STEM教育理念的初中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)

季然 楊曉輝 李燊 劉瀚文 呂立君

摘 要：知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代人才競爭異常激烈，一種創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的STEM教育理念備受關(guān)注。STEM教育是運(yùn)用跨學(xué)科整合的方式來解決現(xiàn)實(shí)問題，注重知識(shí)的遷移與融合，為單元教學(xué)提供機(jī)會(huì)。文章分析了STEM教育與單元教學(xué)的關(guān)系，以學(xué)科整合為背景運(yùn)用單元教學(xué)的方法融入STEM教育理念，最后以“浮力”為例進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行STEM教育的嘗試。

關(guān)鍵詞：STEM教育;初中物理;單元教學(xué);浮力

中圖分類號：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號：1673-260X（2022）03-0098-05

知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代人才競爭異常激烈，一種創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的STEM教育理念備受關(guān)注。STEM是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Mathematics（數(shù)學(xué)）四門學(xué)科的英文首字母的縮寫。STEM教育理念是通過多學(xué)科知識(shí)融合提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[1]。單元教學(xué)從核心內(nèi)容或核心問題出發(fā)，將零碎的知識(shí)結(jié)構(gòu)化，利用結(jié)構(gòu)化的知識(shí)解決問題。通過單元教學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，教學(xué)內(nèi)容的情境化，教學(xué)方法的多樣化，讓學(xué)生在解決生產(chǎn)生活中復(fù)雜問題時(shí)，知識(shí)不再分裂，方法不再單一。單元教學(xué)需要跨學(xué)科知識(shí)融合，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的情境問題，因此STEM教育理念的初中物理單元教學(xué)成為可能。

1 STEM教育與單元教學(xué)的關(guān)系

STEM教育雖然是以科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的英文首字母來命名，但并不是這四門學(xué)科簡單的疊加。它強(qiáng)調(diào)將不同學(xué)科零散的知識(shí)通過跨學(xué)科的整合融合成一個(gè)有機(jī)的整體。STEM教育具有跨學(xué)科性、情境性、體驗(yàn)性，設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)[2]。單元教學(xué)追求知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，在學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用跨學(xué)科思維來解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.1 明確目標(biāo)激發(fā)單元教學(xué)

單元學(xué)習(xí)前要明確目標(biāo)，不應(yīng)該是來自教材上簡單的冰冷的知識(shí)目標(biāo)。首先要對單元教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理并與STEM目標(biāo)對應(yīng)，分析教學(xué)內(nèi)容背后所蘊(yùn)含的物理方法、跨學(xué)科概念、程序性知識(shí)與反省類知識(shí)等隱性知識(shí)[3]。通過單元教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，將知識(shí)與科學(xué)素養(yǎng)素貫穿各個(gè)環(huán)節(jié)，通過教學(xué)實(shí)施聚焦于目標(biāo)的達(dá)成。

1.2 促進(jìn)單元情境教學(xué)

在物理的學(xué)習(xí)過程中無論是建立概念還是探究規(guī)律都離不開情境。STEM教育的發(fā)展是以情境作為載體，單元教學(xué)設(shè)計(jì)需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與生活或生產(chǎn)相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題情境或活動(dòng)情境，讓學(xué)生在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)和沉浸式學(xué)習(xí)中，經(jīng)歷科學(xué)探究和科學(xué)思維的認(rèn)識(shí)方式，使學(xué)生除了學(xué)會(huì)教材中的知識(shí)還進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平。

1.3 整合跨學(xué)科知識(shí)，加強(qiáng)單元教學(xué)

在解決問題時(shí)，僅僅知道一些概念和規(guī)律是不夠的，因?yàn)閷?shí)際問題大多數(shù)是綜合性的，需要在解決問題的過程中調(diào)用不同學(xué)科的知識(shí)與方法。單元教學(xué)從知識(shí)整合的角度分析，建立不同學(xué)科知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建學(xué)生自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)過程中通過學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，將不同學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通。

1.4 持續(xù)評價(jià)，完善單元教學(xué)

單元教學(xué)往往需要一段時(shí)間才能完成，有利于持續(xù)性評價(jià)。依據(jù)單元教學(xué)前設(shè)定的目標(biāo)，可以采用布魯姆的診斷性評價(jià)，過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)來時(shí)刻監(jiān)測與反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，方便及時(shí)優(yōu)化和改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

