项目式学习“自制指南针”

朱言敏

摘要小学科学课程标准倡导跨学科的学习方式，希望将科学、技术、工程、艺术、数学有机地融合为一体，培养学生的创新能力。“自制指南针”项目的目的，就是让学生体验包括设计、实施、改进在内的简单的技术与工程实践过程。“自制指南针”由三部分组成：第一部分是利用一段有趣的动画片来激发学生制作指南针的兴趣。第二部分是实验探索，通过提问和演示引导学生成功制作一个水浮式指南针。第三部分是拓展研讨，教师拓展指南针的发展历史，学生对“利用新方法再做一個指南针”这个问题进行研讨。本项目的主线是制作一个水浮式指南针，而重点在于让学生体验包括设计、实施、改进在内的简单的技术与工程过程，培养他们的动手制作能力和创造意识，并能对制作过程或测试结果中出现的问题提出改进方法。

关键词 自制指南针 设计 实施 改进

中图分类号：G424文献标识码：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

项目分析

“自制指南针”由三部分组成：第一部分是利用一段有趣的动画片来激发学生制作指南针的兴趣，聚焦到本项目的主要任务——做一个水浮式指南针。第二部分是实验探索，为学生提供钢针、菱形吹塑纸、条形磁铁、装有水的盘子、指南针这几种材料，通过提问和演示引导学生成功制作一个水浮式指南针。第三部分是拓展研讨，教师拓展指南针的发展历史，学生对“利用新方法再做一个指南针”这个问题进行研讨。

本项目的主线是制作一个水浮式指南针，而重点在于让学生体验包括设计、实施、改进在内的简单的技术与工程过程，培养他们的动手制作能力和创造意识，并能对制作过程或测试结果中出现的问题提出改进方法。

教学流程

1.情境导入

师：同学们看过《海底小纵队》吗？聪明勇敢的巴克队长给很多小动物解决过问题，但是今天一条小水蛇让他的船遇到了大麻烦（小水蛇误操作使船卷进了旋涡之中）。

在他们费了九牛二虎之力逃脱出来后，巴克队长和他的小伙伴们迷失了方向。他该怎样找到正确的方向呢？同学们，能不能帮他想想办法？

（播放视频，学生小组讨论。）

生：可以使用指南针。

师：可是刚才漩涡的破坏力太大了，指南针被损坏了。那怎么办呢？

生：做一个指南针！

师：你的提议很棒！我们在科学课上就是需要去尝试、去创造！那今天这节课，我们就一起动手试一试，做一个新的指南针去帮助巴克队长吧！

设计意图：根据学生的心理和认知特点，创设巴克队长在航海中迷失方向的情境，让学生帮助巴克队长做一个指南针，激发他们制作指南针的兴趣。

师：指南针是由哪几个部分组成的，作用又是什么呢？

生：指南针是由外壳、磁针、支架和刻度盘四个部分组成的。

生：外壳起保护作用，磁针用来指示南北极，支架用来让磁针自由转动，刻度盘用来确定各个方向。

师：好的，现在老师给大家提供了这些材料：磁铁、钢针、吹塑纸、装有水的纸盘（展示材料）。那么如何利用这些材料来制作指南针呢？

设计意图：教师先引导学生回顾指南针的基本结构及作用，接着让学生了解制作指南针的主体材料，思考这些材料分别能起到怎样的作用以及怎样把这些材料组合在一起。然后布置本节课的任务：如何利用这些材料来制作指南针。教材中使用的缝衣针太细太轻，磁化效果不好，制成的磁针磁性不强，不易带动吹塑纸在水面上自由转动，因此教师将缝衣针改成缝被针。另外，浸水后的吹塑纸不易书写来表示方位，所以教师将不易书写的吹塑纸替换成易书写的纸盘，并且在纸盘底部贴上圆形钟表盘（12点正对讲台方向），方便学生用数学中所学的“几点钟方向”来描述磁针针尖及针尾的指向。

2.实验探究

（1）制作磁针

师：指南针最重要的一部分是磁针，这根钢针有没有磁性啊？

生：没有。

师：怎样让钢针有磁性呢？

生：把钢针用磁铁磨一下。

师：是的，人们很早以前就发现，铁钉、钢针被磁石接触或摩擦之后，有时会具有磁性，人们逐渐掌握了用摩擦的方法制作小磁铁。在科学上，使原来不具有磁性的物质获得磁性的过程，我们称它为磁化。

