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        STEM教育背景下的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)與分析

        2021-12-02 20:09:06鐘鎮(zhèn)宇鄧彥興江蘇蘇州西交利物浦大學(xué)附屬學(xué)校
        小學(xué)科學(xué) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)學(xué)生

        ◇鐘鎮(zhèn)宇 邱 楓 鄧彥興(江蘇:蘇州西交利物浦大學(xué)附屬學(xué)校)

        當(dāng)今社會(huì),人們對(duì)科技的依賴(lài)程度越來(lái)越高,STEM 教育理念也已經(jīng)被引入基礎(chǔ)教育階段。本文結(jié)合“沖上云霄”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),探索STEM 背景下小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式,力圖將新教改對(duì)課程的要求落實(shí)到科學(xué)課程中去。

        在STEM 教育背景下,利用好跨學(xué)科整合的模式,設(shè)計(jì)出小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)課程,成了小學(xué)科學(xué)教師在科學(xué)設(shè)計(jì)方面的重要任務(wù)。

        一、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)——以“沖上云霄”為例

        (一)第一課時(shí):?jiǎn)栴}與聚焦

        2019年,正值中華人民共和國(guó)成立70 周年,學(xué)生觀(guān)看了盛大的閱兵儀式,大家的愛(ài)國(guó)熱情、民族自豪感油然而生。閱兵儀式上,大家看到了祖國(guó)許許多多先進(jìn)的武器裝備,其中就有頗具氣勢(shì)的火箭。問(wèn)題聚焦,大家能設(shè)計(jì)制作一個(gè)“沖上云霄”的火箭嗎?

        1.導(dǎo)入

        引發(fā)動(dòng)機(jī):觀(guān)看火箭發(fā)射視頻,2013年10月15日,是中國(guó)航天史上意義非凡的日子,神舟五號(hào)載人飛船成功發(fā)射,將航天員楊利偉成功送上太空。讓我來(lái)重溫這一激動(dòng)人心的時(shí)刻吧!

        激發(fā)動(dòng)機(jī):你有什么感受?想不想做一可以發(fā)射的火箭模型呢?

        2.確立目標(biāo)

        提問(wèn):剛剛看到視頻里面的火箭飛行有什么特點(diǎn)???

        達(dá)成共識(shí):火箭飛得又直、又高、又穩(wěn)。

        制作一個(gè)可以沖上云霄的火箭模型,需要考慮哪些方面的問(wèn)題?

        制作你們小組的火箭需要哪些材料?

        制作火箭的步驟以及注意事項(xiàng)。

        (二)第二課時(shí):調(diào)查分析和活動(dòng)體驗(yàn)

        通過(guò)自學(xué)完成調(diào)查分析,訓(xùn)練資料搜集整理和分析能力、自學(xué)能力。教師需要指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用電腦網(wǎng)絡(luò),對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行搜索和歸類(lèi)整理,幫助學(xué)生完成第一課時(shí)布置的任務(wù)。并組織交流。學(xué)生帶著任務(wù)查詢(xún)資料,交流討論制作火箭的材料。

        最終達(dá)成共識(shí):課堂上,箭頭和箭身選擇紙質(zhì)材料是最安全、最容易操作的。

        (三)第三課時(shí):設(shè)計(jì)與制作

        此時(shí),涉及蘇教版六年級(jí)數(shù)學(xué)知識(shí)“圓柱圓錐”,體現(xiàn)了STEM 教學(xué)中跨學(xué)科的內(nèi)容。學(xué)生需要知道要使箭頭和箭身能夠盡量貼合,箭頭扇形的弧長(zhǎng)要與箭身長(zhǎng)方形的長(zhǎng)盡可能相等。學(xué)生要根據(jù)計(jì)算預(yù)估,畫(huà)出自己小組的圖紙。

        (四)第四課時(shí):測(cè)試與優(yōu)化

        1.討論研究動(dòng)力

        我們?cè)诳茖W(xué)課中學(xué)到了,可以使用橡皮筋作為動(dòng)力,也可以利用氣球的反沖力作為動(dòng)力。我們的這個(gè)火箭可以利用什么作為動(dòng)力,讓它“沖上云霄”呢?學(xué)生分組討論。

        2.達(dá)成共識(shí),確定動(dòng)力

        在教室里,可以通過(guò)擠壓2L 的飲料瓶提供給火箭動(dòng)力。在測(cè)試之前,學(xué)生先思考,怎么樣進(jìn)行發(fā)射才能使我們的小火箭達(dá)到飛得“又高、又直、又穩(wěn)”這個(gè)目標(biāo)。

        確定發(fā)射方式:將飲料瓶放在平穩(wěn)的桌上,豎直向上發(fā)射,快速擠壓飲料瓶,利用空氣作為動(dòng)力使火箭起飛。

        3.測(cè)試空氣火箭

        明確測(cè)試方案,避免出現(xiàn)課堂混亂無(wú)法控制的情況。

        測(cè)試方案:小組四人每人測(cè)試一次,并觀(guān)察記錄小組火箭飛行情況。

        思考:為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況?怎樣改進(jìn)?

