項目式學習“自制指南針”

朱言敏

摘要小學科學課程標準倡導跨學科的學習方式，希望將科學、技術、工程、藝術、數學有機地融合為一體，培養學生的創新能力。“自制指南針”項目的目的，就是讓學生體驗包括設計、實施、改進在內的簡單的技術與工程實踐過程。“自制指南針”由三部分組成：第一部分是利用一段有趣的動畫片來激發學生制作指南針的興趣。第二部分是實驗探索，通過提問和演示引導學生成功制作一個水浮式指南針。第三部分是拓展研討，教師拓展指南針的發展歷史，學生對“利用新方法再做一個指南針”這個問題進行研討。本項目的主線是制作一個水浮式指南針，而重點在于讓學生體驗包括設計、實施、改進在內的簡單的技術與工程過程，培養他們的動手制作能力和創造意識，并能對制作過程或測試結果中出現的問題提出改進方法。

關鍵詞 自制指南針 設計 實施 改進

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.24.009

Project-based Learning"Homemade Compass"

ZHU Yanmin

（Hanjiangwan Campus of Chongren Road Primary School， Qiaokou District， Wuhan， Hubei 430030）

Abstract： The primary school science curriculum standard advocates an interdisciplinary learning method， hoping to organically integrate science， technology， engineering， art and mathematics， so as to cultivate students’ innovative ability. The purpose of "homemade compass" project is to let students experience simple technical and engineering practice processes including design， implementation and improvement. "Homemade compass" con？ sists of three parts： the first part uses an interesting cartoon to stimulate students’ interest in making compass. The second part is experimental exploration， which guides students to successfully make a water floating com？ pass through questions and demonstrations. The third part is to expand the discussion. Teachers expand the de？ velopment history of compass， and students discuss the problem of "making another compass with new meth？ ods". The main line of this project is to make a floating compass， and the focus is to let students experience simple technical and engineering processes including design， implementation and improvement， cultivate their hands-on production ability and creative consciousness， and put forward improvement methods for problems in the production process or test results.

Keywords： homemade compass； design； implementation； improve

項目分析

“自制指南針”由三部分組成：第一部分是利用一段有趣的動畫片來激發學生制作指南針的興趣，聚焦到本項目的主要任務——做一個水浮式指南針。第二部分是實驗探索，為學生提供鋼針、菱形吹塑紙、條形磁鐵、裝有水的盤子、指南針這幾種材料，通過提問和演示引導學生成功制作一個水浮式指南針。第三部分是拓展研討，教師拓展指南針的發展歷史，學生對“利用新方法再做一個指南針”這個問題進行研討。

本項目的主線是制作一個水浮式指南針，而重點在于讓學生體驗包括設計、實施、改進在內的簡單的技術與工程過程，培養他們的動手制作能力和創造意識，并能對制作過程或測試結果中出現的問題提出改進方法。

教學流程

1.情境導入

師：同學們看過《海底小縱隊》嗎？聰明勇敢的巴克隊長給很多小動物解決過問題，但是今天一條小水蛇讓他的船遇到了大麻煩（小水蛇誤操作使船卷進了旋渦之中）。

在他們費了九牛二虎之力逃脫出來后，巴克隊長和他的小伙伴們迷失了方向。他該怎樣找到正確的方向呢？同學們，能不能幫他想想辦法？

（播放視頻，學生小組討論。）

生：可以使用指南針。

師：可是剛才漩渦的破壞力太大了，指南針被損壞了。那怎么辦呢？

生：做一個指南針！

師：你的提議很棒！我們在科學課上就是需要去嘗試、去創造！那今天這節課，我們就一起動手試一試，做一個新的指南針去幫助巴克隊長吧！

設計意圖：根據學生的心理和認知特點，創設巴克隊長在航海中迷失方向的情境，讓學生幫助巴克隊長做一個指南針，激發他們制作指南針的興趣。

師：指南針是由哪幾個部分組成的，作用又是什么呢？

生：指南針是由外殼、磁針、支架和刻度盤四個部分組成的。

生：外殼起保護作用，磁針用來指示南北極，支架用來讓磁針自由轉動，刻度盤用來確定各個方向。

師：好的，現在老師給大家提供了這些材料：磁鐵、鋼針、吹塑紙、裝有水的紙盤（展示材料）。那么如何利用這些材料來制作指南針呢？

設計意圖：教師先引導學生回顧指南針的基本結構及作用，接著讓學生了解制作指南針的主體材料，思考這些材料分別能起到怎樣的作用以及怎樣把這些材料組合在一起。然后布置本節課的任務：如何利用這些材料來制作指南針。教材中使用的縫衣針太細太輕，磁化效果不好，制成的磁針磁性不強，不易帶動吹塑紙在水面上自由轉動，因此教師將縫衣針改成縫被針。另外，浸水后的吹塑紙不易書寫來表示方位，所以教師將不易書寫的吹塑紙替換成易書寫的紙盤，并且在紙盤底部貼上圓形鐘表盤（12點正對講臺方向），方便學生用數學中所學的“幾點鐘方向”來描述磁針針尖及針尾的指向。