那么怎么摩擦呢？摩擦的方法很多，因为时间的关系，我们今天就学习一种方法。现在请同学们看老师是怎么做的：用磁铁的北极在钢针上从针尾沿着针尖的方向，用力摩擦10次。

老师手上的这根钢针已经被摩擦过了，怎样检验它是否有磁性呢？

生：看它能否吸引铁制品。

（学生利用回形针进行验证。）

师：好的，我们现在已经让钢针有了磁性，制作出了小磁针。那怎样能让它像指南针一样能自由的转动呢？

设计意图：教师简单介绍人类发现磁化的过程，并演示一种磁化的方法。再检验它是否有磁性，进而完成了小磁针的制作。教师之所以統一条形磁铁摩擦的方向，是因为利用磁铁按不同的方向摩擦钢针，获得的小磁针磁极不统一，低年级学生不易描述。另外，关于“用磁铁摩擦钢针次数”的表述，对低年级学生较为模糊，没有一个明确的数据，因此学生不易使钢针成功磁化。为了让学生明确量化的概念，教师在备课的时候，利用磁感应强度传感器多次实验，发现：若摩擦次数太少（1-2次），磁性不强；若次数太多（15-20次），磁感应强度增大并不明显。因此教师得到了能使钢针成功磁化的方案——摩擦5-10次，并在课上直接告诉学生。

（2）组装磁针

师：直接把它放在水面上可不可以？

生：那肯定不行，会沉下去的。

师：有没有材料可以浮在水面上？

生：吹塑纸！

师：把小磁针放吹塑纸上？

生：好像可以。

师：但是稳定吗？

生：不稳定，容易掉下来。

师：如何解决呢？

生：将小磁针和吹塑纸固定在一起。

师：是的！我们可以把它们组装起来。如何组装呢？我请个同学来试一试。

生：把小磁针这样穿过吹塑纸（演示）。

师：是这样吗？我们来一起看一看吧。

设计意图：通过追问，将复杂的任务拆分成3个小问题，引导学生提出“将小磁针和吹塑纸固定在一起”的设想，这样浮在水面的吹塑纸就可以托着小磁针，实现它的自由转动。为了让学生成功将两者固定住，教师在吹塑纸的正反面画了穿孔点。

（3）观看微课，动手实验

（教师播放“制作磁针”和“组装磁针”的微视频。）

师：同学们看清楚了吗？下面咱们也学着来做一做吧！请同学们按照操作要求进行操作，注意不要被钢针扎到手了。

（学生制作，教师巡视。）

设计意图：低年级学生容易对多步骤的实验进行无序操作，导致不能很好地制成水浮式指南针。所以，教师在课前录制了一段微课，清晰地展现实验的过程，之后让学生自己动手制作。

（4）指示方向

师：老师发现同学们都已经完成了，请操作员把组装好的磁针轻轻放在水面上，你们发现了什么？

生：磁针在转动！

师：好的，我们等它停止转动。请不要吹气、不要动桌子。大家看看自己组的小磁针，针尖指的是几点钟方向？针尾指的是几点钟方向？小声讨论一下，并且记录在实验单上。

（学生记录，教师将各小组的作品拍照投屏。）

生：我们是第2小组，我们小组小磁针的针尖指向3点钟方向，针尾指向9点钟方向。

师：我们再来看看其他几个小组小磁针的情况吧！

生：它们磁针指的方向基本都一样，针尖指向3点钟方向，针尾指向9点钟方向。

师：我们今天是要帮巴克队长做指南针，是针尖指南还是针尾指南呢？请同学们猜一猜？我们怎么确定？

生：用一个已有的指南针！

师：谁能来说说看如何利用它来判断？

生：如果指南针的南极和针尖指的方向一样，那么针尖就是南极，反之，则是北极。

（利用一小组的作品进行验证，拍照投屏。）

师：最后，同学们在纸盘上标出南北极，一个简易的水浮式指南针就制作完成了。我们可以利用它来指示方向。谁能说说教室里的空调在我们的什么方向？

生：空调在我们的南面。

设计意图：学生将组装好的小磁针放在水面上，观察针尖、针尾分别指向几点钟方向并且记录在实验单上。同时将学生的成果拍照上传到大屏幕上，实现数据共享，学生很容易发现所有组的小磁针都是针尖指向3点钟方向，针尾指向9点钟方向。之后，利用一个已有的指南针确定磁针的南北极并标注在纸盘上。标磁极不仅能让学生知道自己磁针的磁极情况，也验证了水浮式指南针制作方法的科学性，更为后续的研讨提供了依据。最后，利用制作好的指南针判断教室中某事物的方向。

