STEM主题教学案例——做个指南针

STEM主题教学案例——做一个指南针

泉州市丰泽区第二实验小学    巫美芳

【主题内容分析】

指南针是中国古代劳动人民在长期的实践中对磁石磁性认识的结果。作为中国古代四大发明之一，它的发明对人类的科学技术和文明的发展，起了无可估量的作用。在中国古代，指南针起先应用于祭祀、礼仪、军事和占卜与看风水时确定方位。现在，指南针常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。

本主题是结合三年级科学教材《做一个指南针》一课进行重新设计改编，通过任务驱动引导学生利用磁铁的性质设计制作一个指南针。

本项目包含了以下活动流程：

    问题引入与确定需求：认识指南针

     调查研究与学习支持：探究磁铁的性质——磁性

    探究磁铁两极的奥秘

探究磁极与方向的秘密

探究磁极的相互作用

分析观点与建立模型：设计、制作指南针

    测试优化与解决问题：指南针的测试

指南针的展示与评价

【主题教学目标】

科学（S）

铁制品经过磁铁摩擦后可以变成磁针。

磁铁的同极相互排斥，异极相互吸引。

磁铁能指南北方向，指南的磁极称南极，指北的磁极称北极。

技术（T）

知道设计制作指南针的2个要点——磁性指针、磁针能自由转动。

知道磁针能自由转动的方式有很多种：水浮式、悬挂式、支撑式。

能根据材料的特性，选择材料，有计划地设计指南针。

体会绘制设计图的成就感，乐于改造和创新。

工程（E）

知道做一个指南针包括一系列步骤，需要考虑很多因素。

能够按照设计图完成指南针的制作，并在制作过程中针对遇到的问题调整改进。

数学（M）

能够通过简单地测量，裁剪合适大小的材料，让自制的指南针能指示南北。

【适用年级】

三年级

【建议课时】

6课时

【材料清单】

学生分组材料：钢针、条形磁铁、环形磁铁、回形针、木棒、悬挂架、瓶盖、吹塑纸、透明水盒、悬挂盒式支架、底座、支架、托盘、大头针、双面胶、剪刀、标签纸

教师教学材料：小组编号贴、板书贴、小组编号台卡（大、小）、课件教学课

【主题教学过程】

第一课时：引入问题与确定需求

活动一：认识指南针

目标：

知道指南针是利用磁铁指示方向的仪器。

会用指南针确定方向。

了解指南针发展的历史，增强热爱祖国的情感。

确定任务

学校的春游活动初步定在了下周，玲玲想自己动手制作一个小巧实用的指南针。她想用钢针来做指南针的磁针，请你帮玲玲完成利用小钢针制作指南针的方案设计和模型制作，要求能够正确的指示方向，且方便携带。

2.介绍指南针的历史，总结指南针的类型

指南针的历史：

很早以前，人们在寻找铁矿时，发现了一种能吸铁的矿石，他们把这种矿石叫做磁石。

2000多年前，人们把天然磁石制成勺形，放在一个光滑的铜盘上，铜盘上刻着方向，轻轻转动勺子，当它停止转动后勺柄总是指向南方，人们称它为“司南”。这就是世界上最早的“指南针”了。 到了900多年前，人们知道了使铁片、钢针变成磁铁的方法，制作出了灵巧的指南鱼和水浮式指南针。

