子们分享他们的作品。
阅读有关动物和栖息地的书籍，丰富孩子们的知识。

通过这个 STEM 课题，孩子们不仅可以学习到生命科学知识，还可以体验到科技的乐趣，培养他们的创造力和动手能力。

二、物质：漂浮和沉没

学生通过动手活动，研究固体和液体，从而了解物质。
他们预测和观察液体对不同材料的影响，探索漂浮和沉没。
运用设计流程，学生依靠他们对物质的技能和知识，绘制草图、建造、测试和反思他们创造的可以在水上漂浮并保持内部物品干燥的设计。

stem课题：学生团队将sketchup和3D打印机来研究上面课题，要注意这是pre-kindergarden小朋友。

好的，这是一个为学前班小朋友设计的，使用 SketchUp 和 3D 打印机探索“漂浮和沉没”概念的 STEM 课题方案：

课题目标：

了解固体和液体的基本特性。
理解物体漂浮和沉没的原因。
学习使用 SketchUp 设计简单的漂浮装置。
体验 3D 打印技术，将设计变为现实。
培养预测、观察、实验和反思的能力。

材料准备：

电脑，安装 SketchUp Free（免费在线版本）。
3D 打印机和 PLA 打印材料。
各种可漂浮和沉没的物品（例如，木块、石头、塑料玩具、金属勺子）。
透明容器（例如，水盆、塑料箱）。
水。
彩色纸、蜡笔、胶水等。

活动流程：

引入：漂浮和沉没
- 向孩子们展示各种物品，让他们预测哪些会漂浮，哪些会沉没。
- 将物品放入水中，观察实际结果，并讨论原因。
- 引导孩子们思考，什么样的形状和材料更容易漂浮。
观察和探索：影响漂浮的因素
- 让孩子们尝试用不同的材料和形状制作小船，观察它们的漂浮情况。
- 讨论如何让小船承载更多的物品而不沉没。
- 老师可以准备不同形状的3d打印的小船，让孩子们进行测试。
设计：使用 SketchUp
- 向孩子们展示一些简单的漂浮装置图片，激发他们的设计灵感。
- 在老师的指导下，孩子们用 SketchUp 绘制简单的漂浮装置草图。
- 老师可以提前设计一些简单的sketch up的模块，例如，碗状，方形，圆形等可以让孩子们直接进行选择。
- 重点是让他们设计一个可以放置小物件并且漂浮的装置。
制作：3D 打印
- 将孩子们的 SketchUp 设计导出为 STL 文件，并使用 3D 打印机打印出来。
- 向孩子们展示 3D 打印的过程，并解释如何将设计变为实物。
测试和反思：
- 将打印好的漂浮装置放入水中，测试它们的漂浮能力和承载能力。
- 让孩子们记录实验结果，并与他们的预测进行比较。
- 讨论如何改进设计，使其更加稳定和实用。
- 让孩子们画出自己的设计图，和最终的3d打印成品。

注意事项：

确保孩子们在进行水上实验时有老师的监督。
在 SketchUp 和 3D 打印环节，老师需要提供充分的指导和帮助。
鼓励孩子们发挥创造力，尝试不同的设计方案。
安全第一，确保 3D 打印机在教师的监督下使用。
多进行鼓励，让孩子们感受科技的乐趣。

拓展活动：

让孩子们用不同的材料（例如，纸板、塑料瓶）制作漂浮装置。
组织一次“漂浮装置比赛”，让孩子们展示他们的作品。
阅读有关漂浮和沉没的科学书籍，拓展孩子们的知识。

通过这个 STEM 课题，孩子们不仅可以学习到物质科学知识，还可以培养他们的动手能力、创造力和解决问题的能力。

三、健康习惯

学生了解健康习惯，并学习食物如何影响生长、大运动技能（肌肉）、心脏、牙齿和眼睛。
他们通过了解儿科医生、牙医和验光师的健康检查，发现职业联系。
学生调查细菌是如何传播的，并探索预防细菌传播的健康习惯。
运用从活动和项目中获得的知识和技能，学生创建一个多媒体产品，与他人分享他们所学到的知识。

stem课题：学生团队用unity来研究上面课题，要注意这是pre-kindergarden小朋友。

课题目标：

了解健康饮食对身体的重要性。
认识身体的主要器官及其功能（肌肉、心脏、牙齿、眼睛）。
学习预防细菌传播的健康习惯。
初步了解 Unity 引擎的基本操作。
培养创造力和表达能力。