2 STEM教育理念的“浮力”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)分析與設(shè)計(jì)思路

浮力選自人教版八年級物理下冊第十章，共三節(jié)內(nèi)容。這部分內(nèi)容是“力”“運(yùn)動(dòng)和力”與“壓強(qiáng)”的進(jìn)一步延伸和綜合運(yùn)用[4]?！傲Α钡膶W(xué)習(xí)讓學(xué)生知道力的三要素以及應(yīng)用力的示意圖描述力。這為學(xué)生認(rèn)識(shí)浮力提供了基礎(chǔ)。在“運(yùn)動(dòng)和力”學(xué)習(xí)中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)了二力平衡的狀態(tài)與條件，為學(xué)生分析浮沉條件做了知識(shí)上的準(zhǔn)備。“壓強(qiáng)”的學(xué)習(xí)是從固體壓強(qiáng)—液體壓強(qiáng)—流體壓強(qiáng)，而浮力的認(rèn)識(shí)也是從液體逐步過渡到氣體，為本單元的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。將該單元的知識(shí)體系進(jìn)行梳理。浮力這一單元主要包括三個(gè)部分，包括測量浮力的大小、影響浮力大小的因素、分析浮力產(chǎn)生的原因，其中在尋找影響浮力大小因素的過程中，總結(jié)出阿基米德原理與浮沉條件。

科學(xué)探究是初中物理新課程的核心理念之一，而本單元中包括兩個(gè)重要的探究實(shí)驗(yàn)，分別是探究浮力大小跟哪些因素有關(guān)和探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系[5]。對于八年級的學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)浮力概念之前，學(xué)生在日常生活中已經(jīng)對浮力有豐富的感性認(rèn)識(shí)。并且通過力和壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備一定的科學(xué)探究能力。而這兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)側(cè)重于猜想與假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)。盡管傳統(tǒng)的浮力教學(xué)時(shí)教師會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)常常都是教師主導(dǎo)，學(xué)生并未真正經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程。我們本次的單元教學(xué)設(shè)計(jì)主要以問題為中心并融入STEM教育的工程思想，強(qiáng)化浮力在工程方面的作用和影響，針對探究實(shí)驗(yàn)將采用工程思維的方式讓學(xué)生真正的自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并布置開放性的作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力及問題解決能力的發(fā)展。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是在正式的物理教學(xué)以前，教師對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的預(yù)期設(shè)定。通過教學(xué)使得學(xué)生在知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀所要達(dá)到的預(yù)期結(jié)果。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)分析[6]，確定單元教學(xué)目標(biāo)。在知識(shí)與技能方面，科學(xué)目標(biāo)為認(rèn)識(shí)浮力，知道浮力的方向和產(chǎn)生的原因;工程目標(biāo)為知道浮沉條件;數(shù)學(xué)目標(biāo)為學(xué)會(huì)推導(dǎo)公式計(jì)算浮力;在過程與方法方面，科學(xué)目標(biāo)為使用相關(guān)器材測量浮力的大小，技術(shù)目標(biāo)為自主進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)得到浮力的大小與哪些因素有關(guān)以及浮力的大小跟排開液體所受中重力的關(guān)系，工程目標(biāo)為使用相關(guān)材料自制簡易潛水艇;在情感態(tài)度與價(jià)值觀方面，技術(shù)目標(biāo)為體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作，勇于表達(dá)自己的想法，培養(yǎng)參與探究實(shí)驗(yàn)的興趣，工程目標(biāo)為體會(huì)科學(xué)技術(shù)對生產(chǎn)和生活的重要性。

2.3 教學(xué)設(shè)計(jì)

此次將浮力單元為三個(gè)課時(shí)來完成。第一課時(shí)為感知浮力，通過創(chuàng)設(shè)工程情境—遼寧艦完成浮力的方向與浮力大小的測量的教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)STEM教育的科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)三方面;第二課時(shí)為探究浮力實(shí)驗(yàn)，本節(jié)課包括兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，分別是探究浮力大小與哪些因素有關(guān)和探究浮力的大小與排開液體所受重力的關(guān)系，教學(xué)過程中主要采用“以問題為中心”，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)STEM教育的技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)三方面;第三課時(shí)為浮力產(chǎn)生的原因，主要教學(xué)內(nèi)容為浮沉條件，讓學(xué)生能夠理解潛水艇的工作原理并自制潛水艇，充分體現(xiàn)STEM教育的特點(diǎn)。

第一課時(shí) 感知浮力教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）創(chuàng)設(shè)工程情境提出問題。

教師活動(dòng)：展示“遼寧艦”相關(guān)資料，了解遼寧艦的基本情況。遼寧艦為什么在水中不會(huì)下沉？學(xué)生活動(dòng)：因?yàn)樗畬ξ矬w有一個(gè)力的作用。

