小学科学教科版（2024）三年级下册（2024）6.设计指南针学案设计

这是一份小学科学教科版（2024）三年级下册（2024）6.设计指南针学案设计，共5页。
（一）教学目标
科学观念目标
●认识到设计指南针需经历明确评价标准、选择合适材料、绘制设计图及评价改进的工程流程。
科学思维目标
●在设计指南针时，能创造性地运用材料，制订设计方案。
●在对比多个设计方案后，能分析归纳自己设计方案的优点，提出改进建议。
探究实践目标
●针对评价标准选择合适的材料，用图画方式表达想法，优化并改进设计。
态度责任目标
●对设计指南针的活动感兴趣，愿意与同学合作，初步表达自己的设计意图和方法。
（二）教学内容分析
本课作为单元的第6 课，对应课程标准3~ 4年级学习内容“3.2电磁相互作用”的第五点“知道磁铁同时存在两个不同的磁极，相同的磁极互相排斥，不同的磁极互相吸引”，以及“13.1 工程需要定义和界定”的第一点“描述简单的设计问题，包括材料、时间或成本等限制条件”。同时，它也与“13.2工程的关键是设计”的第二点和第三点相呼应，即“借助表格、草图、实物模型、戏剧或故事等方式说明自己的设计思路”和“根据需求和限制条件，比较多种可能的解决方案，并初步判断其合理性”。在本课及下一课中，学生将通过设计并制作指南针的项目活动，亲身体验从确定评价标准到设计方案，再到改进方案、实践制作、评价迭代的完整项目流程。本课的核心活动是设计一个指南针。
本课有四个板块，分别为明确任务、制订方案、评估与改进、拓展。在情境图中，通过展示郑和船队的模型，引出指南针对航海的重要性，进而明确本项目的任务:利用身边的材料，尝试设计一个小巧且指向准确的指南针。所有项目活动都围绕这一核心任务展开。在制订方案环节，学生研讨自制指南针的评价标准，最终归纳出从准确性、便捷性、美观性等多个角度来评价指南针的设计。统一的评价标准为后续的制作和测试提供了明确的方向。在评估与改进板块，学生将依据这些评价标准来评估自己的设计方案的可行性，并进行必要的改进。最后的拓展板块则要求学生根据设计方案准备相关的材料，为实际制作做好准备。
通过前几课的学习，学生已经知道磁铁具有指示南北方向的性质，并成功制作了一根小磁针。然而，如何巧妙地利用身边的材料，设计并制作出一个既小巧又指向准确的指南针呢？在磁针上添加支撑结构和方位盘是学生可以想到的初步设计方案。在过去的科学学习经历中，学生参与的探究活动大多由教师设计和提供材料，很少有自选材料、自主设计的机会。尽管学生已经具备初步的动手能力，但对于完整的工程活动尤其是设计过程仍显生疏。因此，本课的重点在于培养学生在限制条件下进行设计的能力，根据项目目标评价设计方案的可行性并提出改进意见，从而逐步培养他们的工程思维。
（三）教学重难点
重点:在限制条件下，设计一个小巧且指向准确的指南针。
难点:依据评价标准，对指南针设计方案进行评价并改进。
（四）教材解读
本课情境:本课的情境图片为明代宝船（模型）。郑和下西洋是发生在明代永乐至宣德年间的伟大历史事件。自公元1405年（永乐三年）起，郑和历时28年先后七次下西洋，将先进的中华物质文化、精神文化、政教文化等远播海外，这次远航堪称中国海上丝绸之路最壮丽的诗篇，也是人类航海史上第一座高峰。郑和船队七次下西洋的总航程达到七万多海里，长度相当于地球赤道周长的三倍多。郑和船队是如何完成这项壮举的呢？除了与当时发达的经济、高超的造船技术等因素有关外，更离不开指南针（罗盘）的使用。
明确任务:这个任务里包含了三个要求:（1）“利用身边的材料”，要求材料要常见易得。（2）“小巧”是对指南针整体结构和重量的要求，要方便携带。（3）“指向准确”是对指南针功能的要求，除了磁针能指示南北外，需要加上更加精准的方位盘来辨认更多的方向。只有明确了任务，后续的设计和讨论才有目标和抓手。
制订方案1:讨论并确定自制指南针的评价标准。评价标准前置是为了将目标清晰化，确保学习目标的实现。
本课的评价标准由学生自己讨论，这能让学生充分参与到项目中，也为后续的设计制作作铺垫。教材中三名学生的讨论话语提示我们可以从材料、功能、外观等角度确定评价标准。
教材在这里做了一个标准梳理，从功能、材料、轻便、美观四个方面给出了评价标准，下面的省略号代表还有其他的标准，教师可以根据实际情况进行修改和细化。
班级记录单展示的是设计方案示例。学生可以在水浮式、支撑式、悬挂式指南针中选择一种进行设计。设计方案包含两个部分，分别是材料和设计图。罗列材料意在引导学生考虑材料的可行性，也为后续准备材料提供方便。设计图要求图文结合，这样可以更加科学、直观地表达设计思路。
