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        STEM理念下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索

        2020-08-10 16:37:01顧潔
        湖北教育·科學(xué)課 2020年3期
        關(guān)鍵詞:紅綠燈電路圖科學(xué)課

        顧潔

        STEM理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí),強(qiáng)調(diào)為學(xué)生提供真實(shí)生活中的情境,引導(dǎo)他們運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識,通過層層遞進(jìn)的科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)等活動,完成主題項(xiàng)目,解決生活中的實(shí)際問題,從而提高他們的思維能力和解決問題的能力。以《點(diǎn)亮紅綠燈》為例,教師從實(shí)際問題出發(fā),以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主線,以科學(xué)探究、工程設(shè)計(jì)與制作為基礎(chǔ),不斷地用問題驅(qū)動課堂教學(xué)。

        教學(xué)目標(biāo)

        本案例是圍繞教科版小學(xué)科學(xué)四年級《電》單元的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行的,指向物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域,涉及課程標(biāo)準(zhǔn)中的主要概念是:認(rèn)識電是生活和工作中常用的能量來源;了解安全用電常識;知道常用電器的工作需要一個(gè)完整的回路;知道開關(guān)的功能,能用一些基本組件連接一個(gè)簡單電路;知道有的材料容易導(dǎo)電,有的材料不容易導(dǎo)電。由此確定本案例的分科教學(xué)目標(biāo):

        科學(xué):要讓燈泡亮,必須形成一個(gè)電流的回路。開關(guān)可以用來連接或斷開電路。

        技術(shù):設(shè)計(jì)簡單開關(guān),使其可以控制一盞燈,以及紅綠燈、紅黃綠燈的亮和滅,利用電路圖解釋原理。

        工程:通過小組合作制作簡單開關(guān),并會對其進(jìn)行改進(jìn),用開關(guān)控制一盞燈,以及紅綠燈、紅黃綠燈的亮和滅,能夠根據(jù)電路圖進(jìn)行實(shí)物的連接。

        數(shù)學(xué):能借助圖形和線條準(zhǔn)確表示電路實(shí)物圖中的各部分,及電路的連接。

        本案例主要針對小學(xué)四年級學(xué)生,根據(jù)他們的知識儲備和探究能力,共安排了3個(gè)活動“點(diǎn)亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”和“做個(gè)小開關(guān)”,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計(jì)制作與測試優(yōu)化。本案例共用5課時(shí),內(nèi)容包含:點(diǎn)亮小燈泡、導(dǎo)體和絕緣體、做個(gè)小開關(guān)、設(shè)計(jì)制作紅綠燈和測試優(yōu)化紅綠燈。

        教學(xué)過程

        1.問題與聚焦

        隨著科技的發(fā)展,國內(nèi)汽車保有量已經(jīng)達(dá)到了驚人的地步,人們出行最頭疼的問題就是堵車。馬路上我們隨處可見的紅綠燈,是設(shè)置于交叉路口或一些特殊地點(diǎn),指示車輛及行人停止、注意與行進(jìn)的交通管制設(shè)施。如果沒有紅綠燈,交通的擁堵情況將無法想象,人們的出行安全也無法得到保障。那么,紅綠燈是如何做到光色訊號更換的呢?為了解決這一問題,我們開展《點(diǎn)亮紅綠燈》的項(xiàng)目式活動。

        2.活動一:點(diǎn)亮小燈泡

        四年級學(xué)生對于電路的相關(guān)知識還不是很清楚,因此,通過一系列活動幫助學(xué)生初步認(rèn)識電的本質(zhì),是他們學(xué)習(xí)制作紅綠燈的基礎(chǔ)。教師從家里或教室的電燈入手,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題:為什么閉合開關(guān),電燈就會亮呢?教師先組織學(xué)生觀察、認(rèn)識小燈泡的構(gòu)造,再引導(dǎo)他們嘗試自己點(diǎn)亮小燈泡,想辦法使小燈泡亮起來的同時(shí),用手比畫說說電流是怎么流動的,并做好記錄,用箭頭畫出電流流動的方向。

