楊舟　田成良

摘 要：隨著新課程改革的推進(jìn)，教學(xué)從“以教育者為中心”向“以學(xué)習(xí)者為中心”轉(zhuǎn)變.在新課改的背景下，本案例將STEAM教育在物理課堂中進(jìn)行實(shí)踐.旨在以學(xué)生常見(jiàn)的問(wèn)題情境（改變臺(tái)燈的亮暗程度）入手，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的需求運(yùn)用科學(xué)方法制作滑動(dòng)變阻器，并對(duì)自制滑動(dòng)變阻器進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納出滑動(dòng)變阻器的用法.

關(guān)鍵詞：新課程改革;STEAM教育;滑動(dòng)變阻器

文章編號(hào)：1008-4134（2020）12-0027中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

常規(guī)滑動(dòng)變阻器教學(xué)為教師介紹儀器的結(jié)構(gòu)及原理，只重視對(duì)學(xué)生知識(shí)與技能的培養(yǎng)，不重視對(duì)思維和能力的培養(yǎng).STEAM教育在實(shí)施中，要求學(xué)生應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等知識(shí)來(lái)解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題，旨在培養(yǎng)懂科學(xué)技術(shù)、了解社會(huì)，善于將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于生活中的高素質(zhì)學(xué)生.STEAM教育恰好能彌補(bǔ)常規(guī)教學(xué)中存在的不足，因此將STEAM教育應(yīng)用于物理教學(xué)非常有意義.

1 STEAM教育在物理教學(xué)中應(yīng)用的必要性

學(xué)科核心素養(yǎng)[1]是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，物理核心素養(yǎng)與STEAM教育理念是統(tǒng)一的[2].STEAM教育可以讓學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)與物理有關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等問(wèn)題，有利于學(xué)生形成科學(xué)思維.STEAM教育注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題和解決問(wèn)題，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任.因此，將STEAM教育理念引入到物理教學(xué)中，有助于提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

2 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生分析

2.1 教學(xué)要求與理解

“變阻器”是北師大版義務(wù)教科書(shū)《物理》第十一章“簡(jiǎn)單電路”的重點(diǎn)內(nèi)容.本節(jié)研究的變阻器包括兩類，分別是滑動(dòng)變阻器和變阻箱.根據(jù)學(xué)生的情況，將內(nèi)容分為兩課時(shí)去講.本案例選取的是第一課時(shí)，主要內(nèi)容包括滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)、原理及用法.本課以開(kāi)發(fā)能調(diào)控臺(tái)燈亮暗程度的產(chǎn)品為主題，在STEAM教育理念指導(dǎo)下設(shè)計(jì)內(nèi)容.針對(duì)滑動(dòng)變阻器正確使用這一教學(xué)重點(diǎn)和了解滑動(dòng)變阻器結(jié)構(gòu)這一教學(xué)難點(diǎn)開(kāi)展教學(xué).教學(xué)過(guò)程中結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，把理論知識(shí)與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生根據(jù)自己的需求一步一步開(kāi)發(fā)出滑動(dòng)變阻器[3-4].

2.2 學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)習(xí)者為理工附中初中三年級(jí)學(xué)生，他們已經(jīng)具備了一定的觀察、分析、研究、歸納和概括物理現(xiàn)象以及總結(jié)物理規(guī)律的能力，但在科學(xué)探究中某些操作細(xì)節(jié)還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，還需要教師的精細(xì)指導(dǎo).學(xué)生能夠通過(guò)教師預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)操作步驟和探究思想來(lái)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度.在知識(shí)層面上，通過(guò)前面物理課的學(xué)習(xí)，已培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的濃厚興趣，而本節(jié)又含有較多有趣的物理現(xiàn)象及加入了變阻器的內(nèi)容，所以學(xué)生不會(huì)覺(jué)得本節(jié)的學(xué)習(xí)枯燥無(wú)味.

3 教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 教學(xué)目標(biāo)分析

（1）了解滑動(dòng)變阻器工作原理、結(jié)構(gòu)，能將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐.

（2）通過(guò)經(jīng)歷以問(wèn)題引領(lǐng)的方式開(kāi)發(fā)滑動(dòng)變阻器的過(guò)程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力及發(fā)散思維.

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，探究滑動(dòng)變阻器正確使用的方法，體驗(yàn)對(duì)比、歸納等科學(xué)思維方法.

（4）領(lǐng)悟團(tuán)隊(duì)協(xié)作的力量，體驗(yàn)科學(xué)、技術(shù)、生活的緊密聯(lián)系，享受物理學(xué)習(xí)中的樂(lè)趣.

3.2 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

本案例按照“情境創(chuàng)設(shè)引入問(wèn)題”“基于需求確定原理”“問(wèn)題引領(lǐng)逐步完善”“實(shí)踐檢驗(yàn)梳理規(guī)則”4個(gè)階段進(jìn)行，教學(xué)流程如圖1所示.

4 案例描述

4.1 情境創(chuàng)設(shè) 引入問(wèn)題

活動(dòng)：立足生活實(shí)際需求，提出需要解決的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考.

問(wèn)題情境：圖2為某同學(xué)家的不能調(diào)節(jié)亮暗的普通臺(tái)燈.夜晚該同學(xué)想把自己的普通臺(tái)燈由亮變暗.請(qǐng)你幫他想一個(gè)解決的方案.

學(xué)生活動(dòng)：基于生活經(jīng)驗(yàn)和物理知識(shí)，提出方案一：接入外接電阻;方案二：增減電源電壓;方案三：串聯(lián)電阻可變的器材.經(jīng)過(guò)討論多數(shù)同學(xué)認(rèn)為方案三最為合理.

設(shè)計(jì)意圖：基于生活需求創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的興趣.提出本課的主題“開(kāi)發(fā)能調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮暗的器材”，引發(fā)后續(xù)研究.

