孫慶成

[摘? ?要]文章以“自行車上的摩擦”微項(xiàng)目為例，探討如何基于STEM教育理念，在初中物理教學(xué)中開(kāi)展適合學(xué)情的校本微項(xiàng)目研究，使學(xué)生在參與項(xiàng)目研究的過(guò)程中，鞏固課本知識(shí)、獲得課外知識(shí)、提升探究能力、增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

[關(guān)鍵詞]STEM;校本;微項(xiàng)目

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）23-0040-03

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)2011年版》指出：“義務(wù)教育物理課程不僅要注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，而且還要注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力和創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神的培養(yǎng)?！?“義務(wù)教育物理課程應(yīng)注重與生產(chǎn)、生活實(shí)際及時(shí)代發(fā)展的聯(lián)系……加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系” ……而STEM教育則強(qiáng)調(diào)物理與工程、技術(shù)、數(shù)學(xué)的跨界聯(lián)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合探究、創(chuàng)新實(shí)踐的能力。實(shí)施STEM教育要求我們的教學(xué)具有實(shí)踐性、綜合性、參與性、開(kāi)放性。

蘇科版初中物理教材相對(duì)以往的教材有一個(gè)顯著的變化，就是設(shè)置了“綜合實(shí)踐活動(dòng)”。它是在一章后或數(shù)章后為學(xué)生提供的一種特別的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)。這種學(xué)習(xí)活動(dòng)具有以下特點(diǎn)：①以物理知識(shí)和科學(xué)方法為基礎(chǔ);②實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科內(nèi)綜合和跨學(xué)科綜合，與生活、技術(shù)、社會(huì)相聯(lián)系;③需要有相對(duì)全面的實(shí)踐過(guò)程（如有較為完整的課題探究或技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程）;④必修與選修的結(jié)合（所有學(xué)生都必須參與綜合實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)，但課題的數(shù)量和內(nèi)容由各組學(xué)生自己選擇）;⑤課內(nèi)與課外結(jié)合，主要任務(wù)在課外通過(guò)小組合作完成。

在日常教學(xué)過(guò)程中，考慮到教材中的“綜合實(shí)踐活動(dòng)”數(shù)量較少，項(xiàng)目課題長(zhǎng)期固定，創(chuàng)新難度大。因此有必要開(kāi)發(fā)適合學(xué)校學(xué)情的微項(xiàng)目。下面就以2018年4月開(kāi)展的微項(xiàng)目“自行車上的摩擦”為例，談一談如何開(kāi)展STEM校本微項(xiàng)目。

STEM校本微項(xiàng)目名稱：自行車上的摩擦。

活動(dòng)完成難度等級(jí)：中等。

建議教學(xué)年級(jí)：八年級(jí)。

建議課時(shí)：1課時(shí)。

[項(xiàng)目設(shè)計(jì)意圖]

摩擦力是日常生活中較為常見(jiàn)的一種力，八年級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)《摩擦力》一課后，已經(jīng)初步了解了摩擦力的分類，以及增大有益摩擦和減小有害摩擦的方法。而自行車作為學(xué)生生活中常見(jiàn)的物品，使用過(guò)程中較為集中地運(yùn)用了摩擦力的相關(guān)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)這節(jié)課，既是對(duì)所學(xué)摩擦力知識(shí)的復(fù)習(xí)與鞏固，又是對(duì)所學(xué)知識(shí)的拓展與應(yīng)用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、收集處理信息能力、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力都有很大的幫助，同時(shí)也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)、運(yùn)用物理知識(shí)的興趣和熱情。

[項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)]

1.經(jīng)歷研究“自行車上的摩擦”的過(guò)程，激發(fā)學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的熱情;

2. 經(jīng)歷利用網(wǎng)絡(luò)資源查詢、收集資料的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生信息收集處理能力;

3. 能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，初步形成用物理知識(shí)觀察、分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

[項(xiàng)目準(zhǔn)備情況]

1.器材：普通自行車一輛，連接網(wǎng)絡(luò)的筆記本電腦（或平板電腦）1～2臺(tái)。

2.學(xué)生4人一組，對(duì)日常生活中常見(jiàn)的自行車進(jìn)行觀察，了解哪些部件與摩擦力有關(guān)。對(duì)自己暫時(shí)無(wú)法解釋的現(xiàn)象，通過(guò)上網(wǎng)查詢等方式進(jìn)行自主調(diào)查。

[項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程]

