小學(xué)科學(xué)STEM教育案例《找重心》教學(xué)實(shí)錄與評(píng)析

陳燚

【摘 要】本案例基于STEM教育理念的引領(lǐng)，借助重力這一科學(xué)前概念，讓學(xué)生利用已有的數(shù)學(xué)知識(shí)以及一定的技術(shù)支持認(rèn)識(shí)并尋找物體的重心。通過層層遞進(jìn)的問題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物體重心的位置特點(diǎn)，并做到面對(duì)不同的問題能夠選擇最適合的方法解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);STEM;教學(xué)案例

STEM教育是近幾年最熱門的新教育方式，它的到來促進(jìn)了我國小學(xué)科學(xué)課堂的大變革。它的教育特點(diǎn)是：融合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個(gè)領(lǐng)域;以工程設(shè)計(jì)為主導(dǎo);借助已學(xué)或現(xiàn)學(xué)的各科知識(shí)與技能解決相應(yīng)問題的探究實(shí)踐活動(dòng)，為學(xué)生整體的認(rèn)識(shí)這個(gè)世界提供機(jī)會(huì)。

為了使STEM理念能有效融入小學(xué)科學(xué)課堂，我們教師的課堂教學(xué)策略也需要發(fā)生相應(yīng)的改變?！墩抑匦摹愤@節(jié)課以尋找各種圖形的重心為問題主線，借助重力這個(gè)科學(xué)前概念，通過數(shù)學(xué)幾何圖形的知識(shí)和一定技術(shù)支撐的學(xué)習(xí)和整合，最終利用多種方法找到規(guī)則與不規(guī)則圖形的重心位置。在STEM理念引領(lǐng)下的科學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生不僅掌握了科學(xué)知識(shí)，更重要的是獲得綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。

【教學(xué)過程】

教學(xué)片段一：魔術(shù)導(dǎo)入，認(rèn)識(shí)重心

1.糖盒魔術(shù)

師：為什么圓形糖盒能穩(wěn)穩(wěn)立在斜坡上呢？只要你認(rèn)真學(xué)完這堂課的內(nèi)容，你就能解釋其中的奧秘了。

2.了解重心

師：蘋果向地面下落;樹葉落到地面上;高處的水往低處流;拋高的物體落回地面。為什么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象？

生：因?yàn)榈厍蛴形Α?/p>

師：由于地球的吸引而使物體受到豎直向下的力叫作重力。

師：鉛筆受到重力作用嗎？手中的鉛筆一松手會(huì)怎樣？小組內(nèi)嘗試用一根手指頂鉛筆，使它不往下掉。

師：鉛筆保持平衡時(shí)手指頂住的位置會(huì)受到豎直向下的重力和手指頂住的力，這兩個(gè)力同時(shí)作用在這個(gè)位置上，一個(gè)往上一個(gè)往下，使它保持平衡了。我們把能使物體保持平衡的這個(gè)位置稱之為“重心”。一個(gè)物體只有一個(gè)重心。

教學(xué)片段二：多種方法，尋找重心

1.找規(guī)則物體的重心

師：老師給每一組都準(zhǔn)備了一張紙板，你能想辦法找出它的重心在哪里嗎？

生：用畫對(duì)角線的方法找到長(zhǎng)方形紙板的重心。

師：為什么想到用畫線的方法找它的重心呢？

生：猜測(cè)長(zhǎng)方形的重心就在它的中心，畫對(duì)角線就能找到它的中心點(diǎn)了。

生：我們組用對(duì)折的方法找到了圓形的重心。

師：為什么對(duì)折就可以找到圓形的重心呢？

生：因?yàn)閷?duì)折兩次后的交叉點(diǎn)就是這圓形的圓心，也就是它的重心點(diǎn)。

生：我們組是用量的方法，同樣找到了正方形的重心。

師：為什么用畫、折、量的方法找到了這些紙板的重心？

生：因?yàn)樗鼈兌际且?guī)則圖形，它們的重心正好就在中心點(diǎn)的位置。

師：除了這些方法，還有沒有其他方法找到紙板重心的？

生：我們組是直接拿鉛筆頂?shù)?，能用鉛筆頂住不掉下來的位置就是這三角形的重心點(diǎn)。

2.找不規(guī)則物體的重心

師：形狀規(guī)則的紙板重心都找到了，形狀不規(guī)則的你們能夠找到它的重心在哪里嗎？

生：用頂?shù)姆椒梢哉业剿闹匦摹?/p>

師：頂可以，不過還需要試頂好多次呢。還有其他方法嗎？畫、折能找到它的重心嗎？

生：不能，形狀不規(guī)則，這些方法找不到它的重心。

師：所有小組都用頂?shù)姆椒ㄕ业郊埌宓闹匦牧藛幔?/p>

生：L形紙板沒有找到重心。

師：有沒有方法能把所有的紙板重心都找到，而且比頂更準(zhǔn)確的呢？

（觀看教學(xué)視頻，介紹懸掛法）

師：現(xiàn)在就請(qǐng)同學(xué)們用懸掛法找出你們組不規(guī)則圖形的重心位置吧！

師：用懸掛法都找到重心了嗎？L形紙板找到了嗎？

生：原來有些物體的重心不在物體上。

師：這么多找重心的方法，你們最喜歡哪種？

師：每種方法都有它的好處，也都有它的弊端，我們應(yīng)該

學(xué)會(huì)根據(jù)不同的情況，采用相應(yīng)的最適合最方便的方法來解決問題。

教學(xué)片段三：重心位置與其穩(wěn)定性

1.揭示糖盒的秘密

師：這個(gè)形狀規(guī)則的糖盒，它的重心應(yīng)該在哪里？第一次放在斜坡上怎么樣了？第二次呢？其實(shí)第一次和第二次老師拿了兩個(gè)糖盒，它們外表一樣，區(qū)別就在里面，第一次的糖盒是空的，第二次的糖盒里面放有重物。

