魏羽飛 馬開春

摘要：本文先從STEM角度分析其適應物理實驗教學，并展示了“乒乓球發(fā)射器的制作，運用《自由落體運動》知識計算乒乓球速度”的課堂教學設計，然后進行了STEM課堂效果反饋并進行分析。

關鍵詞：STEM ;高中物理;實驗教學;應用策略

一、STEM適用于物理實驗教學課堂的原因分析

從課程實施角度來看，STEM教育能夠體現(xiàn)物理教學的實踐性，能夠體現(xiàn)物理規(guī)律與現(xiàn)實生活的關聯(lián)。STEM教育的理念更希望學生能夠擁有思考力，面對問題時通過對問題的分析研究，靈活運用知識來解決實際問題，這個過程有利于學生運用到自身所學知識，覺得知識是有用的。

從認知發(fā)展來看，STEM教育能促進學生思維的發(fā)展，有利于開放式思維、系統(tǒng)思維的形成。對于一個綜合問題、或?qū)嶋H生活中遇到的物理相關問題，往往看上去簡單，解決起來困難，學生解決問題的時候需要的思維層次較高。

二、案例展示

（一）實驗前介紹

1.教學地點：物理實驗室

2.教學任務：完成乒乓球發(fā)射器的制作，運用《自由落體運動》知識計算乒乓球速度。

3.教學目的：親自動手拼裝套材;解決真實情景中的物理問題;利用實際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行計算、比較，分析其誤差原因。

4.教學準備：14套拼接套材，《加油向未來》2016-9-16視頻材料，秒表，米尺。

（二）第一課時

1.教師將學生們分為14組，每組2人，每組學生發(fā)一套拼接套材。教師為學生播放央視大型科學實驗節(jié)目《加油向未來》中視頻片段，其內(nèi)容主題為：能否利用物體的重力加速度準確擊中目標？

2.具體內(nèi)容為：10米高處的一把寶劍，旁邊有一個橄欖球發(fā)球機，問：當橄欖球和寶劍同時啟動，會發(fā)生那種情況？答案有三個選項，分別為：從劍上方穿過、擊中劍、從劍的下方穿過。

3.看過視頻，此時，讓學生猜測答案為哪個選項，并展開討論。學生經(jīng)過討論過后，問題集中在：橄欖球的速度、橄欖球與劍的距離等問題上，帶著疑問，繼續(xù)觀看視頻。

4.視頻中，橄欖球的是時速為80公里每小時，與寶劍呈45度角發(fā)射，結(jié)果為正好擊中寶劍。學生發(fā)出了驚訝的感嘆，這是為什么？節(jié)目中予以粗略解答后，教師再進行講解。此種情況若動筆計算有些復雜，涉及到斜拋運動，請有興趣的同學課后利用自由落體的知識進行解答。如果以簡單的方式，由于參照物的變化，可以以寶劍為參照物。讓學生想象在寶劍的角度看橄欖球是什么運動，由于橄欖球與寶劍有相同的重力加速度，所以以他們所在的系統(tǒng)做參考系的話，不考慮空氣阻力，看到的橄欖球就直直射過來的。

（三）第二課時

1.開始上課，教師用上節(jié)課看的視頻引出此次的主題內(nèi)容：制作乒乓球發(fā)射器，并根據(jù)高度計算乒乓球的理論落地速度。

2.學生兩兩一組，開始拼接乒乓球發(fā)射器套材。

3.由于拼接需要較長時間，所以先制作完成的學生自可以已發(fā)射乒乓球玩，下節(jié)課大家統(tǒng)一計算乒乓球速度

（四）第三課時

1.開始上課，教師與學生明確此次課的主題：計算乒乓球的速度并與實際速度進行對比。

2.學生兩兩一組開始計算，先計算乒乓球的理論速度，從課桌上發(fā)射乒乓球，需要測量實驗桌高度，學生用米尺進行測量，高度為75cm。

3.學生根據(jù)課桌高度計算出乒乓球下落時間為：0.39s，豎直速度為3.83m/s，在地面測量乒乓球發(fā)射后的水平速度，水平速度每位同學都不同，測量多次計算速度平均值并記錄。

4.每組學生將發(fā)射器置于桌子上水平放置，將乒乓球上涂滿粉筆灰，一人發(fā)射乒乓球，一人用秒表計時，記錄多次計算平均值。實際實驗得到的數(shù)據(jù)與之前進行對比。

（五）第四課時

1.學生繼續(xù)整理自己的實驗數(shù)據(jù)，自己分析誤差原因，每組同學發(fā)言。

2.主要分析誤差原因來自：手動計時、空氣阻力、聲音傳播需要時間等等。

3.教師對課堂進行總結(jié)，每組同學的數(shù)據(jù)都是不同的，根據(jù)自己制作的乒乓球發(fā)射器計算出的，真實的實驗數(shù)據(jù)受很多因素影響，必然與理論數(shù)據(jù)存在誤差，在分析誤差原因過后，提問學生：我們可以做出哪些改進呢？

4.學生進行討論、思考。

5.學生答：不要開窗，同學不要走動，減少空氣阻力的影響;讓乒乓球在更高的平臺上發(fā)射，延長落地的時間會更準確;用更多皮筋發(fā)射乒乓球，讓球走更遠等等，教師鼓勵學生多多作答。

6.教師對學生答案進行合理性分析，總結(jié)課堂。

三、STEM課堂效果反饋

課堂上，學生分組進行，積極思考，在教師引導下，能夠動手計算實際問題，并主動分析誤差存在原因，課堂效果非常好。

（一）STEM融入的物理課堂與傳統(tǒng)課堂的區(qū)別

STEM融入的物理課堂與傳統(tǒng)課堂相比，最大的區(qū)別在于真實情景中的問題。以往物理課堂中提出的情景，可能是離我們現(xiàn)實生活比較遠的，而這種課就不同了，發(fā)射器也是學生自己做的，你讓他算起來，就顯得很有意義，他能通過對速度的計算，比較自己的發(fā)射器和別人的差在哪，區(qū)別在哪，也能知道理想情況和現(xiàn)實情況的差別在哪，自己分析誤差，這個很有意義。

（二）融入STEM的教育對學生發(fā)展的幫助

這個幫助，短期內(nèi)無法體現(xiàn)出來，因為我們短期內(nèi)看見的只能是成績，真正理解也行，但是背公式答題也能完成。但這對學生長期發(fā)展是有影響的，學生做過、體驗過，親手和別人搭伴解決問題，這對他未來的成長一定會有幫助，其實也是在鍛煉他與別人溝通解決問題的能力。還有一點很重要，就是他得真正思考才能發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

（三）長期性的發(fā)展對STEM教育的考量

我們可以對教學理念進行好壞的評價，但是在考察的而過程中，教師需針對小班教學，讓教師去對學生進行評價，其實目前來看并沒有相對較好的評價方式。但針對上述案例，教師可以組織學生比賽，學生通過對自身設置的發(fā)射器的調(diào)節(jié)，能夠讓乒乓球射的更遠，但這種比賽一定是要在物理教學活動之后的，也就是計算速度之后。其實課程重點在于這后面運用、計算的過程，但我們花了很多時間去準備、首先引起學生的注意，讓他先覺得我們做的事情有實際意義，再讓他計算，這樣就很容易讓他接受、對這堂課印象也會很深刻。