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

鐘鎮(zhèn)宇 邱楓 鄧彥興

當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)科技的依賴程度越來越高，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成立70周年，學(xué)生觀看了盛大的閱兵儀式，大家的愛國熱情、民族自豪感油然而生。閱兵儀式上，大家看到了祖國許許多多先進(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)：觀看火箭發(fā)射視頻，2013年10月15日，是中國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：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)課堂混亂無法控制的情況。

測(cè)試方案：小組四人每人測(cè)試一次，并觀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)？

觀察發(fā)現(xiàn)：容易發(fā)現(xiàn)制作不對(duì)稱會(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，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。很多小組都能通過測(cè)試，增加配重、尾翼，解決空氣火箭飛行不穩(wěn)的問題。

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)稱圖形知識(shí)，制作多個(gè)相同的尾翼。

（二）設(shè)計(jì)過程

“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)，開始了第二次設(shè)計(jì)，結(jié)合了數(shù)學(xué)里軸對(duì)稱圖形知識(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)問題、提出問題“怎么樣能夠使自己的火箭穩(wěn)定？”然后通過交流討論，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，用常見的飲料瓶提供空氣動(dòng)力。通過小組測(cè)試，增加配重、尾翼，解決空氣火箭飛行不穩(wěn)的問題。整改過程都浸潤(rùn)著STEM教育理念。■