        測(cè)試結(jié)果:很多小組都出現(xiàn)飛行不穩(wěn)的情況,有的火箭發(fā)射出去出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的情況。

        分析原因:為什么會(huì)這樣?

        尋求對(duì)策:要想讓小火箭在空中飛行得更平穩(wěn),可以怎樣改進(jìn)?

        觀(guān)察發(fā)現(xiàn):容易發(fā)現(xiàn)制作不對(duì)稱(chēng)會(huì)導(dǎo)致火箭飛行偏離、不直。

        解決方案:進(jìn)行適當(dāng)配重,使火箭中心平穩(wěn)。

        觀(guān)察發(fā)現(xiàn):從弓箭手佩戴的箭、飛鏢的圖片上,有什么發(fā)現(xiàn)?

        各個(gè)小組開(kāi)始制作小組火箭的尾翼。此時(shí)學(xué)生都知道要粘貼對(duì)稱(chēng),保持中心穩(wěn)定。

        (五)第五課時(shí):展示與評(píng)價(jià)、拓展與應(yīng)用

        各個(gè)小組展示通過(guò)配重、安裝尾翼調(diào)整后的火箭模型。上臺(tái)分享上節(jié)課優(yōu)化與調(diào)整中遇到的問(wèn)題,并介紹是如何解決的。

        評(píng)價(jià):有的小組能夠嘗試很多種尾翼對(duì)火箭飛行的影響,并通過(guò)優(yōu)化尾翼大小、形狀得到最終的火箭模型。有的小組發(fā)現(xiàn)發(fā)射時(shí)應(yīng)該有一名同學(xué)扶著發(fā)射的飲料瓶,另一名同學(xué)負(fù)責(zé)大力擠壓飲料瓶,這樣不會(huì)使火箭一飛出去就飛歪。很多小組都能通過(guò)測(cè)試,增加配重、尾翼,解決空氣火箭飛行不穩(wěn)的問(wèn)題。

        二、案例分析

        (一)教學(xué)目標(biāo)

        “沖上云霄”課程設(shè)計(jì)中,所涉及的不同領(lǐng)域之間融合不是知識(shí)點(diǎn)的歸納,而是要發(fā)揮不同學(xué)科的優(yōu)勢(shì),使科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)互為補(bǔ)充和促進(jìn)。以下是不同學(xué)科教學(xué)目標(biāo):

        科學(xué):知道空氣可以提供相應(yīng)的動(dòng)力使火箭起飛;了解適當(dāng)?shù)呐渲鼗蛭惨砜梢詭椭鸺w行得更加平穩(wěn)。

        技術(shù):掌握制作紙質(zhì)火箭的方法;運(yùn)用科學(xué)的方法觀(guān)測(cè)火箭飛行的平穩(wěn)程度;掌握制作尾翼的方法。

        工程:設(shè)計(jì)“提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)方案—制作火箭—測(cè)試火箭—改進(jìn)火箭”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案;通過(guò)添加尾翼、配重能使火箭飛行平穩(wěn)。

        數(shù)學(xué):掌握軸對(duì)稱(chēng)圖形知識(shí),制作多個(gè)相同的尾翼。

        (二)設(shè)計(jì)過(guò)程

        “沖上云霄”教學(xué)設(shè)計(jì)中,初次設(shè)計(jì)空氣火箭模型時(shí),以STEM 課堂為載體,融合了技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程課程內(nèi)容,學(xué)生通過(guò)自主探究,設(shè)計(jì)大小合適的空氣火箭。當(dāng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)火箭飛行不平穩(wěn)后,學(xué)生發(fā)現(xiàn)增加配重、尾翼可以使火箭飛行平穩(wěn),開(kāi)始了第二次設(shè)計(jì),結(jié)合了數(shù)學(xué)里軸對(duì)稱(chēng)圖形知識(shí)、科學(xué)里重心等知識(shí),設(shè)計(jì)出穩(wěn)定的空氣火箭。

        (三)測(cè)試優(yōu)化和解決問(wèn)題

        “沖上云霄”教學(xué)設(shè)計(jì)中,學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn),火箭都是直直地升上天空,而小組制作的火箭很容易偏離。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題“怎么樣能夠使自己的火箭穩(wěn)定?”然后通過(guò)交流討論,發(fā)現(xiàn)安裝火箭尾翼、配重能夠使火箭穩(wěn)定。學(xué)生在科學(xué)課堂中,經(jīng)歷了一個(gè)完整的制作、測(cè)試、調(diào)整的過(guò)程。

        從實(shí)際設(shè)計(jì)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中尋找材料,用常見(jiàn)的飲料瓶提供空氣動(dòng)力。通過(guò)小組測(cè)試,增加配重、尾翼,解決空氣火箭飛行不穩(wěn)的問(wèn)題。整改過(guò)程都浸潤(rùn)著STEM教育理念。

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