大單元視域下基于STEM課程理念的實(shí)踐

摘 要：基于STEM課程的設(shè)計(jì)理念，利用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)法，對(duì)電學(xué)單元進(jìn)行綜合教學(xué)設(shè)計(jì)。以“利用電能設(shè)計(jì)機(jī)器解決問(wèn)題”主題為脈絡(luò)，在教學(xué)中通過(guò)物理學(xué)史的滲透，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究物理問(wèn)題，并利用所學(xué)知識(shí)解決生活中的問(wèn)題，旨在提升學(xué)生的物理素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域的興趣。

關(guān)鍵詞：大單元；綜合實(shí)踐活動(dòng)；STEM課程；調(diào)光燈

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省蘇州市教育科學(xué)“十四五”課題“基于大單元的STEM課程模型的構(gòu)建與應(yīng)用研究”（課題編號(hào)：2022/LX/02/104/03）的課題成果。

作者簡(jiǎn)介：陸楚雅（1995—），女，江蘇省太倉(cāng)市沙溪第一中學(xué)。

唐曉挺（1975—），男，江蘇省太倉(cāng)市沙溪第一中學(xué)。

自新課標(biāo)發(fā)布以來(lái)，圍繞物理學(xué)與工程實(shí)踐及社會(huì)發(fā)展的研究逐漸成為熱門(mén)課題。許多學(xué)者、教師在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)與STEM課程的研究基礎(chǔ)上，提出跨學(xué)科實(shí)踐的概念。跨學(xué)科實(shí)踐適用于中小學(xué)一線教師的教學(xué)實(shí)踐，注重在單一學(xué)科課堂上融入其他學(xué)科的知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐與學(xué)習(xí)。跨學(xué)科實(shí)踐的知識(shí)體系具有系統(tǒng)化的特點(diǎn)，有助于整體構(gòu)建學(xué)科間的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

跨學(xué)科實(shí)踐與STEM課程和項(xiàng)目化學(xué)習(xí)一樣，強(qiáng)調(diào)主題式的學(xué)習(xí)，其將基本問(wèn)題作為課堂設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過(guò)表現(xiàn)性任務(wù)來(lái)考查學(xué)生對(duì)大概念的理解和解決問(wèn)題的能力。威金斯和麥克泰格指出，以活動(dòng)為導(dǎo)向的課程能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，并展現(xiàn)學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性［1］。在實(shí)際教學(xué)中，有的學(xué)生在課程結(jié)束后并未感受到項(xiàng)目的實(shí)際價(jià)值，或未能認(rèn)識(shí)到這些活動(dòng)對(duì)知識(shí)或技能學(xué)習(xí)的意義。跨學(xué)科實(shí)踐針對(duì)這一問(wèn)題做了進(jìn)一步改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解以及知識(shí)在生活情境中的遷移應(yīng)用。

一、從電學(xué)史中挖掘教育素材

（一）通過(guò)電學(xué)史創(chuàng)建教學(xué)情境

1.亮起一盞燈——從能源角度引入課程

“初識(shí)家用電器與電路”是蘇教版初中《物理》九年級(jí)上冊(cè)“電路初探”單元的第一節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)通常通過(guò)介紹日常電器的能量轉(zhuǎn)換特性以及簡(jiǎn)單電器——手電筒的電路，來(lái)探究電路的組成。在這樣的教學(xué)中，學(xué)生雖然能夠了解知識(shí)，但缺乏探究動(dòng)力。為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，我們可以換一個(gè)角度引入電學(xué)課程：古代，人們?cè)诤谝估镏饕揽繜粲驼彰?；進(jìn)入工業(yè)時(shí)代后，煤氣燈成為主要的照明工具。接著，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：如果你生活在17世紀(jì)，想尋找一種比煤氣燈更安全、更明亮的光源，你會(huì)選擇什么能源？

