淺談STEM概念下小學(xué)科學(xué)新能源課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施

劉屹

傳統(tǒng)的新能源課程是讓學(xué)生從書(shū)本中學(xué)習(xí)知識(shí)。在STEM概念下小學(xué)科學(xué)新能源課程中，教師為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)闹谱鞑牧?，?jiān)持學(xué)生動(dòng)手“做科學(xué)”，讓學(xué)生自己探索方法和技巧，下面我將從以下幾方面詳細(xì)闡述設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程：

一、 把抽象的概念具體化

開(kāi)展新能源的實(shí)踐活動(dòng)，就必須借助新能源材料，目前太陽(yáng)能板、風(fēng)能發(fā)電模型都比較成熟，在課堂教學(xué)中可以提供給學(xué)生使用。但是像核能、氫能、地?zé)崮艿葟?fù)雜的、抽象的、難接觸到能源就必須依靠模擬實(shí)驗(yàn)的方式開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，這就需要教師把握住這些能源的核心，將抽象的概念具體化。

在執(zhí)教《核能》一課時(shí)，我開(kāi)展了碰碰球的實(shí)踐活動(dòng)，用它來(lái)模擬核聚變和核裂變。核能的概念是抽象且危險(xiǎn)的，我們不可能用真正的核能材料開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)。但是核裂變的原理是中子撞擊鈾核使其分裂產(chǎn)生能量，而核聚變的原理是氘原子核和氚原子核撞擊聚合產(chǎn)生能量。質(zhì)子和中子等微觀粒子都可以用球進(jìn)行模擬。在把握核心概念的基礎(chǔ)上，我設(shè)計(jì)了此項(xiàng)活動(dòng)。我給學(xué)生準(zhǔn)備了若干個(gè)小金屬球、若干個(gè)能打開(kāi)的塑料球。規(guī)則如下：（1）打開(kāi)塑料球，把4個(gè)小金屬球放到塑料球中，并將塑料球合并完整，稱為實(shí)驗(yàn)球。（2）用一個(gè)金屬球碰撞實(shí)驗(yàn)球，碰撞后實(shí)驗(yàn)球打開(kāi)，4個(gè)新的金屬球散落出來(lái)。并記為第1次碰撞。（3）再用所有新金屬球同時(shí)碰撞新的實(shí)驗(yàn)球，并記為第2次碰撞。以此類推。（4）每個(gè)金屬球只能碰撞一個(gè)實(shí)驗(yàn)球，然后就停止不再碰撞了。學(xué)生實(shí)踐后，引導(dǎo)學(xué)生思考如果每一次碰撞實(shí)驗(yàn)球都能產(chǎn)生能量，幾次碰撞之后，產(chǎn)生的能量該是多么驚人??！核裂變就是經(jīng)歷著這樣的過(guò)程。此時(shí)學(xué)生再以看視頻或者動(dòng)畫(huà)等形式學(xué)習(xí)核能原理，就很容易理解了，并且學(xué)生還能清楚的知道實(shí)驗(yàn)球和金屬球分別模擬的是鈾核和中子。核聚變的過(guò)程類似，不再贅述。

二、 以適合學(xué)生的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課堂教學(xué)

以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的方式組織課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。對(duì)于不同學(xué)段的學(xué)生，在項(xiàng)目的難易程度或者教學(xué)目標(biāo)的高低程度上應(yīng)該有所區(qū)別。

在四年級(jí)執(zhí)教《風(fēng)能》一課時(shí)，我開(kāi)展了讓紙條動(dòng)起來(lái)和學(xué)生設(shè)計(jì)并制作風(fēng)能小車兩個(gè)實(shí)踐活動(dòng)。四年級(jí)的學(xué)生對(duì)新能源了解還比較少，所以我需要以最快的時(shí)間聚焦問(wèn)題。首先，我出示系有紙條的鐵架臺(tái)。誰(shuí)有辦法在不接觸紙條的情況下讓三腳架上的紙條動(dòng)起來(lái)？大多數(shù)的學(xué)生都能想到用嘴吹或者用書(shū)扇。我們把風(fēng)吹物體，使其動(dòng)起來(lái)的本領(lǐng)叫做風(fēng)能。這項(xiàng)活動(dòng)雖然簡(jiǎn)單，卻將學(xué)生的注意力集中到利用風(fēng)能解決問(wèn)題上，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)風(fēng)能展開(kāi)研究。接著，通過(guò)視頻和風(fēng)能發(fā)電模型，讓學(xué)生知道風(fēng)能可以轉(zhuǎn)化成其他形式的能被人們利用。在充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生的興趣后，我出示了設(shè)計(jì)并制作能快速行駛的風(fēng)能小車的任務(wù)。提供的材料有：小車、吸管、紙、膠泥、膠條、剪刀、線、塑料布。為了公平起見(jiàn)，我們采用這種小風(fēng)扇作為風(fēng)的來(lái)源?；顒?dòng)所需要的實(shí)驗(yàn)材料都是學(xué)生熟悉的材料，能讓學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)并應(yīng)用風(fēng)能解決問(wèn)題。

