优秀STEAM案例 像工程师那样——做一个风向标

  从工程实践专项活动主题“今天天气怎么样？”中拓展出，“需要做个什么来测风向”的任务，让学生明确自己要解决的问题，聚焦“风向标由哪几部分所组成？”“怎么样才可以灵活转动？”等前期问题的研究，在此基础上设计处理问题的方案，在完成制作的过程中强调按图纸做，强调小组合作，最后向同伴介绍作品并演示。

  从工程实践能力培养的角度来看，本活动是螺旋上升的第一阶段，抓住工程活动的三个主要环节——明确问题、设计制作和展示分享，体验工程的核心在于设计。

  本活动主要由两部分所组成。第一部分，简介爱迪生改良灯丝的过程，说明工程师在制造产品的时候要不断地进行建模、测试和改进。正是有了这样的迭代过程，产品才能一直在优化。第二部分，未解决测量风向的问题，提出制作一个风向标的工程任务，通过前期探索、设计与制作，最终向同伴交流展示自己的作品，像工程师一样，经历“问题——设计——展示”这样一个完整的工程活动过程，学做小小工程师。

  针对二年级学生，基于学生在一年级初步体会到工程实践活动的过程，掌握了一些基础方法的情况，本册的活动与一年级上册的活动相比，对学生进行工程实践的能力有一定的要求又有了进一步的提升。在明确问题环节上，强调了要根据实际的需求确定产品。在设计制作环节，增加了考虑选材和制作步骤，强调了根据设计图纸做制作。在展示交流环节，增加了向同伴演示产品并互相进行评价的环节，逐步引入了迭代的工程思想。

  2.继续在实践中经历工程活动的三个基本环节：明确问题、设计制作和展示分享，体验像工程师那样工作；

  3.通过设计制作风向标和阅读爱迪生的故事，进一步激发学生发明创造的愿望。

  1. 很多科学技术产品给我们的生活带来了欢乐与便利，常见的有哪些，分别有什么作用？

  3. 比较早的时候它们又是怎样的呢？白炽灯能亮13小时，留声机在录音后能马上播放，录放的部件只能用几次就没用了。有声电影能让观众一边看画面一边听声音，画面与声音同步率高。这三样发明都与一个人有关系，他是谁，有谁知道吗？

  4. 发明它们的人是爱迪生。你听说过爱迪生吗？他是怎样的一个人？这一些产品是怎样被发明出来的呢？我们通过视频来了解一下爱迪生。

  【意图解析】引导学生从现实中察觉缺陷，引起学生的探究兴趣，使学生主动参与到问题探究中。

  1．像爱迪生这样人我们大家可以称他“工程师”。工程师是设计、发明、制造产品的人。

  2．爱迪生在发明改进电灯时经历了怎样的过程？（教师出示课件和视频：首先爱迪生明确了一个问题，要设计一个灯泡柔和、便宜的电灯。然后他就进入了设计阶段，他画了电灯设计图，根据设计图制作了电灯模型后，进行调试。在他不断研究后，制造出了能亮45小时的电灯。但他并没有止步于此，仍继续研究改进，最终研究出了能亮1200多小时的电灯，并投入了生产，也在世博会上展示了自己的产品。）

  【意图解析】重点阅读爱迪生改良灯丝的过程，展示工程师研究问题的过程，说明工程师在制造产品的时候要不断地进行建模、测试和改进，正是有了这样的迭代过程，产品才能一直在优化。通过提问启发学生思考，电灯的发明给我们的生活带来了哪些便利，让学生感受工程设计产品需要满足大家的需求。让学生体会工程师坚持不懈、锲而不舍的精神。

  （1）这学期，我们学习了天气的相关知识，知道了能够最终靠天气预报了解当天的天气情况。其中有个关于风的内容。这里的“南风”指的是什么意思？

  （2）生活中，我们会有想知道风向的时候。比如，航模比赛时需要随时知道风向，以便对模型做调整。风是看不见的，怎样不难得知风向呢？你有什么方法吗？生活中的哪些物体可拿来测风向？

