用STEM教育理念實(shí)施科學(xué)教學(xué)

夏敏軍

STEM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生合作交流、批判性思維、實(shí)踐創(chuàng)新以及解決真實(shí)問題的能力。《玩“潛水艇”》一課的設(shè)計以STEM教育理念為指引，以制作一個“浮沉子”為實(shí)施項目，學(xué)生在完成項目任務(wù)的過程中分析出現(xiàn)的問題，并嘗試進(jìn)行解釋和改進(jìn)制作方法，以達(dá)成完成項目任務(wù)的目標(biāo)。本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：探究并了解潛水艇沉浮的秘密;能在現(xiàn)實(shí)的問題情境中不斷嘗試，找到解決問題的方法;在團(tuán)隊工作中相互合作，完成挑戰(zhàn)任務(wù)。

教學(xué)片段一：制作一個自由沉浮的“浮沉子”

師：老師給每個小組都準(zhǔn)備了制作材料，希望你們通過自己的努力，成功制作一個“浮沉子”，讓我們進(jìn)入任務(wù)一（教師出示任務(wù)一及要求）。

[任務(wù)一：制作一個自由沉浮的“浮沉子”

材料：滴管、螺帽、空瓶、水槽、燒杯、水、抹布

時間：8分鐘

要求：

1.小組討論，完成制作。

2.在規(guī)定時間內(nèi)，可以向成功的小組請教。

3.制作成功后，小組內(nèi)交流成功的經(jīng)驗。

4.時間到，立即停止制作，做好交流的準(zhǔn)備。]

師：下面請組長領(lǐng)取材料開始制作。

（學(xué)生分小組合作，教師巡視指導(dǎo)。）

師：時間到了，請成功的小組舉手示意。

（有兩個小組沒有舉手。）

師：沒關(guān)系，讓我們一起來分析原因。你們沒有成功，到底出現(xiàn)了什么問題？

生：我們組的“浮沉子”一直浮在上面，怎么擠壓瓶子，它也下不去。

生：我們組的“浮沉子”一直沉在水底，怎么也上不來。

師：其他組遇到過這個問題嗎？你們是怎么解決的？

生：我們也遇到了這種現(xiàn)象，經(jīng)過多次調(diào)整解決了這個問題。

師：你們是怎么做的？快把成功的秘訣告訴大家吧！

生：“浮沉子”浮在水面上是因為滴管里的水太少，需要將滴管里多吸些水;“浮沉子”沉在水底上不來，是因為滴管里的水太多了，需要擠掉一些。

師：你的意思是要成功制作一個“浮沉子”，關(guān)鍵是要控制滴管里的水量。老師這里有一張圖片，你們覺得哪一種情況下的浮沉子能夠自由地沉?。ㄈ鐖D1）？

生：B“浮沉子”能夠自由沉浮。A滴管里的水太少了，會一直浮著;C滴管中的水太多了，會一直沉著。

師：真棒！還有哪個同學(xué)來說說，在制作過程中你們還遇到了什么問題？

生：我們在制作時，發(fā)現(xiàn)瓶子上有個小孔，一擠壓，水就往外冒，“浮沉子”也不能沉下去，換了一個好的瓶子后，就成功了。

師：那個小孔是老師有意戳的，看來制作“浮沉子”對密封性也是有要求的。請沒有成功的小組再次進(jìn)行制作。

（不成功的兩個小組再次制作。）

設(shè)計意圖：制作“浮沉子”的環(huán)節(jié)一改常態(tài)，不再是傳統(tǒng)的先討論，弄清制作方法，然后進(jìn)行制作。整個過程通過任務(wù)式的活動推進(jìn)，即教師只出示需要完成的任務(wù)和不涉及具體制作流程的要求，讓學(xué)生圍繞任務(wù)的完成而自主進(jìn)行活動。這樣設(shè)計的目的是將課堂完全交給學(xué)生，以任務(wù)完成為抓手培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識和在現(xiàn)實(shí)的問題情境中不斷嘗試，獲取解決問題的方法。在活動中，教師有意識地對材料進(jìn)行“破壞”，讓學(xué)生對“浮沉子”成功制作的條件加深認(rèn)識。

教學(xué)片段二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

師：同學(xué)們真棒！在這么短的時間內(nèi)就成功制作出一個能自由沉浮的“浮沉子”，老師為你們點(diǎn)贊?？赡銈冎馈案〕磷印睘槭裁茨軌蜃杂沙粮幔空埓蠹曳中〗M討論一下。

（學(xué)生討論，教師巡視。）

師：哪個小組的同學(xué)愿意說一說？

生：我們組認(rèn)為“浮沉子”的沉浮與瓶中的氣壓有關(guān)。擠壓時，瓶中的空氣壓力增加，于是將“浮沉子”壓到了水底。

生：我們組認(rèn)為與滴管中的水量有關(guān)。擠壓瓶子時，滴管中的水量會增加，“浮沉子”變重了，于是就下沉了;松開手，滴管中的水量恢復(fù)正常，“浮沉子”變輕了，于是就浮上去了。