師：為什么放有重物的糖盒能穩(wěn)穩(wěn)的立在斜坡上呢？

師：一個(gè)物體重心位置會(huì)影響這個(gè)物體的穩(wěn)定性，重心偏下，物體更穩(wěn)定。

師：你在生活中有沒有見過類似的使重心偏下，讓物體更穩(wěn)定的例子？

2.竹簽陀螺

師：老師給大家?guī)硪粋€(gè)小玩具：竹簽陀螺，你能嘗試將竹簽陀螺立于手指上嗎？（不成功）

師：要使竹簽陀螺立在手指上，也就是要它變得更穩(wěn)定可以怎么辦？想想剛剛的糖盒是怎么變得更穩(wěn)定的？

生：想辦法讓它的重心下移。

師：老師再提供兩個(gè)橡膠塞，再次嘗試。（成功）

師：為什么在下面加上橡膠塞后，就能穩(wěn)穩(wěn)的立于手指上了呢？

生：重心下移可以使物體更平穩(wěn)。

【教學(xué)評(píng)析】

1.借助STEM實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)

STEM學(xué)習(xí)活動(dòng)，重探究，更重動(dòng)手實(shí)踐，在活動(dòng)中，教師既要保證探究的有效性，還要兼顧學(xué)生實(shí)踐能力的發(fā)展。在課前學(xué)生對(duì)“重心”的概念是很模糊的，課堂伊始，學(xué)生由尋找鉛筆的重心的方法，借助一定的數(shù)學(xué)幾何知識(shí)順理成章的找到了規(guī)則圖形的重心;面對(duì)不規(guī)則圖形這個(gè)新問題也能想到借助規(guī)則圖形中“頂”的方法多嘗試幾次來尋找;竹簽陀螺幾乎不可能立在指尖，由糖盒的魔術(shù)得到啟發(fā)，在兩腳處加上兩個(gè)重物竹簽不僅穩(wěn)穩(wěn)的站住，還能自由的轉(zhuǎn)動(dòng)起來。利用已有的數(shù)學(xué)知識(shí)、剛學(xué)的新方法、剛立的新概念來靈活應(yīng)對(duì)面臨的新問題，在這樣的STEM課堂中，學(xué)生邊學(xué)邊用，“學(xué)以致用”的需求得到很好的滿足，很大程度上激發(fā)了學(xué)生對(duì)探究更高層次知識(shí)的興趣以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

2.依據(jù)STEM教育理念，重建科學(xué)課堂結(jié)構(gòu)

新課程改革以來，以學(xué)生為主體的探究式學(xué)習(xí)方式越來越被追捧，課堂中教師任何的一個(gè)知識(shí)的灌輸都會(huì)被批判為過時(shí)的填鴨式教育方式。STEM教育理念更是倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的主動(dòng)探究活動(dòng)，不過，在STEM活動(dòng)中卻存在著很多的“灌輸”。

完整的STEM教育活動(dòng)應(yīng)該包括聚焦問題、前期研究、設(shè)計(jì)制作、修改完善、展示評(píng)價(jià)、拓展提升等環(huán)節(jié)，其中“前期研究”其實(shí)就是一種“灌輸”，包括知識(shí)的灌輸、技術(shù)的灌輸?shù)鹊??！墩抑匦摹愤@節(jié)課最重要的一個(gè)知識(shí)灌輸就是“重心”一詞，重心，在物理學(xué)上是指在重力場(chǎng)中，物體處于任何方位時(shí)所有各組成支點(diǎn)的重力的合力都通過的那一點(diǎn)。這對(duì)小學(xué)生而言無疑太過于抽象，筆者從生活現(xiàn)象出發(fā)，飄落的樹葉、掉落的蘋果、飛流直下的瀑布，提取學(xué)生腦中已有的科學(xué)前概念——重力，再由手托鉛筆尋找平衡點(diǎn)的游戲，讓學(xué)生體會(huì)到這個(gè)點(diǎn)就是這支鉛筆的近似重心，從而揭示重心的概念。這種借助學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將知識(shí)進(jìn)行類比、分類、歸納、推理，尋找它們之間的規(guī)律和聯(lián)系，形成新的科學(xué)概念。學(xué)生在建構(gòu)科學(xué)概念的過程中，探究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等都將得到應(yīng)有的發(fā)展。在STEM理念引領(lǐng)下的課堂，科學(xué)概念的建構(gòu)過程是有序且有層次的，對(duì)學(xué)生探究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都有很大的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張勇.透視課例，厘清關(guān)系——淺談小學(xué)科學(xué)概念的教學(xué)[J].新教師，2015，（06）