4.2 基于需求 確定原理

活動(dòng)：提供小燈泡、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電池、鉛筆芯、鎳鉻絲、康銅絲、鐵絲等實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生自選器材組裝電路，實(shí)現(xiàn)改變小燈泡的亮暗程度的目的.引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主探究的方式，確定變阻器的工作原理.

學(xué)生根據(jù)已有的物理知識(shí)和探究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變電阻材料種類、長(zhǎng)度、橫截面積等方法，來(lái)改變連入電路的電阻，進(jìn)而控制小燈泡的亮暗.學(xué)生設(shè)計(jì)電路進(jìn)行探究并展示作品.經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變導(dǎo)體長(zhǎng)度來(lái)改變電阻的方法是最佳的，從而確定變阻器原理.通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)鎳鉻絲是制作變阻器最合適的材料.

設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生為主體地位，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主探究的方式確定變阻器原理.為下一步開(kāi)發(fā)滑動(dòng)變阻器提供理論依據(jù).

4.3 問(wèn)題引領(lǐng) 逐步完善

活動(dòng)：搭建問(wèn)題階梯，用一個(gè)個(gè)小問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生逐步完善滑動(dòng)變阻器，直到開(kāi)發(fā)出性能良好的產(chǎn)品.

問(wèn)題引導(dǎo)1：鎳鉻絲太長(zhǎng)如何才能節(jié)省空間？

問(wèn)題引導(dǎo)2：如圖3（a）所示，把鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣橡膠管上有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題？怎樣解決？

問(wèn)題引導(dǎo)3：金屬絲上涂絕緣漆之后，同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)了什么問(wèn)題？怎樣解決？

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和物理知識(shí)，逐步優(yōu)化產(chǎn)品.在制作變阻器過(guò)程中，解決了前面問(wèn)題，又發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，繼續(xù)尋找解決方法，直到開(kāi)發(fā)出一個(gè)合理的、性能良好的滑動(dòng)變阻器.圖3（c）為制作變阻器的過(guò)程，圖3（d）為開(kāi)發(fā)的滑動(dòng)變阻器的照片.

問(wèn)題1：如圖3（a）所示，可以將鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣管上，以實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間的目的.

問(wèn)題2：又發(fā)現(xiàn)了緊密纏繞的金屬絲之間會(huì)相互接觸，出現(xiàn)了短路的現(xiàn)象.可以在金屬絲上涂絕緣漆，阻止它們相互接觸.

問(wèn)題3：涂絕緣漆之后，只能將金屬絲兩端接入電路無(wú)法改變金屬絲的長(zhǎng)度，不能實(shí)現(xiàn)變阻的目的.如圖3（b）所示，可以利用砂紙將金屬絲上的絕緣漆刮掉一部分.

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷開(kāi)發(fā)變阻器的過(guò)程，讓學(xué)生深刻理解變阻器是怎樣一步一步設(shè)計(jì)而成的.通過(guò)做中學(xué)的方式，讓學(xué)生更好地了解滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)和作用.

4.4 實(shí)踐檢驗(yàn) 梳理規(guī)則

活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià).啟發(fā)學(xué)生將產(chǎn)品與實(shí)驗(yàn)室的滑動(dòng)變阻器進(jìn)行對(duì)比，歸納滑動(dòng)變阻器的用法.

學(xué)生活動(dòng)1：如圖4所示，分組測(cè)試產(chǎn)品的功能及用法.按照4人一組進(jìn)行分組，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià).表1為產(chǎn)品評(píng)價(jià)表，評(píng)價(jià)規(guī)則為：不能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)小燈泡亮暗的產(chǎn)品為0分;能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能的產(chǎn)品為10分;能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能且外形美觀的產(chǎn)品為20分.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)、分組評(píng)價(jià)的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生小組合作的能力.采用對(duì)比、歸納等科學(xué)思維方法，讓學(xué)生有效地掌握了滑動(dòng)變阻器用法這一教學(xué)重點(diǎn).

5 教學(xué)反思

本課為一節(jié)講授儀器的課程，傳統(tǒng)方式僅僅由教師介紹儀器的結(jié)構(gòu)，并介紹原理，比較枯燥.一些學(xué)生上課不能集中精力，學(xué)生學(xué)過(guò)以后很快忘記，對(duì)儀器的原理理解不到位，不會(huì)使用，學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)不理想.本教學(xué)結(jié)合了STEAM教育理念，將傳統(tǒng)的授課方式改進(jìn)為讓學(xué)生動(dòng)手開(kāi)發(fā)變阻器.在教師的層層引導(dǎo)下，學(xué)生們像真正的創(chuàng)造者一樣，經(jīng)歷了發(fā)明創(chuàng)造的過(guò)程，利用科學(xué)的思維逐一解決了存在的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)小燈泡亮暗的目的.在此過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力以及嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，提升了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[5].

參考文獻(xiàn)：

[1]曾茂林.農(nóng)村初中STEAM課程本土化的策略與路徑[J].教學(xué)與管理，2020（09）：92-94.

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[3]田成良.對(duì)中學(xué)物理儀器教學(xué)的思考——談物理儀器構(gòu)造式教學(xué)研究[J].物理教學(xué)，2018，40（10）：22-24+17.

[4]李彤彤.創(chuàng)客式教學(xué)：面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學(xué)新范式[J].中國(guó)電化教育，2018（09）：40-47.

[5]郇兆鵬，朱翠芹.自制變阻器模型 實(shí)現(xiàn)教學(xué)做合一——例談全國(guó)青年教師優(yōu)課大賽一等獎(jiǎng)“變阻器”教學(xué)[J].物理教師，2017，38（08）：32-34.

（收稿日期：2020-03-10）