首先，教師展示一輛普通自行車。

【教師】我們前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了《摩擦力》一課，初步了解了摩擦力的相關(guān)知識(shí)，課前已經(jīng)布置大家觀察生活中常見(jiàn)的自行車，現(xiàn)在你能說(shuō)出在我們?nèi)粘５尿T行中，它的哪些部件與摩擦力有關(guān)，又是如何增大或減小摩擦的嗎，請(qǐng)各小組匯總組員的意見(jiàn)后推舉代表發(fā)言。

【學(xué)生】我觀察到自行車的手柄、腳踏板、輪胎上都刻有花紋，它們都是通過(guò)增大接觸面粗糙程度來(lái)增大摩擦的。

【學(xué)生】我觀察到自行車的輪胎是圓的，是用滾動(dòng)代替滑動(dòng)來(lái)減小摩擦的，還有在車軸處的滾珠軸承也是通過(guò)滾動(dòng)代替滑動(dòng)來(lái)減小摩擦的;轉(zhuǎn)軸處要定期加潤(rùn)滑油，也是為了減小摩擦。

【學(xué)生】我們?cè)趧x車時(shí)需要用力捏閘，這是通過(guò)增大壓力的方法來(lái)增大摩擦的;腳在蹬踏板時(shí)運(yùn)用了靜摩擦力。

【教師】當(dāng)捏閘剎車時(shí)，剎車皮與車輪轂之間是什么摩擦？剎住車后，仍用力蹬車，此時(shí)剎車皮與車輪轂之間是什么摩擦？

【學(xué)生】在剎車時(shí)剎車皮與車輪轂之間是滑動(dòng)摩擦;剎住車后，仍用力蹬車，此時(shí)剎車皮與車輪轂之間是靜摩擦。

【教師】你的分析很對(duì)！說(shuō)明你不僅觀察仔細(xì)，而且對(duì)三類摩擦都能很好地區(qū)分。贊一個(gè)！

【教師】圍繞自行車的使用，大家還有什么發(fā)現(xiàn)或者疑問(wèn)嗎？

【學(xué)生】我騎公共自行車時(shí)發(fā)現(xiàn)新車把手上的橡膠套緊緊地套在把手上，這是通過(guò)增大壓力的方法來(lái)增大摩擦的，但是有的舊車上的橡膠套老化開(kāi)裂就容易脫落。

【學(xué)生】自行車有前后兩個(gè)輪子，請(qǐng)問(wèn)在騎行時(shí)它們受到的摩擦一樣嗎？

【教師】這位同學(xué)的思考很有深度，下面讓我們一起來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。

首先，把自行車的后輪支起來(lái)，轉(zhuǎn)動(dòng)腳踏板，觀察自行車是否前進(jìn);再將后輪放下，轉(zhuǎn)動(dòng)腳踏板，觀察自行車是否前進(jìn)。

【教師】通過(guò)剛才的操作，大家觀察到什么？說(shuō)明了什么？

【學(xué)生】看到自行車后輪支起后，即使轉(zhuǎn)動(dòng)也不能前進(jìn)，放下后，轉(zhuǎn)動(dòng)就能前進(jìn)了。說(shuō)明自行車是靠后輪驅(qū)動(dòng)的。

接著，在自行車的后輪下墊一些紙片，一名同學(xué)騎行。引導(dǎo)學(xué)生觀察紙片的運(yùn)動(dòng)情況。

【教師】剛才大家又觀察到什么？說(shuō)明了什么？

【學(xué)生】看到后輪下的紙片向后運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明后輪是向后“扒地”的。

【教師】剛才這位同學(xué)觀察得很仔細(xì)，在正常騎行時(shí)，自行車的后輪對(duì)地面施加向后的力，同時(shí)自行車的后輪會(huì)受到向前的摩擦力。那么前輪呢？

【學(xué)生】自行車的前輪始終是向前滾動(dòng)的，所以應(yīng)該是受到向后的滾動(dòng)摩擦力。

【教師】你分析得很好！在日常使用自行車的過(guò)程中，大家還有什么發(fā)現(xiàn)或者疑問(wèn)嗎？

【學(xué)生】我發(fā)現(xiàn)在陰雨天，道路非常濕滑，騎車時(shí)要十分小心，否則很容易摔倒，請(qǐng)問(wèn)為什么地面有水后，就變得十分滑？

【教師】路面有水后，使路面的粗糙程度大大減小，所以容易滑倒，同時(shí)需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，摩擦力大小與接觸面的“干”“濕”有一定的關(guān)系。課前有哪個(gè)小組查找過(guò)這方面的資料？請(qǐng)小組代表匯報(bào)一下。