        點(diǎn)亮小燈泡的方法不止一種,教師鼓勵學(xué)生盡可能地多嘗試幾種連接方式,有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和發(fā)散思維。通過各小組的展示、匯報(bào),引導(dǎo)學(xué)生一起分析能夠點(diǎn)亮小燈泡的共同之處:只有電流流過燈絲時(shí),小燈泡才會發(fā)光。教師介紹并與學(xué)生一同總結(jié):電流從電池的正極流出,經(jīng)過導(dǎo)線到達(dá)小燈泡的一個(gè)連接點(diǎn),電流從這個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)入,經(jīng)過燈絲再從另一個(gè)連接點(diǎn)流出,經(jīng)過導(dǎo)線回到電池的負(fù)極,電流形成了回路,使小燈泡發(fā)光。

        這個(gè)活動中,學(xué)生還會學(xué)習(xí)用簡單符號畫電路圖的方法(如圖1),能借助簡單電路圖準(zhǔn)確表示電路實(shí)物圖中的各部分,及電路的連接方式,為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

        圖1? 電路實(shí)物圖和簡單電路圖

        3.活動二:導(dǎo)體和絕緣體

        這個(gè)活動中,學(xué)生在了解簡單電路的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)如何連接電路檢測器,并能利用電路檢測器正確進(jìn)行各種物質(zhì)導(dǎo)電性的檢測,認(rèn)識到有的物質(zhì)易導(dǎo)電,這樣的物質(zhì)叫作導(dǎo)體,有的物質(zhì)不易導(dǎo)電,這樣的物質(zhì)叫作絕緣體。這樣可以使學(xué)生對身邊物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識得到進(jìn)一步發(fā)展,同時(shí)加深他們對電的理解。

        活動先以“點(diǎn)亮小燈泡PK賽”導(dǎo)入,既對活動一的內(nèi)容進(jìn)行了回顧,又激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。這時(shí)教師展示用3根導(dǎo)線連接的電路(如圖2),提出問題:如果把導(dǎo)線1和導(dǎo)線2斷開后小燈泡還亮嗎?你有沒有什么辦法,在斷開的地方放個(gè)材料讓電流繼續(xù)通過,使小燈泡亮起來?學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鐵片、銅絲接入電路都能使小燈泡亮起來,說明電流能夠通過鐵片、銅絲。教師向?qū)W生介紹,像這種能夠檢測是否有電流通過的裝置叫作電路檢測器。

        活動時(shí),教師應(yīng)給學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行探究,學(xué)生分小組根據(jù)要求制訂研究計(jì)劃,通過檢測12種常見物體是否導(dǎo)電,讓他們積累經(jīng)驗(yàn)去認(rèn)識生活中的導(dǎo)體和絕緣體(見表1)。教師并沒有提供全部的12種物體,而是留一些“空白”給學(xué)生,期望學(xué)生能留心身邊的物體,讓科學(xué)回歸于生活。學(xué)生通過親身經(jīng)歷、動手操作來實(shí)施檢測步驟,并利用表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),再整理、分析并總結(jié)導(dǎo)體和絕緣體的特點(diǎn)。這也體現(xiàn)了把課堂還給學(xué)生,通過探究式學(xué)習(xí),發(fā)展他們的科學(xué)探究能力和思維能力。

        表1? “導(dǎo)體和絕緣體”的檢測記錄表

        第? ? ?小組

        [物體名稱 預(yù)測 檢測1 檢測2 檢測表明 亮 不亮 亮 不亮 亮 不亮 容易導(dǎo)電 不容易導(dǎo)電 1 銅鑰匙 2 塑料棒 3 塑料尺 4 木片 5 鐵釘 6 鋁片 7 紙板 8 玻璃棒 9 回形針 10 橡皮 11 12 ]