師：同學(xué)們說得都有道理，讓我們繼續(xù)下面的任務(wù)，去解開這一秘密吧！（教師出示任務(wù)二及要求）

[任務(wù)二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

時間：8分鐘

要求：

1.小組內(nèi)再次操作“浮沉子”，仔細(xì)觀察塑料瓶中滴管內(nèi)水量的變化。

2.嘗試用簡易圖將“浮沉子”浮和沉的兩種情況畫下來。

3.在小組內(nèi)根據(jù)簡易圖嘗試解釋“浮沉子”沉浮自如的原因。]

師：同學(xué)們，自己先輕聲把任務(wù)和要求讀一讀，然后根據(jù)要求完成任務(wù)，記錄紙在抽屜里。

（學(xué)生輕聲朗讀任務(wù)和要求，然后開始操作，教師巡視指導(dǎo)。）

師：哪個組愿意結(jié)合簡易圖展示一下本組的發(fā)現(xiàn)？

生：我們組發(fā)現(xiàn)，一開始“浮沉子”浮在水面，當(dāng)擠壓瓶壁時，“浮沉子”中的水量變多了，重量變大了，就下沉了。我們的發(fā)現(xiàn)是“浮沉子”的浮沉與自身的重量有關(guān)系。

師：真棒！其他人也有這樣的發(fā)現(xiàn)嗎？

生：有！

師：讓我們通過動畫來回顧一下。

（教師用動畫演示“浮沉子”的沉與浮的過程。）

師：老師還有兩個問題，一是“浮沉子”中的水為什么會變多？二是“浮沉子”在沉浮的過程中，重量是變化的，那么不變的是什么？

生：“浮沉子”中的水變多，是因為擠壓瓶壁時，水會從“浮沉子”下面的小孔中流進(jìn)去，水就變多了。在沉浮的過程中“浮沉子”的重量在改變，大小并沒有改變。

師：你所說的大小沒改變，在科學(xué)上的描述就是體積不變。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)的任務(wù)是探究“浮沉子”沉浮自如的秘密，在探究過程中的畫簡易圖是亮點(diǎn)。沉、浮兩種狀態(tài)下簡易圖的繪制，讓學(xué)生的觀察直指影響沉浮的原因，再通過兩種狀態(tài)下的對比促使學(xué)生認(rèn)識到其沉浮的根本原因是“浮沉子”中水量的變化。

教學(xué)片段三：了解潛水艇沉浮的原因

師：同學(xué)們，你們想知道潛水艇是如何實(shí)現(xiàn)沉與浮的嗎？

生：想！

師：讓我們通過一段視頻了解一下。

（教師播放視頻：《潛水艇沉浮的秘密》。）

師：你們看懂了什么？

生：通過視頻，我知道了潛水艇也是靠改變自身的重量來實(shí)現(xiàn)沉與浮的。

生：我知道了潛水艇的水艙裝滿水，重量增加，就下沉了;將水艙中的水排出去，重量減小，就浮上來了。

師：同學(xué)們真棒！

設(shè)計意圖：此環(huán)節(jié)安排學(xué)生觀看視頻《潛水艇沉浮的秘密》，加深了他們對影響物體沉浮因素的認(rèn)識，即體積不變時，物體的重量增加會導(dǎo)致其下沉，物體的重量減小會導(dǎo)致其上浮。

教學(xué)反思

1.鼓勵學(xué)生不斷嘗試，獲取解決問題的方法

在制作“浮沉子”的過程中，學(xué)生先后經(jīng)歷了好幾個問題，如“浮沉子”一直浮在水面沉不下去，或一直沉在水底浮不上來等。碰到這些問題，教師在巡視的過程中并不給予指導(dǎo)，而是鼓勵學(xué)生不斷地嘗試，在嘗試的過程中獲取解決問題的方法。大部分小組的學(xué)生在不斷的嘗試中尋找到了“浮沉子”能夠自由沉浮的關(guān)鍵因素，那就是滴管中水量的多少。整個任務(wù)的完成，教師有意識的“放”為的是培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和解決實(shí)際問題的能力，從而提升他們的思維能力。

2.實(shí)施對比觀察記錄，夯實(shí)科學(xué)概念的建構(gòu)

在完成探究“浮沉子”沉浮自如的秘密這一任務(wù)中，教師要求學(xué)生在再次操作、觀察的基礎(chǔ)之上畫出“浮沉子”浮和沉兩種情況的簡易圖并嘗試進(jìn)行解釋。更為重要的是，學(xué)生在繪制沉和浮的簡易圖的過程中，明白了影響“浮沉子”沉浮的主要原因，這為后續(xù)的科學(xué)概念的建構(gòu)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。所以說正是因為對比性的觀察記錄和后續(xù)的交流，學(xué)生關(guān)于影響“浮沉子”沉浮原因的認(rèn)識更加深刻了。

江蘇省如皋市教師發(fā)展中心（226500）