設(shè)計(jì)意圖：了解遼寧艦增強(qiáng)國家的認(rèn)同感和榮譽(yù)感?；仡櫴芰Ψ治黾岸ζ胶獾闹R(shí)。

（2）運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)，確定浮力的方向。教師活動(dòng)：我們就把這個(gè)力稱為浮力，生活還有哪些事例能夠證明浮力的存在？浮力的方向是怎么樣？

學(xué)生活動(dòng)：鴨子在水中游泳、游泳圈在水面漂浮等等。

設(shè)計(jì)意圖：引出學(xué)生對浮力方向的錯(cuò)誤前概念，為建立正確的浮力方向做準(zhǔn)備。

教師活動(dòng)：自制教具進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，小球用紅繩固定在玻璃容器底部，向玻璃容器內(nèi)倒入水，直至將小球完全浸沒。觀察小球和紅繩的狀態(tài)。大燒杯傾斜，再一次觀察。浮力方向是怎樣呢？

學(xué)生活動(dòng)：無論玻璃容器是傾斜還是水平放置，紅繩始終在豎直方向被拉直。

設(shè)計(jì)意圖：演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象打破學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲，總結(jié)出浮力的方向。

（3）自主設(shè)計(jì)測量浮力的方法。

教師活動(dòng)：力有方向還有大小。測量力的大小通常用哪個(gè)儀器？如何測量出小鐵塊的浮力？

學(xué)生活動(dòng)：先測量出小鐵塊的重力，在將鐵塊放入水中，讀出彈簧測力的示數(shù)。然后相減就是浮力。

教師活動(dòng)：準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材（彈簧測力計(jì)、鐵塊、燒杯、水、鹽水），測量小鐵塊浸沒在水中受浮力的大小。注意觀察小鐵塊浸沒過程中彈簧測力計(jì)示數(shù)的變化。

設(shè)計(jì)意圖：了解實(shí)驗(yàn)原理，利用彈簧測力計(jì)，總結(jié)出浮力的測量方法稱重法，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為接下來探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)做準(zhǔn)備。

第二課時(shí) 探究浮力實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)1：浮力的大小與哪些因素有關(guān)

（1）復(fù)習(xí)引入，提出猜想與假設(shè)。

教師活動(dòng)：回憶上一節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)物體慢慢浸沒的過程中，彈簧測力計(jì)示數(shù)怎么變化。浮力的大小和哪些因素有關(guān)呢。

學(xué)生活動(dòng)：彈簧測力計(jì)的示數(shù)越來越小。可能與物體浸沒的深度有關(guān);可能與物體浸在液體中體積有關(guān);可能與液體的密度有關(guān);可能與物體的密度有關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：回顧上一節(jié)課實(shí)驗(yàn)所觀察到現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考，喚醒學(xué)生的求知欲。

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師活動(dòng)：提供實(shí)驗(yàn)儀器（彈簧測力計(jì)、鐵塊、鋁塊、銅塊、燒杯、水、鹽水、煤油、刻度尺）學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生活動(dòng)：小組討論，發(fā)現(xiàn)浮力與多個(gè)因素有關(guān)，要采用控制變量法。浮力大小與物體的密度的關(guān)系;浮力大小與液體的密度的關(guān)系;浮力大小與物體浸入液體的體積的關(guān)系;浮力大小與物體浸沒的深度的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生根據(jù)已有的物理知識(shí)和教師提供的實(shí)驗(yàn)器材，在設(shè)計(jì)過程中感受探究的樂趣。

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)。

教師活動(dòng)：提醒學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，記錄數(shù)據(jù)。

學(xué)生活動(dòng)：選取控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生利用表格收集數(shù)據(jù)的能力。

（3）交流結(jié)果。

教師活動(dòng)：請同學(xué)們分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交流結(jié)果。

學(xué)生活動(dòng)：浮力大小與物體的密度無關(guān);與液體的密度有關(guān);與物體浸入液體體積有關(guān);與物體浸沒深度無關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：此次實(shí)驗(yàn)定性分析浮力大小與哪些因素有關(guān)，通過學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論，分享經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)合作學(xué)習(xí)的能力。