  （3）可以做个什么样的装置来测风向？它要有什么特点？（直接指出风来的方向，且较为稳定）

  （4）我们要做的装置怎么样才可以以较为稳定的方式测风向？现在小组讨论，进行记录。

  （5）今天我们的工程挑战任务是给航模比赛设计制作一个可以测风向的装置，一个风向标。

  （7）专业的风向标是由指针、支架、底座组成。哪一部分会指示风向？（指针）风向标的头部和尾翼有啥不一样的区别？（头部小尾翼大）另外两个组成部分的作用是什么？（支架用于支撑，底座用于固定）

  （8）风向标的结构和各部分的作用对你有哪些启发？现在小组讨论，进行记录。

  （9）要使风向标的指针指示风向，我们应当怎么做呢？（让风向标的指针灵活转动）

  【意图解析】为了让学生理解工程师的工作方法，需要让学生经历一个完整的工程实践过程，重点对三个环节进行指导：明确问题、设计制作、展示交流。首先要明确问题。教师先引导学生提出问题：需要做个什么来较为稳定地测风向？然后教师创设一个真实的生活情境，引导学生明确了工程任务——给航模比赛制作一个可以测风向的装置，一个风向标。在真实情境下提出的任务会让学生更加投入。聚焦“风向标由哪几部分所组成”、“怎么样才可以灵活转动”等问题，让学生以小组讨论的形式进行前期探索，强调要根据实际的需求确定产品。

  （1）我们大家可以模仿专业的风向标，利用以下材料和工具做一个简易的风向标。这些材料和工具分别是纸、笔、硬纸片、剪刀、胶带、大头针、吸管、铅笔、橡皮泥等。我们根据刚才的研究，选择其中几个材料和工具进行设计、制作。它们能做成风向标的哪些部分呢？

  ① 考虑所用材料和制作步骤等。（注意：考虑所用材料是不是能满足任务要求。比如，技术上的难点在于“自如旋转”，教师能采用“物品启发式”策略，给学生几种旋转自如的物品，如一年级学过的带轴套的小车、实验室的小磁针等，借助现有的物品进行启发迁移，引导学生选择正真适合的材料实现“自如旋转”。）

  ② 把自己的想法画下来，和同伴进行讨论。（注意：风向标要有一个箭头的标志，风向标的头部和尾翼大小要不一样。）

  ③ 根据自己的图纸做制作。（注意：制作之后来测试。教室内可设置测试台，用风扇进行模拟测试，或者直接去室外测试。若选择在室内测试，风源最优选择柜机空调的直排风，防止风的旋转。）

  【意图解析】教师引导学生认识材料、选择材料、考虑所用材料和制作步骤、画设计图，并在制作的过程中强调按图纸做。在整一个完整的过程中强调小组合作，提升合作学习意识。

  ③ 对自己和别人的作品提出修改完善意见。（我们按什么标准来评价别人的作品？风向标指针转动是否灵活、箭头是否能准确指示风向。）

  （5）你对自己的作品还有别的要求吗？我们还可以给风向标增加一些功能，比如风向标识。你们能做到吗？

  【意图解析】向同伴演示产品并互相进行评价，然后改进设计，给作品增加功能，再次进行展示交流，逐步引入迭代的工程思想。“做个风向标”仅是专项学习的内容载体，重要的是让学生经历工程技术的全过程，对一些具体问题进行指导。切勿操之过急，影响活动的开放性。

  在中国最早的风向标有：相风飘帛：在风杆上系上布帛或长条旗用来测定风向，当时大多数都用在农事或战争。“铜凤凰”和“相风铜鸟”，是我国已知最早的观测风向的仪器，也是世界上最早的风向仪。现在的专业风向标功能更多，也更精确。

  【意图解析】 教师引导学生总结全课，巩固所学知识，回顾与梳理整节课的工程实践过程，加深学生对工程实践过程的认识。

  设计制作（认识、选择材料和工具、考虑所用材料和制作步骤、画设计图、依图制作）

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