STEM教育背景下的項目化學(xué)習(xí)課程設(shè)計與分析

◇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，人們對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”實驗設(shè)計，探索STEM 背景下小學(xué)科學(xué)項目化學(xué)習(xí)設(shè)計模式，力圖將新教改對課程的要求落實到科學(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)計出小學(xué)科學(xué)項目化學(xué)習(xí)課程，成了小學(xué)科學(xué)教師在科學(xué)設(shè)計方面的重要任務(wù)。

一、項目化學(xué)習(xí)課程設(shè)計——以“沖上云霄”為例

（一）第一課時：問題與聚焦

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的武器裝備，其中就有頗具氣勢的火箭。問題聚焦，大家能設(shè)計制作一個“沖上云霄”的火箭嗎？

1.導(dǎo)入

引發(fā)動機：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人心的時刻吧！

激發(fā)動機：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?。?/p>

達(dá)成共識：火箭飛得又直、又高、又穩(wěn)。

制作一個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。

（二）第二課時：調(diào)查分析和活動體驗

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)生運用電腦網(wǎng)絡(luò)，對相關(guān)信息進行搜索和歸類整理，幫助學(xué)生完成第一課時布置的任務(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：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：設(shè)計與制作

此時，涉及蘇教版六年級數(shù)學(xué)知識“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，箭頭扇形的弧長要與箭身長方形的長盡可能相等。學(xué)生要根據(jù)計算預(yù)估，畫出自己小組的圖紙。

（四）第四課時：測試與優(yōu)化

1.討論研究動力

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

2.達(dá)成共識，確定動力

在教室里，可以通過擠壓2L 的飲料瓶提供給火箭動力。在測試之前，學(xué)生先思考，怎么樣進行發(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，利用空氣作為動力使火箭起飛。

3.測試空氣火箭

明確測試方案，避免出現(xiàn)課堂混亂無法控制的情況。

測試方案：小組四人每人測試一次，并觀察記錄小組火箭飛行情況。

思考：為什么會出現(xiàn)這種情況？怎樣改進？

測試結(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：為什么會這樣？

尋求對策：要想讓小火箭在空中飛行得更平穩(wěn)，可以怎樣改進？

觀察發(fā)現(xiàn)：容易發(fā)現(xiàn)制作不對稱會導(dǎo)致火箭飛行偏離、不直。

解決方案：進行適當(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)？

各個小組開始制作小組火箭的尾翼。此時學(xué)生都知道要粘貼對稱，保持中心穩(wěn)定。

（五）第五課時：展示與評價、拓展與應(yīng)用

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

評價：有的小組能夠嘗試很多種尾翼對火箭飛行的影響，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，這樣不會使火箭一飛出去就飛歪。很多小組都能通過測試，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)計中，所涉及的不同領(lǐng)域之間融合不是知識點的歸納，而是要發(fā)揮不同學(xué)科的優(yōu)勢，使科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)互為補充和促進。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；運用科學(xué)的方法觀測火箭飛行的平穩(wěn)程度；掌握制作尾翼的方法。

工程：設(shè)計“提出問題—設(shè)計方案—制作火箭—測試火箭—改進火箭”的實驗設(shè)計方案；通過添加尾翼、配重能使火箭飛行平穩(wěn)。

數(shù)學(xué)：掌握軸對稱圖形知識，制作多個相同的尾翼。

（二）設(shè)計過程

“沖上云霄”教學(xué)設(shè)計中，初次設(shè)計空氣火箭模型時，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)計大小合適的空氣火箭。當(dāng)測試發(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，結(jié)合了數(shù)學(xué)里軸對稱圖形知識、科學(xué)里重心等知識，設(shè)計出穩(wěn)定的空氣火箭。

（三）測試優(yōu)化和解決問題

“沖上云霄”教學(xué)設(shè)計中，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)歷了一個完整的制作、測試、調(diào)整的過程。

從實際設(shè)計出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實生活中尋找材料，用常見的飲料瓶提供空氣動力。通過小組測試，增加配重、尾翼，解決空氣火箭飛行不穩(wěn)的問題。整改過程都浸潤著STEM教育理念。