后来，人们又把磁针和方位盘组合在一起，制造了叫做罗盘的定方向的仪器。有了罗盘，航海就不容易迷失方向了。指南针逐渐从我国传到了世界各地，促进了世界航海事业的发展。

现在的指南针小巧灵活多了。

指南针的类型：水浮式、悬挂式、支撑式。

3.分析指南针的结构：磁针、支架、方位盘、外壳。

4.用指南针定方向的方法：

①把指南针盒放平，让磁针自由转动。

②待磁针停止摆动后，转动指南针盒，使方位盘上标明的南（S）、北（N）方向与磁针指的南、北方向一致。

③对照方位盘确定出各个方向。

5.初步设想：

你想设计一个怎样的指南针？可能需要哪些材料？

活动记录表：

表一：指南针的初步设想

第二课时调查研究与学习支持

活动二：探究磁铁的性质——磁性

目标：

知道磁铁能吸引铁质物品的性质叫做磁性。

通过实验研究磁铁能吸引什么，不能吸引什么。

动手自制一枚磁针，并检测其磁性。

做磁针

资料库：

人们很早就发现，铁钉、钢针被磁石接触或摩擦后，有时会具有磁性，还发现同样用磁石摩擦，钢针比铁钉、铁片具有的磁性强一些。人们逐渐掌握了用摩擦的方法制造小磁铁。

制作磁针

从资料库中我们知道了制作磁针的方法，我们可以利用条形磁铁和小钢针试着做一个。

我们应该怎样检测小钢针是否已经磁化变成磁针了呢？接下来我们一起来探究磁铁的性质。

2.探究磁铁的性质——磁性

活动准备：

准备一根条形磁铁及由不同材料做成的物品：回形针、塑料棒、订书钉、铜片、纸片、小木块、回形针、钢珠、橡皮擦、铝片、布条、铅笔、铁钉。

讨论：

我们认为磁铁能吸引什么物体，不能吸引什么物体？怎样检验我们的观点？

设计并进行实验

根据实验材料设计并进行实验，并将实验结果记录在表二。

（注意：我们先预测一下物体会不会被磁铁吸引，然后再做实验进行检验。）

交流汇报，得出结论

交流汇报实验结果、讨论及总结，理解磁铁能吸引铁的性质叫磁性。

3.检测磁性

利用可以利用磁铁具有磁性的特点，我们可以让摩擦后的小钢针试试能否吸引大头照，如果可以吸引就证明小钢针已经磁化变成磁针了。

实验记录表：

表二：“磁铁能吸引哪些物体”的实验记录

能被磁铁吸引的物体请画“√”，不能被磁铁吸引的物体请画“×”,有歧义的物体请画“○”。

第三课时

活动三：探究磁铁两极的奥秘

目标：

磁铁上磁力最强的部分称为磁极，磁铁有两个磁极。

指南的磁极称为南极，用“S”表示，指北的磁极称为北极，用“N”表示。

小组合作，选择合适的方法确定自制小磁针的南北极。

疑问：

怎样确定磁针的哪一端指的是南，哪一端指的是北呢？我们继续探究磁铁的奥秘。

发现问题并作出猜测：

将小钢珠慢慢靠近磁铁，为什么总是被吸在磁铁的两端？这可能是什么原因造成的？猜测条形磁铁哪些部位磁性是最强的。

3.设计并进行实验：

讨论并设计实验方案。

交流汇报实验方案：在条形磁铁上选择五个有代表性的点，分别标记为A、B、C、D、E，先用回形针制作五个挂钩分别悬挂在五个点上，接着将回形针一个接一个轻轻的放上去，最后，将悬挂的回形针的数量记录在表三。

进行实验并记录。

4.交流汇报，得出结论

    交流汇报实验结果，小结：磁铁上磁力最强的部分叫磁极，磁铁有两个磁极。

活动四：探究磁极与方向的秘密

实验记录表：

表三：“磁铁什么地方磁力大”的实验记录

1.发现问题：

把一块条形磁铁横着悬挂起来，使它能在水平方向自由转动。观察磁铁静止下来的位置，发现一端指向南，另一端指向北。

2.做出假设：

所有能自由转动的条形磁铁静止下来的时候，都是一端（红色端）指南，另一端（蓝色端）指北。

3.设计并进行实验：

材料：条形磁铁、旋转架、托盘。

利用材料设计实验方案：将托盘放置于旋转架上，再将条形磁铁轻轻放于托盘上，转动托盘，观察并记录条形磁铁静止下来时的位置（表四），反复多做几次。

4.交流汇报，得出结论：

交流汇报实验结果，并进行小结：通过观察悬挂着的磁铁和支撑着的磁铁，我们发现：一个能够自由转动的磁铁，静止时，一极指南方，一极指北方。指北的一极叫北极，用“N”表示；指南的一极叫南极，用“S”表示。

5.小磁针的方向

通过以上两个探究活动，我们知道小磁针也有两个磁极，也能够指示南北方向，我们可以通过悬挂、支撑等方法来确定南北极。

实验记录表：

表四：探究“磁极与方向”的实验记录

第四课时

活动五：探究磁极的相互作用

目标：

磁铁的同极相互排斥，异极相互吸引。

小组合作，选择合适的方法确定自制小磁针的南北极。

提出问题，作出猜测：

如果用一个磁铁的磁极去靠近另一个磁铁的磁极，会发生什么现象呢？

作出猜测，并记录下来。

设计并进行实验：

小组交流讨论，确定实验方案：把两个条形磁极相互靠近（N极靠近N极，N极靠近S极，S极靠近N极，S极靠近S极），并记录现象。

进行实验并记录。

3.交流汇报，得出结论：

交流汇报实验现象：当条形磁铁的N极靠近N极，S极靠近S极时，相互排斥；N极靠近S极，S极靠近N极时，相互吸引。

得出结论：同极相互排斥，异极相互吸引。

4.小磁针的方向

利用“同极相互排斥，异极相互吸引”的原理，也可以判断出小磁针的南北极。

实验记录表：

表五：探究“磁极的相互作用”的实验记录

第五课时：分析观点与建立模型

活动六：设计、制作指南针

目标：

能根据材料的特性，选择材料，有计划地设计指南针。

知道设计制作指南针的2个要点——磁性指针、磁针能自由转动。

体会绘制设计图的成就感，乐于改造和创新。

认识评价量规及注意事项。（表六）

各小组根据记录单一中选择的实验材料，确定指南针的类型并设计指南针方案。（记录单：我们的设计图）

小组介绍自己的指南针方案。

针对方案的可行性，各组间相互提出建议。

修改完善设计方案。

根据设计图选择材料并制作指南针。

表六：产品自评得分表

记录单：我们的设计图

我们组做的是一个         （水浮式、悬挂式或支撑式）的指南针。这是我们的设计图：

第六课时：测试优化与解决问题

活动七：指南针的测试

目标：

通过小组合作，测试指南针能否指南北。

能优化改进自制指南针。

能够针对遇到的问题及时调整改进。

1.明确测试任务：指南针是否能够指示南北。

2.测试指南针。

注意：指南针之间不能靠太近，避免互相干扰。

分析：指南针无法正确指示方向的原因。     

根据测试结果改进指南针。

第七课时：指南针的展示与评价

活动八：指南针发布会

目标：

小组合作，共同展示和分享自制指南针。

知道做一个指南针包括一系列步骤，需要考虑很多因素。

体会成功制作指南针的乐趣，乐于改造和创新。

1.小组展示并介绍自己组的指南针：

我们组做的是一个         （水浮式、悬挂式或支撑式）的指南针。我们的自评得分是分，具体得分情况是这样的……我们的指南针的特别之处是……

2.作品评价。

3.交流：

你最喜欢哪个组的指南针?为什么?如果让你们再次修改自己的模型,你们会怎么改?

4.总结

评出优胜组：美观奖、实用奖、小组合作奖。

5.拓展延伸

观看视频：北斗导航系统。鼓励学生继续创新，激发责任感。

【板书设计】

做一个指南针

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