2.實驗探究

（1）制作磁針

師：指南針最重要的一部分是磁針，這根鋼針有沒有磁性啊？

生：沒有。

師：怎樣讓鋼針有磁性呢？

生：把鋼針用磁鐵磨一下。

師：是的，人們很早以前就發現，鐵釘、鋼針被磁石接觸或摩擦之后，有時會具有磁性，人們逐漸掌握了用摩擦的方法制作小磁鐵。在科學上，使原來不具有磁性的物質獲得磁性的過程，我們稱它為磁化。

那么怎么摩擦呢？摩擦的方法很多，因為時間的關系，我們今天就學習一種方法。現在請同學們看老師是怎么做的：用磁鐵的北極在鋼針上從針尾沿著針尖的方向，用力摩擦10次。

老師手上的這根鋼針已經被摩擦過了，怎樣檢驗它是否有磁性呢？

生：看它能否吸引鐵制品。

（學生利用回形針進行驗證。）

師：好的，我們現在已經讓鋼針有了磁性，制作出了小磁針。那怎樣能讓它像指南針一樣能自由的轉動呢？

設計意圖：教師簡單介紹人類發現磁化的過程，并演示一種磁化的方法。再檢驗它是否有磁性，進而完成了小磁針的制作。教師之所以統一條形磁鐵摩擦的方向，是因為利用磁鐵按不同的方向摩擦鋼針，獲得的小磁針磁極不統一，低年級學生不易描述。另外，關于“用磁鐵摩擦鋼針次數”的表述，對低年級學生較為模糊，沒有一個明確的數據，因此學生不易使鋼針成功磁化。為了讓學生明確量化的概念，教師在備課的時候，利用磁感應強度傳感器多次實驗，發現：若摩擦次數太少（1-2次），磁性不強；若次數太多（15-20次），磁感應強度增大并不明顯。因此教師得到了能使鋼針成功磁化的方案——摩擦5-10次，并在課上直接告訴學生。

（2）組裝磁針

師：直接把它放在水面上可不可以？

生：那肯定不行，會沉下去的。

師：有沒有材料可以浮在水面上？

生：吹塑紙！

師：把小磁針放吹塑紙上？

生：好像可以。

師：但是穩定嗎？

生：不穩定，容易掉下來。

師：如何解決呢？

生：將小磁針和吹塑紙固定在一起。

師：是的！我們可以把它們組裝起來。如何組裝呢？我請個同學來試一試。

生：把小磁針這樣穿過吹塑紙（演示）。

師：是這樣嗎？我們來一起看一看吧。

設計意圖：通過追問，將復雜的任務拆分成3個小問題，引導學生提出“將小磁針和吹塑紙固定在一起”的設想，這樣浮在水面的吹塑紙就可以托著小磁針，實現它的自由轉動。為了讓學生成功將兩者固定住，教師在吹塑紙的正反面畫了穿孔點。

（3）觀看微課，動手實驗

（教師播放“制作磁針”和“組裝磁針”的微視頻。）

師：同學們看清楚了嗎？下面咱們也學著來做一做吧！請同學們按照操作要求進行操作，注意不要被鋼針扎到手了。

（學生制作，教師巡視。）

設計意圖：低年級學生容易對多步驟的實驗進行無序操作，導致不能很好地制成水浮式指南針。所以，教師在課前錄制了一段微課，清晰地展現實驗的過程，之后讓學生自己動手制作。

（4）指示方向

師：老師發現同學們都已經完成了，請操作員把組裝好的磁針輕輕放在水面上，你們發現了什么？

生：磁針在轉動！

師：好的，我們等它停止轉動。請不要吹氣、不要動桌子。大家看看自己組的小磁針，針尖指的是幾點鐘方向？針尾指的是幾點鐘方向？小聲討論一下，并且記錄在實驗單上。

（學生記錄，教師將各小組的作品拍照投屏。）

生：我們是第2小組，我們小組小磁針的針尖指向3點鐘方向，針尾指向9點鐘方向。

師：我們再來看看其他幾個小組小磁針的情況吧！

生：它們磁針指的方向基本都一樣，針尖指向3點鐘方向，針尾指向9點鐘方向。

師：我們今天是要幫巴克隊長做指南針，是針尖指南還是針尾指南呢？請同學們猜一猜？我們怎么確定？

生：用一個已有的指南針！

師：誰能來說說看如何利用它來判斷？

生：如果指南針的南極和針尖指的方向一樣，那么針尖就是南極，反之，則是北極。

（利用一小組的作品進行驗證，拍照投屏。）

師：最后，同學們在紙盤上標出南北極，一個簡易的水浮式指南針就制作完成了。我們可以利用它來指示方向。誰能說說教室里的空調在我們的什么方向？

生：空調在我們的南面。

設計意圖：學生將組裝好的小磁針放在水面上，觀察針尖、針尾分別指向幾點鐘方向并且記錄在實驗單上。同時將學生的成果拍照上傳到大屏幕上，實現數據共享，學生很容易發現所有組的小磁針都是針尖指向3點鐘方向，針尾指向9點鐘方向。之后，利用一個已有的指南針確定磁針的南北極并標注在紙盤上。標磁極不僅能讓學生知道自己磁針的磁極情況，也驗證了水浮式指南針制作方法的科學性，更為后續的研討提供了依據。最后，利用制作好的指南針判斷教室中某事物的方向。

