STEM理念下高中物理校本課程的實踐
——以《電影中的物理》為例

梅宇航 鄒建平

(江蘇省鎮(zhèn)江第一中學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

1 引言

STEM教育作為跨學(xué)科教育，在融合多學(xué)科的同時更關(guān)注學(xué)科的應(yīng)用，使學(xué)生能用跨學(xué)科知識解決實際問題。電影作為一種綜合的藝術(shù)形式，蘊含了豐富的物理知識，筆者基于STEM理念，將電影資源轉(zhuǎn)化為物理課程資源，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，通過設(shè)置真實問題情境，使學(xué)生理解知識后主動去探究科學(xué)，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)、體驗科學(xué)探究過程、感受物理學(xué)的重要應(yīng)用，從而達成提高學(xué)生的核心素養(yǎng)的課程目標(biāo)。[1]

2 教學(xué)背景分析

校本課程《電影中的物理》在高二上學(xué)期開設(shè)，學(xué)生經(jīng)過一年的高中物理學(xué)習(xí)，對力學(xué)、電磁學(xué)等內(nèi)容有了初步的認(rèn)識。校本課程不需要把主要精力放在知識記憶、理解上，更加專注于知識的靈活應(yīng)用，通過對相關(guān)電影片段的討論，學(xué)習(xí)對應(yīng)的物理知識，通過課題研究形式，來處理真實的物理問題。下面以電影《國產(chǎn)凌凌漆》為例，介紹具體的實踐過程。

3 實踐活動實施

3.1 情境引入，變問題為課題

首先觀看電影《國產(chǎn)凌凌漆》，其中的一個片段是周星馳扮演的凌凌漆與女主角搭檔到貪官賴有為家追查線索，凌凌漆借助于一個內(nèi)置有彈簧的箱子直接彈過圍墻，落到院內(nèi)，學(xué)生一下子對“神箱”產(chǎn)生了濃厚的興趣。教師引導(dǎo)學(xué)生主動提出問題，經(jīng)過篩選，變成課題，即探究有沒有滿足電影中“神箱”條件的彈簧，為了更好地解決問題，教師讓學(xué)生自由分組，通過小組討論，把前期任務(wù)分解如下：

(1) 走訪五金城，調(diào)查市場上的彈簧。

(2) 查閱資料，了解彈簧的性質(zhì)。

設(shè)計意圖：通過播放相關(guān)電影片段，讓學(xué)生認(rèn)真觀看并提出自己的問題，這樣既可以吸引學(xué)生的注意力，也使得學(xué)生認(rèn)識到物理來源于生活，同時根據(jù)學(xué)生的知識儲備，依據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論，有意識地引導(dǎo)學(xué)生提出有價值的問題。有了問題，教師還應(yīng)該組織學(xué)生將問題歸類并提煉出合適的課題，針對每個小組給出研究方向。[2]

3.2 階段性總結(jié)和指導(dǎo)

學(xué)生經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場上的彈簧沒有這么大的威力，為了進一步弄清楚其中的科學(xué)原理，教師引導(dǎo)學(xué)生把重點放在彈性勢能上，從能量的視角說明“神箱”并不存在，這需要學(xué)生自己設(shè)計實驗，探究影響彈簧彈性勢能的因素，并寫出表達式。

設(shè)計意圖：去市場調(diào)研，將物理教學(xué)與生活實際聯(lián)系起來，可以讓學(xué)生充分意識到物理來源于生活，教師要注意培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的意識和能力，這也體現(xiàn)了由科學(xué)到工程的STEM理念。

3.3 實驗儀器的制作

通過小組合作，設(shè)計了實驗裝置(圖1)，主材為亞克力板，圖2為實物圖，同時為便于鋼球落點位置的檢查，可以將復(fù)寫紙鋪在底座上。本儀器用于半定量探究彈簧彈性勢能的表達式，壓縮的彈簧具有彈性勢能，在恢復(fù)形變時必然對外做功，只要求出彈力所做的功就能求出彈簧的彈性勢能，但由于彈簧彈力做功屬于非恒力做功，無法根據(jù)W=Fs直接求得，只能根據(jù)功能關(guān)系，求出彈出小球的動能，間接得到彈簧的彈性勢能，而高二學(xué)生對于平拋運動的性質(zhì)非常熟悉，知道在高度一定的情況下，水平位移與初速度成正比，這樣就變成了探究彈簧形變量Δx與平拋水平位移s之間的關(guān)系。

圖1

圖2

圖3

設(shè)計意圖：通過設(shè)計、制作實驗裝置，學(xué)生不僅加深了對物理知識的理解,更提高了他們靈活運用不同學(xué)科知識和動手操作的能力，同時在小組合作學(xué)習(xí)中制定正確的探究程序來引導(dǎo)學(xué)生強化、保持學(xué)習(xí)動力。[3]

3.4 成果匯報展示

經(jīng)過一段時間的研究，組織全班同學(xué)開展成果匯報活動，并由其他同學(xué)依據(jù)表1進行評價。

表1 活動評分表

師：就算有勁度系數(shù)為3.2×105N/m的彈簧,相信凌凌漆的身體也承受不了這么大的加速度,顯然,電影導(dǎo)演是從影片的藝術(shù)角度而不是物理學(xué)角度來處理這個片段,所以不符合物理原理也是可以原諒的。

設(shè)計意圖：校本課程和傳統(tǒng)的學(xué)科課程不同，教師除了關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果外，還應(yīng)該重視學(xué)習(xí)活動的全過程。在實際的評價活動中采用多元化評價方式，這有助于促進學(xué)生的個性發(fā)展。

4 教學(xué)實踐反思

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》聚焦學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，通過開設(shè)基于STEM理念的高中校本課程，可以轉(zhuǎn)變高中物理教學(xué)方式?！罢n內(nèi)+課外”雙課堂的運用，拓展了教學(xué)時空，促進了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，使學(xué)生面對真實的問題，主動設(shè)計實驗去尋找答案，這無疑進一步激發(fā)了學(xué)生探究的興趣，有利于在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力，[4]進而有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，成為具有良好思維品質(zhì)的新時代人才。