材料准备：

电脑，安装 Unity Hub 和 Unity 编辑器。
准备一些简单的 3D 模型素材（食物、器官、细菌、洗手液等）。
彩色纸、蜡笔、胶水等。

活动流程：

引入：健康的重要性
- 与孩子们讨论什么是健康，为什么健康很重要。
- 通过图片和故事，引导孩子们了解健康饮食、运动和卫生的重要性。
探索：身体的奥秘
- 使用图片或模型，向孩子们介绍身体的主要器官（肌肉、心脏、牙齿、眼睛）及其功能。
- 通过游戏和互动活动，让孩子们了解食物如何影响这些器官。
- 例如：
  - 展示健康的食物，告诉孩子们这些食物对身体的好处。
  - 展示不健康的食物，告诉孩子们这些食物对身体的坏处。
学习：预防细菌
- 向孩子们介绍细菌是如何传播的，以及如何预防细菌传播。
- 重点强调洗手、咳嗽和打喷嚏的正确方式。
- 可以做一个简单的细菌传播小实验，比如，用一些可食用的闪光粉，代表细菌，让孩子们模拟细菌的传播。
设计：使用 Unity
- 向孩子们简单介绍 Unity 引擎的界面和基本操作。
- 老师可以提前准备一些简单的Unity场景，例如，一个简单的房间，或者一个简单的街道。
- 让孩子们选择一个健康习惯主题（例如，健康饮食、刷牙、洗手），并用 Unity 创建一个简单的互动场景。
- 例如：
  - 创建一个“健康饮食”场景，让孩子们选择正确的食物喂给角色。
  - 创建一个“刷牙”场景，让孩子们控制牙刷清洁牙齿。
  - 创建一个“洗手”场景，让孩子们控制洗手液清理细菌。
制作：多媒体产品
- 孩子们在 Unity 中完成互动场景后，可以添加声音、动画和文字，使其更加生动有趣。
- 老师可以帮助孩子们将 Unity 场景导出为可执行文件，方便他们与他人分享。
- 孩子们也可以用彩色纸和蜡笔画出他们的健康习惯场景，并向大家介绍他们的作品。

注意事项：

由于学前班小朋友的认知和操作能力有限，老师需要提供充分的指导和帮助。
Unity 引擎的操作对于学前班小朋友来说可能比较复杂，重点是让他们体验和感受，而不是掌握所有的技术细节。
可以采用分组合作的方式，让孩子们互相协作，共同完成项目。
安全第一，确保孩子们在使用电脑时有老师的监督。
多进行鼓励，让孩子们感受科技的乐趣。

拓展活动：

组织一次“健康习惯展示”，让孩子们分享他们的 Unity 作品。
邀请儿科医生、牙医或验光师到幼儿园，为孩子们讲解健康知识。
带领孩子们参观超市或农场，让他们了解食物的来源和营养价值。

通过这个 STEM 课题，孩子们不仅可以学习到健康知识，还可以初步了解 Unity 引擎，培养他们的创造力和表达能力。

四、空间感和编码

学生通过参与探索方向运动（上方、下方、穿过和周围）的活动，培养空间感。
他们开始培养编码技能，如规划路径、创建可穿戴代码和编码交互式机器人设备。
运用工程设计流程，学生创建代码，引导他们找到隐藏物品的位置。

stem项目：学生团队将利用铁路运输系统（Raspberry Pi及各种传感器、轨道）来研究上面课题，要注意这是pre-kindergarden小朋友，所以以使用和观察为主，不需要研发铁路运输系统。

课题目标：

培养孩子们的空间感，理解“前进、后退、转弯”等方向概念。
初步了解编码的概念，体验规划火车运行路线的乐趣。
激发孩子们对科技的兴趣，培养他们的观察力和动手能力。
了解铁路运输系统的基本原理。

材料准备：

组装好的铁路运输系统（Raspberry Pi 控制、传感器、轨道、小火车等）。
用于设置火车运行路线的平板电脑或笔记本电脑。
用于布置铁路场景的障碍物（例如，积木、小房子、小树）。
用于隐藏的物品（例如，小玩具、贴纸）。
彩色纸、蜡笔、胶水等。

活动流程：

引入：火车的秘密
- 向孩子们展示铁路运输系统，介绍它的基本组成和功能。
- 通过图片和视频，让孩子们了解火车在生活中的作用。
- 重点介绍火车的运行方向和轨道布局。
探索：空间感游戏
- 在教室或户外设置一个简单的铁路场景，放置一些障碍物和站点。
- 让孩子们观察火车如何在场景中运行，并描述它的运动轨迹。
- 进行“火车寻宝”游戏，让孩子们根据老师的指令，引导火车找到隐藏的物品。
- 可以利用地上的线条或者胶带，简单的设置火车的运行轨迹，让孩子们观察。
学习：简单的编码
- 向孩子们介绍简单的编码概念，例如，指令序列和条件判断。
- 使用平板电脑上的图形化编程界面，让孩子们尝试规划火车的运行路线。
- 重点是让孩子们理解，通过改变指令的顺序和条件，可以控制火车的运行。
- 老师可以提前准备几个简单的火车运行轨迹，然后让孩子们通过平板电脑上的图形界面进行选择，让孩子们观察不同的轨迹。
实践：火车挑战
- 设置一个“火车穿越障碍”挑战，让孩子们尝试控制火车穿越不同的障碍物和站点。
- 鼓励孩子们发挥创造力，设计自己的铁路场景和运行路线。
- 老师可以在铁轨上放置一些障碍，或者设置一些站点，让孩子们尝试让火车到达指定地点。
反思和分享：
- 让孩子们分享他们的火车体验，并讨论他们学到的知识。
- 鼓励孩子们用彩色纸和蜡笔画出他们设计的铁路场景和运行路线。
- 老师可以对孩子们的作品进行展示。

注意事项：

安全第一，确保铁路运输系统在教师的监督下运行。
由于学前班小朋友的操作能力有限，重点是让他们观察和体验，而不是掌握复杂的编程技术。
可以采用分组合作的方式，让孩子们互相协作，共同完成挑战。
火车的运行速度要控制在安全范围内。
保证铁路运输系统在操作的时候，轨道周围没有孩子。

拓展活动：

组织一次“火车展示”，让孩子们展示他们的运行技巧和创意。
邀请铁路工程师或模型爱好者到幼儿园，为孩子们讲解铁路知识。
带领孩子们参观铁路博物馆或火车站，让他们了解铁路的历史和发展。

通过这个 STEM 课题，孩子们不仅可以培养空间感和编码思维，还可以激发他们对科技的兴趣，为未来的学习和发展奠定基础。

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