【學(xué)生】我們小組搜索后發(fā)現(xiàn)，同樣的兩個(gè)物體接觸，濕摩擦要比干摩擦小得多，所以路面有水會(huì)大大減小輪胎與地面之間的摩擦。在轉(zhuǎn)軸處定期滴加潤(rùn)滑油，就把干摩擦改變成了半濕摩擦，使摩擦力大大減小。

【學(xué)生】我們搜索后發(fā)現(xiàn)，穿著冰鞋在冰面上溜冰，腳下的摩擦力會(huì)變得很小，那是因?yàn)楸秹涸诒嫔系臅r(shí)候，壓強(qiáng)很大使冰的熔點(diǎn)降低，會(huì)使冰面上少量的冰在瞬間化成水，冰刀和冰之間的干摩擦就變成了半濕摩擦，使摩擦力大大減小，所以運(yùn)動(dòng)員可以靈活自如地表演。你如果穿上冰鞋在水磨石地面上溜滑，即使地面像冰那樣平坦、光滑，但是由于干摩擦總也變不成半濕摩擦，冰刀依然滑動(dòng)不起來(lái)。

【教師】大家還有什么需要補(bǔ)充或者有新的問(wèn)題嗎？

【學(xué)生】我們發(fā)現(xiàn)這輛普通自行車的輪胎比較窄，而有些山地車的輪胎比較寬，請(qǐng)問(wèn)輪胎的寬與窄對(duì)摩擦力有影響嗎？

【教師】在初中階段，我們認(rèn)為在通常情況下，（剛體之間的）摩擦力的大小與接觸面積無(wú)關(guān)。但是在具體使用中，摩擦力與接觸面積還是有一定關(guān)系的，尤其是彈性材料。課前有哪個(gè)小組查找過(guò)這方面的資料？請(qǐng)小組代表匯報(bào)一下。

【學(xué)生】我們課前沒(méi)有考慮到這個(gè)問(wèn)題，還是再查詢一下資料吧。

（教師安排幾名學(xué)生利用電腦上網(wǎng)查詢。）

【學(xué)生】我們搜索后發(fā)現(xiàn)，窄的輪胎接觸地面面積小，摩擦力小，且風(fēng)阻也小，所以理論上速度快，常用于公路自行車;輪胎越寬與地面接觸面積就越大，摩擦力也就越大，不容易打滑，另外輪胎寬也更舒適一些，更適合用于山地自行車。

【學(xué)生】我們搜索后發(fā)現(xiàn)，汽車的輪胎也有許多規(guī)格，總體來(lái)說(shuō)，還是窄的輪胎摩擦阻力小、速度快，寬的輪胎摩擦阻力大，但穩(wěn)定性好，F(xiàn)1比賽用的車大多是寬胎，同時(shí)還要根據(jù)晴天和陰天選擇寬窄不同、軟硬不同的輪胎。

【教師】其他同學(xué)還有沒(méi)有新的補(bǔ)充或者問(wèn)題？

【學(xué)生】沒(méi)有了。

【教師】好。同學(xué)們，我們今天圍繞自行車上的摩擦這個(gè)話題，進(jìn)行了深入的研究和探討，我感覺(jué)同學(xué)們的觀察都很仔細(xì)，能運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行分析，對(duì)有疑問(wèn)的問(wèn)題也能利用信息技術(shù)手段查詢資料解決。希望通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，大家能在收獲知識(shí)的同時(shí)，學(xué)以致用，把收獲的知識(shí)更好地運(yùn)用到今后的生活中去。大家課后把今天的收獲整理一下，同時(shí)思考這樣一個(gè)問(wèn)題：如果沒(méi)有摩擦，騎自行車將會(huì)怎樣？

[教學(xué)反思]

1.本節(jié)課的內(nèi)容與學(xué)生的生活實(shí)際緊密結(jié)合，學(xué)生覺(jué)得很熟悉很親切。同時(shí)，學(xué)生剛剛學(xué)過(guò)《摩擦力》一課，有了一定的摩擦力知識(shí)基礎(chǔ)，因此本節(jié)課整個(gè)流程并沒(méi)有太多難點(diǎn)，主要是教師在教學(xué)過(guò)程中積極引導(dǎo)學(xué)生觀察，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋觀察到的現(xiàn)象。對(duì)一時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確解答的，教師不輕易給出解釋或做出評(píng)價(jià)，要引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主查找資料，培養(yǎng)學(xué)生收集、提取、歸納信息的能力。

2.本節(jié)課可以安排在室外進(jìn)行，多準(zhǔn)備幾種自行車，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)和探究，效果會(huì)更好;或者在課前準(zhǔn)備幾個(gè)相關(guān)探究活動(dòng)的微視頻作為補(bǔ)充。