        最后以游戲——“玩一玩人體導(dǎo)電球”為拓展活動,全班同學(xué)手拉手,一起點(diǎn)亮導(dǎo)電球。教師提問:導(dǎo)電球亮了,說明我們?nèi)梭w是導(dǎo)體嗎?適時(shí)進(jìn)行安全用電教育。

        4.活動三:做個(gè)小開關(guān)

        教師創(chuàng)設(shè)情境:這個(gè)電路中的小燈泡一直在亮著,很浪費(fèi)電,你有什么方法可以控制小燈泡的亮和滅嗎?從而引出本活動的“主角”——小開關(guān),引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察小開關(guān),并把發(fā)現(xiàn)用“簡圖+關(guān)鍵詞”的形式記錄下來。在認(rèn)識了小開關(guān)的主要構(gòu)造及材料特點(diǎn)后,學(xué)生嘗試將小開關(guān)連接到電路中,探究它是怎樣控制電路的連接與斷開的。

        如何利用身邊的材料設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡單的小開關(guān)呢?教師提供材料:帶有鱷魚夾的導(dǎo)線、木塊、金屬環(huán)(如圖3);學(xué)生以小組合作的形式討論、設(shè)計(jì)、制作一個(gè)小開關(guān),并能用它來控制電路。制作完成后,全班展示交流,教師追問:為什么開關(guān)閉合的時(shí)候小燈泡會亮,斷開的時(shí)候小燈泡會滅?

        圖3? 做個(gè)小開關(guān)實(shí)驗(yàn)材料

        5.活動四:設(shè)計(jì)制作紅綠燈

        教師提出問題:我們能不能用開關(guān)控制兩盞燈,生活中有沒有這樣的例子?之后介紹:其實(shí)我們常見的紅綠燈就是這樣的例子。

        教師先通過設(shè)置連續(xù)的疑問,啟發(fā)學(xué)生思考:這個(gè)開關(guān)有什么樣的特點(diǎn)?要求開關(guān)連接到紅燈時(shí),紅燈亮,綠燈不亮;連接到綠燈時(shí),綠燈亮,紅燈不亮,這樣的開關(guān)應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)呢?活動三中,我們設(shè)計(jì)的控制一盞燈的開關(guān)上有兩個(gè)金屬環(huán),現(xiàn)在加了一盞燈,兩個(gè)金屬環(huán)還夠不夠?我們應(yīng)該在原來的小開關(guān)上如何改進(jìn)呢?學(xué)生在這樣頭腦風(fēng)暴式的思考中,通過小組討論,逐步形成開關(guān)的設(shè)計(jì)思路。此時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生將設(shè)計(jì)的紅綠燈的電路圖記錄下來(如圖4)。

        圖4? 紅綠燈電路圖

        接下來就是學(xué)生動手制作紅綠燈的時(shí)間了,按照設(shè)計(jì)好的電路圖,根據(jù)提供的材料進(jìn)行連接(如圖5)。學(xué)生通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn),紅燈和綠燈都分別有兩根導(dǎo)線(一紅一藍(lán)),兩根紅色的導(dǎo)線可以連接在開關(guān)的兩個(gè)金屬環(huán)上,另外一個(gè)金屬環(huán)用導(dǎo)線連接到電池的正極。為了連接方便,我們可以用一根特殊導(dǎo)線,一頭是鱷魚夾直接夾住紅燈和綠燈的兩根藍(lán)色導(dǎo)線,一頭連接到電池的負(fù)極,這樣紅綠燈的電路就連接完成了(如圖6)。

        圖5? 紅綠燈實(shí)驗(yàn)材料

        圖6? 紅綠燈電路實(shí)物連接圖

        6.活動五:測試優(yōu)化紅綠燈

        各小組對制作的紅綠燈電路進(jìn)行測試,看電路是否符合要求,并介紹是怎樣控制紅綠燈的,若未達(dá)到預(yù)設(shè)要求,繼續(xù)對電路加以改進(jìn)。