實(shí)驗(yàn)2：探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系

（1）利用阿基米德原理的故事，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。

教師活動(dòng)：引入阿基米德原理的故事，請學(xué)生利用浮力的知識(shí)幫助阿基米德解決這個(gè)難題。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生討論第一種方法將王冠和黃金放入同一種液體中，采用稱重法，計(jì)算浮力，若浮力相同就證明工匠的清白。第二種方法王冠和黃金浸沒同一液體中，收集溢出的液體，若溢出的液體的體積一樣，證明工匠的清白。

教師活動(dòng)：液體的體積容易進(jìn)行測量嗎？彈簧測力計(jì)可以直接測得質(zhì)量嗎？

學(xué)生活動(dòng)：體積不同意進(jìn)行測量，但同一種液體，密度相同，彈簧測力計(jì)測出的重力就能夠知道液體的質(zhì)量。修改實(shí)驗(yàn)方案二將王冠和黃金浸沒同一液體中，收集溢出的液體，若溢出的液體的重力一樣，證明工匠的清白。

設(shè)計(jì)意圖：利用已有的知識(shí)，尋找解決問題的方案，不斷修改實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)科學(xué)探究的能力。

（2）學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。

教師活動(dòng)：提供實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測力計(jì)，鐵塊，細(xì)線，溢水杯，小桶、水。如何測量鐵塊浮力？如何收集排開的液體？

學(xué)生活動(dòng)：稱重法測鐵塊的浮力。用小桶收集排開的液體。小組1：彈簧測力計(jì)測鐵塊的重力，將溢水杯裝滿水，把物塊放入水中，讀出彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，用小桶收集溢出的水，測出小桶和排開水的總重力將小桶中水倒出，測空桶重力。多次測量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。小組2：彈簧測力計(jì)測鐵塊的重力，將溢水杯裝滿水，把物塊放入水中，讀出彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，用小桶收集溢出的水，測出小桶和排開水的總重力，和空桶的重力，多次測量，每次測量前溢水杯中的水填滿。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

教師活動(dòng)：分享小組的實(shí)驗(yàn)步驟，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析第1組的錯(cuò)誤，第2組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在實(shí)驗(yàn)誤差，分析實(shí)驗(yàn)誤差。

學(xué)生活動(dòng)：第1組實(shí)驗(yàn)溢水杯每次測量前未填滿水，排開液體減少，導(dǎo)致排開水減少。第2組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由于小桶多次使用，內(nèi)壁有水，若忽略實(shí)驗(yàn)誤差，得到浮力的大小等于排開液體所受重力。

教師活動(dòng)：剛剛討論了物塊全部浸沒時(shí)浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系，如果物體浸入液體有部分浸入得到的結(jié)論會(huì)和浸沒一樣嗎？

學(xué)生活動(dòng)：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，填寫表格，無論是部分進(jìn)入還是全部浸沒，浮力的大小等于被它排開的液體所受的重力。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的交流合作能力。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找誤差原因，減小系統(tǒng)誤差。

教師活動(dòng)：課后結(jié)合本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容嘗試制作密度計(jì)。

設(shè)計(jì)意圖：通過小制作，不僅鞏固本節(jié)課知識(shí)還培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高物理學(xué)習(xí)的興趣。

第三課時(shí) 浮力產(chǎn)生原因教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）演示實(shí)驗(yàn)引入新課。

教師活動(dòng)：演示手堵瓶口實(shí)驗(yàn)。為什么用手掌堵住瓶口，乒乓球就可以上??？浮力產(chǎn)生的原因是什么呢？

學(xué)生活動(dòng)：乒乓球受到浮力。

設(shè)計(jì)意圖：通過趣味小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的興趣。

教師活動(dòng)：乒乓球各個(gè)面所受的浮力大小是否一樣呢？自制實(shí)驗(yàn)道具，制作長方體框架，六個(gè)面用橡皮膜連接。浸沒在水中，觀察橡皮膜的凹陷程度，并分析原因。

學(xué)生活動(dòng)：下表面的凹陷程度比上表面大。說明下表面所受壓力比上表面大。浮力產(chǎn)生原因是上下表面的壓力差導(dǎo)致的。

教師活動(dòng)：如果我們已知物體的上下表面的壓力，能否計(jì)算出物體所受浮力？

學(xué)生活動(dòng)：F浮=F下表面-F上表面

教師活動(dòng)：現(xiàn)在有幾種方法計(jì)算一個(gè)物體的浮力？

學(xué)生活動(dòng)：三種稱重法、阿基米德原理、壓力差法。教師活動(dòng)：如果一個(gè)物體在水中保持靜止?fàn)顟B(tài)，物體所受浮力是多大呢？進(jìn)行受力分析。

