李白靈 楊曉梅

(寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

1 引言

教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出：要積極探索STEM等新教育模式的應(yīng)用,著力提升學(xué)生能力,促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。STEM教育具有跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性等特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)解決真實(shí)問題,通過跨學(xué)科整合教學(xué)過程,強(qiáng)調(diào)知識(shí)與能力并重,重視創(chuàng)新能力培養(yǎng),注重知識(shí)的跨學(xué)科遷移及其與學(xué)習(xí)者之間的關(guān)聯(lián)。筆者在“探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的教學(xué)中,根據(jù)教學(xué)需求自制平拋運(yùn)動(dòng)演示儀，探索STEM理念與高中物理課程的融合途徑。

2 平拋運(yùn)動(dòng)演示儀的研制

2.1 儀器制作及其工作原理

本儀器是根據(jù)高中物理中平拋運(yùn)動(dòng)的教學(xué)需求制作的,用來探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律。利用串并聯(lián)電路、電磁鐵、接近開關(guān)等滿足同時(shí)性的實(shí)驗(yàn)條件,探究平拋運(yùn)動(dòng)在水平和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。利用手機(jī)拍攝功能與ScreenToGif軟件相結(jié)合，生成可顯示小球運(yùn)動(dòng)軌跡的圖片,以解決實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以觀察的問題。

該儀器的電路如圖1所示，現(xiàn)結(jié)合圖2說明其工作原理。電路由三個(gè)電磁鐵、兩只開關(guān)等組成,接通開關(guān)K1,電磁鐵C、D開始工作，分別吸住小鐵球C1、D1。斷開開關(guān)K1,電磁鐵C、D停止工作,C1、D1同時(shí)運(yùn)動(dòng)。K2是位于軌道A末端的常閉接近開關(guān),當(dāng)小鐵球運(yùn)動(dòng)至軌道A的末端時(shí)會(huì)觸發(fā)接近開關(guān),斷開支路,電磁鐵E停止工作,E1球自由下落。

圖1

圖2

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

(1)探究小球在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

把小球C1放在軌道A的水平位置上,把小球E1吸在電磁鐵E上,使兩球位于同一高度。斷開開關(guān)K1,觀察球C1、E1的運(yùn)動(dòng)情況。

(2)探究小球在水平方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

接通開關(guān)K1,使電磁鐵C、D吸附的小鐵球C1、D1距兩軌道水平部分的高度相等。斷開開關(guān)K1,觀察兩球的運(yùn)動(dòng)情況。

2.3 實(shí)驗(yàn)視頻的錄制與處理

由于小球下落時(shí)的速度較快,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以用肉眼觀察清楚,可利用智能手機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行視頻錄制、慢放，具體操作如下：

(1)將手機(jī)固定,調(diào)至“慢動(dòng)作”模式錄制視頻；

(2)把視頻導(dǎo)入電腦,打開ScreenToGif軟件,選中“編輯器功能”，在“媒體或項(xiàng)目”中打開已錄制的視頻,從視頻導(dǎo)出各幀畫面；

(3)選中小球開始運(yùn)動(dòng)的第一幀,點(diǎn)擊“圖像”插入“形狀”中的圓,之后的每一幀中都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓。根據(jù)此方法依次將小球的每一個(gè)位置標(biāo)記出來,最終生成GIF格式的圖片(圖3)。

圖3

3 基于STEM理念的“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)STEM教育的4個(gè)維度,圍繞“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”教學(xué),筆者制訂了具體的教學(xué)目標(biāo)(表1)。

表1

3.2 教學(xué)流程

筆者設(shè)計(jì)的教學(xué)流程如圖4所示。

圖4

4 結(jié)語

筆者基于STEM理念，創(chuàng)設(shè)飛機(jī)投彈的教學(xué)情境,根據(jù)教學(xué)需求設(shè)計(jì)、自制平拋運(yùn)動(dòng)演示儀，創(chuàng)新使用ScreenToGif軟件展示實(shí)驗(yàn)過程中難以觀察的現(xiàn)象,既培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,同時(shí)也提升了學(xué)生的邏輯推理能力。在教學(xué)引入和實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)充分融入了科學(xué)和工程的因素,為學(xué)生提供了更為廣闊的思考空間,提升了學(xué)生的工程思維能力,使學(xué)生能從演示儀的原理入手,熟練地將本課中有關(guān)平拋運(yùn)動(dòng)的物理原理應(yīng)用到生活情境中,提升解決實(shí)際問題的能力。