        教師提出新問題:生活中我們看到的不僅僅只有紅燈和綠燈,還有黃燈,如何對紅綠燈的電路進(jìn)行方案優(yōu)化,設(shè)計(jì)出一個(gè)開關(guān),能控制紅、黃、綠三盞燈的亮和滅呢?學(xué)生以小組為單位,先進(jìn)行電路圖的優(yōu)化,再根據(jù)提供的材料進(jìn)行實(shí)物連接(如圖7、圖8),最后進(jìn)行全班分享、交流,并對本項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例進(jìn)行總結(jié):(1)小組在設(shè)計(jì)制作過程中遇到了哪些困難?是如何解決的?(2)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例中,你們有哪些收獲和體會?(3)你對設(shè)計(jì)制作的紅黃綠燈作品還有什么改進(jìn)與優(yōu)化的建議嗎?

        圖7? 紅黃綠燈電路圖

        圖8? 紅黃綠燈實(shí)物連接圖

        7.學(xué)習(xí)評價(jià)

        評價(jià)是促進(jìn)學(xué)生成長、教師專業(yè)發(fā)展和提高課堂效率的重要手段之一,在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中是必不可少的一部分。本案例中,學(xué)習(xí)評價(jià)是貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中的,學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行自我評價(jià)(見表2)。

        教學(xué)反思

        1.著眼真實(shí)性問題

        STEM理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是對真實(shí)世界中遇到的問題進(jìn)行深入調(diào)查和學(xué)習(xí),并通過合作找出答案,這也是STEM教育和傳統(tǒng)科學(xué)教育的不同之處。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注真實(shí)情境下的“紅綠燈”并提出明確目標(biāo),促使他們積極主動地參與項(xiàng)目式學(xué)習(xí),通過解決若干個(gè)問題,最終呈現(xiàn)出完整的作品。學(xué)生在整個(gè)活動過程中,經(jīng)歷了“聚焦問題—調(diào)查分析—活動體驗(yàn)—設(shè)計(jì)與制作—測試與優(yōu)化—展示與評價(jià)”等基本步驟,這使得學(xué)生的思維能力和解決實(shí)際問題的能力得到提高。

        2.實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科教學(xué)

        STEM理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一門跨學(xué)科的整合性課程,也是一門內(nèi)容豐富的開放性課程,以提高每個(gè)學(xué)生的STEM素養(yǎng)為目標(biāo)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)與STEM教育理念是非常契合的,選擇合適的項(xiàng)目通常能將各學(xué)科要素有機(jī)融合在一起。在《點(diǎn)亮紅綠燈》中,學(xué)生需要靈活運(yùn)用各學(xué)科知識,經(jīng)歷科學(xué)探究和工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程,完成主題項(xiàng)目,從而提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。

        3.設(shè)計(jì)遞進(jìn)式活動

        STEM理念下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)不是簡單的一節(jié)課,而是需要學(xué)生通過一段時(shí)間的調(diào)查、探究、實(shí)踐來解決真實(shí)問題的一種學(xué)習(xí)方式?!饵c(diǎn)亮紅綠燈》中,教師根據(jù)學(xué)生的知識儲備和探究能力水平,先布置了“點(diǎn)亮小燈泡”“導(dǎo)體和絕緣體”和“做個(gè)小開關(guān)”3個(gè)學(xué)習(xí)活動,讓學(xué)生在由淺入深、層層遞進(jìn)的實(shí)踐中打下扎實(shí)的知識基礎(chǔ);再在此基礎(chǔ)上,引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行紅綠燈的設(shè)計(jì)制作與測試優(yōu)化,讓他們在一步步探究、一次次測試中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,最終完善方案。

        江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)星洲小學(xué)(215000)??

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