（5）改进自制指南针

师：这个简易的指南针已经制作完成了，你们有没有办法来完善它呢？

（学生讨论，提出改进意见。）

生：为了减少风的干扰，我们可以给它加上盖子。

生：为了不让磁针在盘子里到处飘，我们可以给它做一个支架，把它固定住。

生：我们刚做的指南针只有南北两个方向，我们可以多标几个方位，例如东、西、东南、西北等。

生：这个指南针不够美，我们可以在上面用彩笔画画，让它更好看。

师：你们真会动脑筋，太了不起了！

设计意图：改进是技术工程中十分重要的一个环节，学生在讨论后能对制作过程出现的问题提出改进意见。这个环节有利于培养学生严谨细致的科学态度。

3.拓展研讨

师：同学们都非常棒，帮助巴克队长制作出了指南针，你们真是小小科学家啊！刚才我们做的这种指南针称为“水浮式指南针”，早在900多年前，我国海船就在使用它导航了。（先PPT简要讲述指南针的发展历史，再播放科普微视频《中国北斗卫星导航系统》，最后展示悬挂盒式指南针并分发实验材料，学生讨论。）

人类发明创造的脚步从未停止，老师相信将来的你们会做得更好！如果用不同的材料或方法再做一个指南针，你还有什么办法呢？由于时间关系，请同学们在课后将制作过程拍照上传到班级QQ群哦！

设计意图：首先通过实物及图片简要讲述指南针的发展历史，再用科普微视频介绍中国北斗卫星导航系统，激发学生的民族自豪感，随后组织学生进入研讨环节：用不同的材料或方法再做一个指南针。教师展示悬挂盒式指南针并分发实验材料，之后学生进行自主设计、制作以及评价。学生思考制作指南针的多种方法，能充分发挥想象力和创造力。

教学反思

1.让学生体验技术与工程的实践过程

小学科学课程标准倡导跨学科的学习方式，希望将科学、技术、工程、艺术、数学有机地融合为一体，培养学生的创新能力。“自制指南针”项目的目的，就是让学生体验包括设计、实施、改进在内的简单的技术与工程实践过程。

如何在这节课中渗透“设计”的思想呢？我在课上引导学生思考“如何实现磁针的自由转动”，也就是“怎样用吹塑纸和水做支架”。

怎样在这节课中渗透“改进”的思想？学生制作的水浮式指南针其实有许多可以完善的地方，因此我引导学生说出：加上起保护作用的外壳、加上小支架固定使其固定在中心、标注更多的方位、美化装饰等。

2.有效组织课堂并保持学生的兴趣

小学科学课程倡导以探究式学习为主的多样化学习方式。在教学中我发现，低年级学生在科学知识的学习、科学方法的掌握、认知能力的培养等方面都需要教师的帮助，教师要重视学生行为习惯的养成教育。这节课上学生都能遵守实验的基本要求。通过这节课的研磨，还有一点很大的收获就是，教师要学会用学生的角度去思考问题，多用一些学生能够听得懂的语言去和他们交流。特别是当学生说出听不懂的话时，教师别着急否定，要让他和他的小伙伴去解释。有的时候，还要避免专业性科学词语的频繁出现。另外，教师要调动学生的兴趣。比如，开课时从郑和下西洋到帮助巴克队长在航海中找到正确的方向，也是經历了几次打磨，就是想抓住学生的兴趣。

3.在学生心中播下科学的种子

低年级的学生挺有好奇心的，也十分喜欢科学这门学科，我们应该因势利导，从小培养他们的科学探究意识。在课上，但凡有猜想，我一定会去用实验验证。

根据学生的现状，我在试教过程中也不断地调整难度：从提供多种水浮材料到只提供吹塑纸，从不规定摩擦方向到规定一种摩擦方式，通过教师演示、播放微视频以及学生制作小磁针的时候在PPT上放步骤图。今天，他们成功制作出的24个指南针，他们可以感受到：哦！其实我也可以成为一个小科学家。

我国作为历史悠久的文明古国，在指南针的研究与应用上做出了突出的贡献，而现代的北斗卫星导航系统更是在人类社会的各个领域都发挥着重要作用。因此，为了激发学生的民族自豪感，我在拓展部分加入了指南针历史的介绍以及现代北斗导航的科普微视频。根据学生的反应来看，这个改进效果不错。