同樣是《風(fēng)能》一課，在六年級(jí)執(zhí)教時(shí)，我開(kāi)展了學(xué)生設(shè)計(jì)并制作風(fēng)能發(fā)電模型的活動(dòng)。六年級(jí)的學(xué)生對(duì)風(fēng)能了解較多，學(xué)校也組織參觀過(guò)新能源基地。學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能掌握的比較好，學(xué)生動(dòng)手做的欲望很強(qiáng)烈，所以我開(kāi)展了此項(xiàng)活動(dòng)。提供的材料有二極管、馬達(dá)、導(dǎo)線、汽輪機(jī)模型、風(fēng)扇、電池、電池盒等。

同樣是風(fēng)能的教學(xué)，對(duì)于不同程度的學(xué)生，采用的教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)材料完全不同，只有這樣才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

三、 從學(xué)生工程改進(jìn)中綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)

對(duì)于簡(jiǎn)單的工程問(wèn)題，學(xué)生有明確的改進(jìn)方向，學(xué)生可以自主改進(jìn)。

在四年級(jí)《風(fēng)能》一課中，學(xué)生的任務(wù)是制作一個(gè)能快速行駛的風(fēng)能小車。我給學(xué)生提供的是卡紙、塑料布、小車等比較簡(jiǎn)單的材料。學(xué)生可以自主完成設(shè)計(jì)和制作任務(wù)。所以我給學(xué)生15分鐘的時(shí)間設(shè)計(jì)并制作，在這期間不打斷學(xué)生的思路，也不進(jìn)行匯報(bào)交流，學(xué)生能充分表達(dá)自己的想法。在制作和測(cè)試的過(guò)程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)理想和現(xiàn)實(shí)的差距。有1個(gè)小組想把塑料布做成帆的樣子固定在小車上。雖然形狀很像，但是這個(gè)組只用了一個(gè)吸管做骨架，由于塑料布比較軟，吹到帆上的風(fēng)都從兩旁吹過(guò)，沒(méi)有形成太大的阻力，導(dǎo)致小車速度很慢。我見(jiàn)此情景沒(méi)有馬上告知，而是讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自主改進(jìn)。在15分鐘之后，我先請(qǐng)小車速度最快兩組進(jìn)行匯報(bào)，然后我出示了一輛沒(méi)有很好的利用風(fēng)能的小車，讓同學(xué)們分析原因并小結(jié)出規(guī)律。最后我讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)改進(jìn)自己的小車。我發(fā)現(xiàn)這組很清楚的意識(shí)到自己的問(wèn)題，多用了2根吸管做骨架，將風(fēng)帆充分打開(kāi)并固定的很好。學(xué)生能通過(guò)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)出的規(guī)律反思交流自主改進(jìn)，說(shuō)明學(xué)生的學(xué)習(xí)效果很好。

對(duì)于復(fù)雜的工程問(wèn)題，學(xué)生沒(méi)有明確的研究方向，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)，可以幫助學(xué)生先解決一個(gè)問(wèn)題再解決一個(gè)問(wèn)題，便于學(xué)生理解。

在《太陽(yáng)能燈照亮樓道》一課中，學(xué)生的任務(wù)是在樓道中設(shè)計(jì)一個(gè)燈，保證小明能從樓下開(kāi)燈，上樓后能關(guān)燈，過(guò)一會(huì)兒媽媽也能從樓下開(kāi)燈，上樓后關(guān)燈。提出問(wèn)題后，大部分學(xué)生的反饋是在簡(jiǎn)單電路中串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)測(cè)試這種方式不行。說(shuō)明大部分學(xué)生不能一下想到解決的措施，需要采用兩步法。先組織學(xué)生解決用兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制兩個(gè)燈的亮滅問(wèn)題。有1個(gè)小組沒(méi)有想法，3個(gè)組采用兩個(gè)簡(jiǎn)單電路分別工作的方式，2個(gè)組采用兩組開(kāi)關(guān)和燈泡串聯(lián)再并聯(lián)的方式，2組采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)再串聯(lián)燈泡的方式。然后組織學(xué)生匯報(bào)時(shí)，每組都說(shuō)明自己的設(shè)計(jì)方法。如果沒(méi)有學(xué)生畫(huà)出兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制一個(gè)燈泡的電路圖，需要老師引導(dǎo)學(xué)生分析已經(jīng)呈現(xiàn)的電路圖當(dāng)中，有沒(méi)有可以簡(jiǎn)化或者公用的部分，啟發(fā)學(xué)生完成電路圖。

像這類學(xué)生沒(méi)有明確方向的改進(jìn)活動(dòng)，可以采用兩步法。教師根據(jù)學(xué)生情況，把一個(gè)大問(wèn)題拆解成多個(gè)小問(wèn)題，讓學(xué)生一步一步走，步步落實(shí)。學(xué)生解決一個(gè)問(wèn)題后，增強(qiáng)學(xué)生信心，同時(shí)又有新的問(wèn)題產(chǎn)生，繼續(xù)解決。在活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生慢慢摸索方法，像科學(xué)家一樣不斷探索，勇攀高峰，培養(yǎng)學(xué)生百折不撓的勇氣。