從上述開(kāi)展的STEM校本微項(xiàng)目研究可知：

（1）STEM校本微項(xiàng)目的選題要微型化。由于初中學(xué)生所學(xué)知識(shí)較為淺顯，綜合探究能力還處于初級(jí)階段，因此選題要小，不必追求高深、前沿。如本例只對(duì)自行車上涉及摩擦的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行探究，切入點(diǎn)較小，如果改成“自行車上的物理知識(shí)”，內(nèi)容就很多， 知識(shí)點(diǎn)較為分散，探究時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)學(xué)生的要求較高，不適合初學(xué)物理的八年級(jí)學(xué)生探究。

（2）STEM校本微項(xiàng)目的選題要生活化。所選擇的探究?jī)?nèi)容必須貼近學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，切忌追求“高大上”，華而不實(shí)。如本例中學(xué)生對(duì)自行車有一定的生活體驗(yàn)，且生活中有大量可進(jìn)一步觀察、探究的各類自行車。在經(jīng)過(guò)前期教材知識(shí)的學(xué)習(xí)后，對(duì)自行車上的摩擦進(jìn)行研究，體現(xiàn)了學(xué)以致用。

（3）STEM校本微項(xiàng)目的探究?jī)?nèi)容要簡(jiǎn)單化。學(xué)生由于探究能力、時(shí)間等的限制，難以進(jìn)行繁雜的探究活動(dòng)，所以微項(xiàng)目的探究必須簡(jiǎn)單、易操作，便于全體學(xué)生參與。如本例中學(xué)生較多地運(yùn)用觀察、討論、查找資料等方式進(jìn)行探究，難度不大，學(xué)生在探究過(guò)程中較容易取得成果，獲得較強(qiáng)的成功感，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理、參與微項(xiàng)目探究活動(dòng)的興趣。

（4）STEM校本微項(xiàng)目的探究?jī)?nèi)容和方法要具有開(kāi)放性。探究?jī)?nèi)容不一定局限于物理，可以和其他學(xué)科進(jìn)行跨界綜合;要鼓勵(lì)學(xué)生“大膽猜想，小心求證”，不迷信課本、老師，敢于提出問(wèn)題、敢于爭(zhēng)辯、敢于質(zhì)疑，使每個(gè)學(xué)生都能在探究活動(dòng)中增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)、提升能力;項(xiàng)目?jī)?nèi)容和探究方式的開(kāi)放性使得單個(gè)學(xué)生難以獨(dú)立完成整個(gè)項(xiàng)目的探究，迫使各小組成員必須團(tuán)結(jié)合作，這樣才能取得較好的成果，在此過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，也培養(yǎng)了少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生的領(lǐng)袖意識(shí)，對(duì)學(xué)生日后成長(zhǎng)極為有益。

（5）STEM校本微項(xiàng)目的評(píng)價(jià)要多元。學(xué)生探究過(guò)程中難免有失誤甚至錯(cuò)誤，對(duì)此既要實(shí)事求是，又要能包容非惡意的過(guò)失。對(duì)參與的每一個(gè)成員盡可能地都要有正面、激勵(lì)性的評(píng)價(jià)。如本例中，每個(gè)小組都有研究成果，有些成員在探究過(guò)程中比較積極，做出的貢獻(xiàn)較大，有些成員由于學(xué)習(xí)意愿、學(xué)習(xí)能力、性格等因素，表現(xiàn)不夠主動(dòng)。在進(jìn)行最后總結(jié)評(píng)價(jià)時(shí)要視具體情況區(qū)別對(duì)待，分別從團(tuán)隊(duì)精神、主動(dòng)性、貢獻(xiàn)大小、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面進(jìn)行多元評(píng)價(jià)，表彰先進(jìn)、推動(dòng)后進(jìn)，力求共同前進(jìn)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]? 劉炳昇.在物理課程中設(shè)置“綜合實(shí)踐活動(dòng)”的意義和教學(xué)建議：以“蘇科版”物理教材中的綜合實(shí)踐活動(dòng)為例[J].物理之友，2015（1）：1-3+9.

[3]? 趙文超.促進(jìn)學(xué)生富有個(gè)性地學(xué)習(xí)：以蘇科版物理教材中的“綜合實(shí)踐活動(dòng)”為例[J].物理教師，2013（12）：35-37.

[4]? 曹婷婷，陳衛(wèi)春.蘇科版物理教材中“綜合實(shí)踐活動(dòng)”的設(shè)計(jì)思想與教學(xué)建議 [J].中學(xué)物理，2013（22）：65-66.

（責(zé)任編輯 易志毅）