制订方案2:在明确了评价标准后，学生开始制订指南针设计方案。教材提示从两个方面思考设计:一是如何让磁针转动更加灵活，二是如何让磁针指向更加准确。在考虑这两个方面的同时，材料的成本以及美观也囊括其中。
评估与改进:在设计结束后，对设计方案进行评估。这里的评估包含两个层次，一个是组内评估，这也可以与设计过程相结合，组内边设计边评估改进。另一个是组间评估。小组内的想法有一定的局限性，其他同学的评价，有利于进一步改进设计。工程强调迭代思维，设计、制作的过程也都需要迭代。
评估后进行改进有利于学生充分优化设计，为后续的制作奠定良好的基础。
拓展:本课结束后，学生根据设计的方案，自备材料用于下一课的制作。当然，教师也可以根据学生的实际设计情况，提供一些通用的材料，如磁针、水、碗等。
（五）教学准备
学生:记录单。
教师:教学课件。
（六）课堂教学实施建议
1.明确任务
教师展示明代宝船图片，介绍郑和七下西洋。提出问题:船在茫茫大海中航行时，依靠什么来辨别方向？教师指出指南针是我国古代四大发明之一，并出示任务:利用身边的材料，尝试设计一个小巧且指向准确的指南针。
2.制订方案
活动 1:讨论并确定自制指南针的评价标准。
组织学生讨论，针对任务目标，应该从哪些方面评价指南针的设计方案。
学生先进行小组内的头脑风暴，然后再全班交流研讨补充。根据学生的回答，梳理形成本项目的评价标准，主要从以下几个方面评价:材料、外观、功能等。当然还可以根据实际情况对评价标准进行细化或合并。确定了评价标准后，教师需要及时给出评价的量化指标，建议对每条评价标准给出三级评价指标，例如指南针材料方面，可以从材料难寻、价格高（1分），材料可找到、价格中等（2分），材料易得、价格低廉（3分）三个层级完善材料这一维度的评价标准。让学生在设计和制作过程中明确目标，也方便后续的评价操作。
活动2:小组制订指南针设计方案。
教师组织学生讨论指南针的支撑方式，有哪些方法可以让磁针灵活转动？学生先小组讨论，再全班交流。从学生的回答中，教师总结为三种方式:支撑法、水浮法和悬挂法。可以适当对三种方式的优缺点及材料准备方面给学生进行适当启发。水浮式指南针相对简单，使用浮的材料将磁针浮在水面上自由转动即可。悬挂式指南针对于悬挂平衡的要求较高，基本可以实现。支撑式指南针的支撑结构利用学生日常生活中的材料较难直接实现。这里的设计旨在鼓励学生留心观察生活，结合生活经验创造性地设计方案。当然，如果学生的基础足够好，也可以适当增加绘制设计图的要求，如线条平整、比例协调、标注说明等。在明确支撑方式后，教师组织学生讨论如何让指南针的指向更加准确。这需要给指南针增加方位盘，方位盘既可以安装在装置底部，也可以与磁针结合。有了大概的构想后，再请学生完善小组的设计方案。在给出设计方案后，教师需要讲解书写要求，例如要罗列所有需要的材料，在设计时以图文结合的方式准确说明。在设计过程中，教师要巡视，及时启发学生思考，以帮助学生解决问题。三年级的学生思维活跃，但思考缺乏系统性。本课的项目材料是开放的，学生的选择空间很大，故在设计之前建议让学生充分交流讨论，给学生足够的设计支架，让学生的方案更具可行性。
3.评估与改进
学生组内交流方案的可行性，再全班分享，可以从以下几个方面展开:①这些材料容易获得吗？②方位盘怎样和指南针主体结合？③这样设计的指南针小巧方便吗？④指南针的指向是否准确？⑤有没有优化设计方案的修改建议？让每一名学生都能提出自己的想法，每个组的设计方案都得到有效评价。教师组织学生根据评价意见调整设计方案。
4.拓展
给学生布置回家搜集指南针制作材料的任务，教师也可以准备一些通用材料，为学生的制作活动提供支持。
（七）教学评价建议
1.对学生设计的指南针设计方案，可以参考下述的评价表进行评价，如表所示。
表：指南针设计图评价表
2.自我评价从“我会倾听、我会观察、我会记录、我会表达”几个维度对自己的学习情况进行评价，如表所示。
表：“设计指南针”自我评价
项目
1分
2分
3分
得分
指南针材料
材料难寻、价格高
材料可找到、
价格中等
材料易得、价格低廉
指南针外观
外观不美观
外观较美观
外观美观
指南针功能
指示方向只有南北、磁针难以旋转
有4个指示方向、
磁针可以旋转
有8个指示方向、
磁针旋转灵敏
指南针使用
不轻巧简便
轻巧简便程度一般
轻巧简便
改进建议:
评价维度
评价内容
能做到的打“√”
我会倾听
专注聆听，理解同伴发言，尊重他人意见
我会观察
观察指南针设计图上的优缺点
我会记录
对小组同学的设计想法进行及时准确的记录
我会表达
清晰表述，能为其他组的设计提出合理建议