由此，整個(gè)電學(xué)單元便有了主題：尋找煤氣、汽油以外的優(yōu)質(zhì)能源，并利用這種能源制造機(jī)器以滿(mǎn)足人們的需求。當(dāng)教師明確地為學(xué)生提供了一個(gè)既需動(dòng)手又需動(dòng)腦的探究主題時(shí)，學(xué)生對(duì)電學(xué)的學(xué)習(xí)熱情會(huì)大大提高。在這一大主題下，課程內(nèi)容可以細(xì)分為三個(gè)子主題：制作一盞能安全發(fā)光的調(diào)光燈（學(xué)習(xí)歐姆定律和變阻器的知識(shí)）、制作三擋電熱爐（學(xué)習(xí)焦耳定律以及串并聯(lián)電路的知識(shí)）、制作手搖電風(fēng)扇（學(xué)習(xí)電與磁的知識(shí)）。這樣一來(lái)，“設(shè)計(jì)一盞調(diào)光燈”不再僅僅是一節(jié)可有可無(wú)的綜合實(shí)踐活動(dòng)課，而是貫穿整個(gè)電學(xué)單元的核心主題活動(dòng)，并作為考查學(xué)生對(duì)電學(xué)核心概念理解程度的表現(xiàn)性任務(wù)。

2.歐姆定律和變阻器

現(xiàn)在，如果要制作一盞調(diào)光燈，人們大多不會(huì)選擇白熾燈，而會(huì)選擇熒光燈或LED燈。通常情況下，LED燈主要用于低壓電源的便攜燈具，而家庭照明電路中的主流燈具則是熒光燈。為什么愛(ài)迪生制作燈泡時(shí)選擇鎢絲而不是銅絲作為燈絲？燈絲的選擇有哪些要求？為什么我們?nèi)缃裾谥鸩教蕴谉霟?？熒光燈有哪些?yōu)點(diǎn)？這些問(wèn)題都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。在選取合適的燈絲時(shí)，教師可以通過(guò)對(duì)比碳絲和鎢絲，讓學(xué)生了解燈絲需要具備的一個(gè)重要物理屬性是高熔點(diǎn)。然后，學(xué)生可以進(jìn)一步思考如何使燈絲變得更亮。

對(duì)于白熾燈WynFI85/21uAcENiaNt39VzfxIFpNJTOJsbhe6M1CDo=而言，其發(fā)光的原因是燈絲由于熱量的散發(fā)而達(dá)到白熾狀態(tài)。那么，什么樣的燈絲更容易達(dá)到白熾狀態(tài)？學(xué)生探究這個(gè)問(wèn)題，實(shí)際上也是在探究電阻的影響因素。在通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究并總結(jié)出電阻的影響因素后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用鉛筆芯制作一個(gè)簡(jiǎn)單的變阻器，用來(lái)改變電路中的電流。白熾燈很容易燒斷，那么，如何保證它安全發(fā)光呢？電路的三要素——電壓、電流、電阻之間存在什么樣的關(guān)系？學(xué)生在探索這三者之間的關(guān)系時(shí)，將理解串并聯(lián)電路的電流電壓特性以及歐姆定律的具體應(yīng)用。

二、基于UBD逆向設(shè)計(jì)框架的電學(xué)單元設(shè)計(jì)

（一）階段1——預(yù)期成果

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)創(chuàng)設(shè)一系列教學(xué)情境，不僅能夠讓學(xué)生更加深入地了解電燈行業(yè)發(fā)展的歷史，還能引導(dǎo)他們將歐姆定律相關(guān)知識(shí)學(xué)以致用，從而實(shí)現(xiàn)以大概念為核心的大單元教學(xué)目標(biāo)。在下一章中，教師可以繼續(xù)通過(guò)法拉第的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及電報(bào)的發(fā)展史創(chuàng)設(shè)物理學(xué)史情境，圍繞核心概念進(jìn)一步展開(kāi)大單元教學(xué)，同時(shí)將機(jī)械制作與物理學(xué)知識(shí)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工業(yè)技術(shù)素養(yǎng)和發(fā)明創(chuàng)造的創(chuàng)新精神。

在電學(xué)大單元中，許多物理學(xué)史中的實(shí)驗(yàn)可以在課堂上再現(xiàn)。教師沿著“電氣時(shí)代”發(fā)明家和科學(xué)家們探索電力、應(yīng)用電能進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐的脈絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，能夠幫助學(xué)生完成多項(xiàng)實(shí)物制造的表現(xiàn)性任務(wù)，提升他們的跨學(xué)科實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)，培養(yǎng)未來(lái)社會(huì)所需的創(chuàng)新型人才。

［參考文獻(xiàn)］

格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)（第二版）［M］.閆寒冰，宋雪蓮，賴(lài)平，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022.