（5）改進自制指南針

師：這個簡易的指南針已經制作完成了，你們有沒有辦法來完善它呢？

（學生討論，提出改進意見。）

生：為了減少風的干擾，我們可以給它加上蓋子。

生：為了不讓磁針在盤子里到處飄，我們可以給它做一個支架，把它固定住。

生：我們剛做的指南針只有南北兩個方向，我們可以多標幾個方位，例如東、西、東南、西北等。

生：這個指南針不夠美，我們可以在上面用彩筆畫畫，讓它更好看。

師：你們真會動腦筋，太了不起了！

設計意圖：改進是技術工程中十分重要的一個環節，學生在討論后能對制作過程出現的問題提出改進意見。這個環節有利于培養學生嚴謹細致的科學態度。

3.拓展研討

師：同學們都非常棒，幫助巴克隊長制作出了指南針，你們真是小小科學家啊！剛才我們做的這種指南針稱為“水浮式指南針”，早在900多年前，我國海船就在使用它導航了。（先PPT簡要講述指南針的發展歷史，再播放科普微視頻《中國北斗衛星導航系統》，最后展示懸掛盒式指南針并分發實驗材料，學生討論。）

人類發明創造的腳步從未停止，老師相信將來的你們會做得更好！如果用不同的材料或方法再做一個指南針，你還有什么辦法呢？由于時間關系，請同學們在課后將制作過程拍照上傳到班級QQ群哦！

設計意圖：首先通過實物及圖片簡要講述指南針的發展歷史，再用科普微視頻介紹中國北斗衛星導航系統，激發學生的民族自豪感，隨后組織學生進入研討環節：用不同的材料或方法再做一個指南針。教師展示懸掛盒式指南針并分發實驗材料，之后學生進行自主設計、制作以及評價。學生思考制作指南針的多種方法，能充分發揮想象力和創造力。

教學反思

1.讓學生體驗技術與工程的實踐過程

小學科學課程標準倡導跨學科的學習方式，希望將科學、技術、工程、藝術、數學有機地融合為一體，培養學生的創新能力。“自制指南針”項目的目的，就是讓學生體驗包括設計、實施、改進在內的簡單的技術與工程實踐過程。

如何在這節課中滲透“設計”的思想呢？我在課上引導學生思考“如何實現磁針的自由轉動”，也就是“怎樣用吹塑紙和水做支架”。

怎樣在這節課中滲透“改進”的思想？學生制作的水浮式指南針其實有許多可以完善的地方，因此我引導學生說出：加上起保護作用的外殼、加上小支架固定使其固定在中心、標注更多的方位、美化裝飾等。

2.有效組織課堂并保持學生的興趣

小學科學課程倡導以探究式學習為主的多樣化學習方式。在教學中我發現，低年級學生在科學知識的學習、科學方法的掌握、認知能力的培養等方面都需要教師的幫助，教師要重視學生行為習慣的養成教育。這節課上學生都能遵守實驗的基本要求。通過這節課的研磨，還有一點很大的收獲就是，教師要學會用學生的角度去思考問題，多用一些學生能夠聽得懂的語言去和他們交流。特別是當學生說出聽不懂的話時，教師別著急否定，要讓他和他的小伙伴去解釋。有的時候，還要避免專業性科學詞語的頻繁出現。另外，教師要調動學生的興趣。比如，開課時從鄭和下西洋到幫助巴克隊長在航海中找到正確的方向，也是經歷了幾次打磨，就是想抓住學生的興趣。

3.在學生心中播下科學的種子

低年級的學生挺有好奇心的，也十分喜歡科學這門學科，我們應該因勢利導，從小培養他們的科學探究意識。在課上，但凡有猜想，我一定會去用實驗驗證。

根據學生的現狀，我在試教過程中也不斷地調整難度：從提供多種水浮材料到只提供吹塑紙，從不規定摩擦方向到規定一種摩擦方式，通過教師演示、播放微視頻以及學生制作小磁針的時候在PPT上放步驟圖。今天，他們成功制作出的24個指南針，他們可以感受到：哦！其實我也可以成為一個小科學家。

我國作為歷史悠久的文明古國，在指南針的研究與應用上做出了突出的貢獻，而現代的北斗衛星導航系統更是在人類社會的各個領域都發揮著重要作用。因此，為了激發學生的民族自豪感，我在拓展部分加入了指南針歷史的介紹以及現代北斗導航的科普微視頻。根據學生的反應來看，這個改進效果不錯。