學(xué)生活動(dòng)：物體在水中只受重力和浮力，因?yàn)槭庆o止?fàn)顟B(tài)，所以二力平衡，重力與浮力大小相等方向相反。

設(shè)計(jì)意圖：通過分析浮力產(chǎn)生原因得出計(jì)算浮力的新方法，并和學(xué)生一起總結(jié)浮力計(jì)算方法，幫助學(xué)生及時(shí)地進(jìn)行知識(shí)的整合。

（2）了解潛水艇分析浮沉條件。

教師活動(dòng)：生活中除了像遼寧艦漂浮在水上，還有海螺可以懸浮在水中，還有一些物體可以沉入水底？這是什么原因？

學(xué)生活動(dòng)：分析水中懸浮的物體，浮力和重力相等。浮力大于重力就會(huì)上浮，浮力小于重力就會(huì)下沉。

教師活動(dòng)：能舉出哪些實(shí)例處于懸浮狀態(tài)？

學(xué)生活動(dòng)：潛水艇。

教師活動(dòng)：觀看蛟龍?zhí)栆曨l。潛水艇是怎么做到從漂浮、再下沉、再懸浮、上浮到漂浮這一過程。

學(xué)生活動(dòng)：增大或減小排開液體體積實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用生活中的實(shí)例，訓(xùn)練學(xué)生分析問題。

教師活動(dòng)：雞蛋懸浮鹽水中，如何讓它上浮和下沉？增大與減小浮力的方法？

學(xué)生活動(dòng)：改變浮力的大小。增大浮力：鹽水水中繼續(xù)加鹽;減小浮力：鹽水中加入水、增大或減小排開液體的體積，增大或減小液體的密度。

設(shè)計(jì)意圖：通過解決實(shí)際問題，總結(jié)改變浮力方法。

教師活動(dòng)：課后制作簡易的潛水艇。并繪制出潛水艇從漂浮、再下沉、再懸浮、在上浮到漂浮過程的浮力與深度的關(guān)系圖。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生制作潛水艇，對浮沉條件知識(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化，并從圖像的角度復(fù)習(xí)了浮力的知識(shí)。

3 總結(jié)

本次研究以初中物理八年級下冊“浮力”單元進(jìn)行的STEM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在為我國STEM教育理念的研究開拓新的視角，并為單元教學(xué)的發(fā)生尋找新土壤[7]，培養(yǎng)學(xué)生工程思維意識(shí)和問題解決能力。在整個(gè)的教學(xué)設(shè)計(jì)中教師主要為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供支架，創(chuàng)設(shè)問題情境，不斷提出問題，引發(fā)學(xué)生思考。本設(shè)計(jì)避免了傳統(tǒng)浮力教學(xué)中出現(xiàn)的一次性探究，實(shí)驗(yàn)方案固定無修正，對于輪船、潛水艇等僅了解原理，不涉及工程設(shè)計(jì)和工程思維等問題，讓學(xué)生在真實(shí)的問題情境中運(yùn)用工程思維，整合各學(xué)科知識(shí)解決問題，促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。對于知識(shí)的強(qiáng)化也不再采用傳統(tǒng)的習(xí)題檢測，而是讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)習(xí)知識(shí)制作密度計(jì)和潛水艇，真正進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐，解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的問題解決能力。融入STEM教育理念的物理單元教學(xué)有利于提升學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)原理，技術(shù)手段，工程思維，數(shù)學(xué)模型來解決實(shí)際問題的能力。

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參考文獻(xiàn)：

〔1〕彭敏.基于STEM教育的初中生物學(xué)選修課設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[D].湖南師范大學(xué)，2019.

〔2〕李慧慧，楊文正，許秋璇.基于STEM的小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用案例研究[J].中小學(xué)電教，2020，14（Z1）：84-87.

〔3〕王美芹，張玉峰，丁慶紅.物理單元教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵點(diǎn)突破[J].中學(xué)物理，2020，38（09）：12-15.

〔4〕中華人民共和國教育部.普通初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版（2020年版）[M].北京人民教育出版社，2020.

〔5〕朱郁華.初中科學(xué)“過程與方法”目標(biāo)的理解與設(shè)計(jì)[J].教學(xué)與管理，2011，28（22）：56-58.

〔6〕王宣頤，韓思月，尹思佳，等.基于STEM的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)研究——以“搭高塔”課程為例[J].科教導(dǎo)刊（中旬刊），2020，18（05）：141-142.

〔7〕王宏，劉麗，馬池珠.指向深度學(xué)習(xí)的STEM教育探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（03）：108-113.