STEM教育理念下中學校本課程的研究與實踐

黃勇

STEM教育已成為全世界的教育潮流。近年來，我國的創客教育和STEM教育也在各地學校如火如荼地開展，條件較好的學校還開設了3D打印、無人機、機器人等課程，但是大部分學校特別是農村學校在硬件設備方面還存在很大不足。因此，教師需要思考怎樣在學校現有條件下，開發具有本地特色的STEM項目，實現STEM教育的本土化。為此，筆者所在學校進行了基于STEM教育理念的校本課程的研究與實踐。以下，將以 “跳眼測距法”一課為例加以說明。

一、課程重點

在空曠的野外活動時，人們有時需要估測一下遠處某個目標物的距離，這時可以用到一個簡單的方法——跳眼測距法。在軍事設備不發達的年代，這一方法是軍隊（尤其是炮兵）經常使用的，即便在21世紀的今天，仍然有其重要的應用價值。“跳眼測距法”的原理與應用涉及初中階段的物理、數學、生物等方面的知識，可以用STEM教育倡導的學習方式，引導學生進行跨學科探究與學習，促進理論與實踐的結合。

二、課程任務

這節課的任務，是引導學生了解光的直線傳播、相似三角形等方面的知識，并能夠應用這些知識解決生活中的實際問題，激發學生探究學習的興趣。

學生要先聽教師講解相關的物理、數學、生物方面的知識;然后，分組討論如何運用所學知識探測距離;接著，在室外測量一個目標物的距離，期間需要小組成員相互合作，盡量減少測量誤差，得出較精確的結果;最后，小組要再次討論，進一步優化設計方案。

【涉及領域】物理、數學、生物

【適合年級】八、九年級

【建議時間】45分鐘

三、課程步驟

1.導入（5分鐘）

播放電視劇《亮劍》中的一段令人振奮的視頻：團長李云龍命令炮手柱子用迫擊炮炸掉幾百米外的日軍指揮部，只見柱子架好炮，伸右臂，瞇左眼，調整炮口角度……只用了兩發炮彈，就端掉了日軍指揮部，使敵人成了沒頭的蒼蠅，使我軍勝利沖出了敵人的包圍圈。

看完視頻，教師請學生討論：柱子為什么能百發百中呢？他開炮前的一系列瞄準動作背后有什么原理？學生討論后得出結論：柱子能準確地目測炮轟目標的距離，所以能百發百中。

2.知識傳授（10分鐘）

用視頻引出本課的主題后，教師請學生思考：為什么柱子能用這樣簡單的動作確定距離，其中的秘訣是什么？接著，教師介紹與此相關的物理、數學、生物方面的知識。

物理知識。光在同種均勻介質中沿直線傳播，通常簡稱為光的直線傳播。這可以解釋生活中很多現象，例如影子的形成、射擊時的“三點一線”等。由于被觀察物體反射的光線可沿直線進入人眼，人眼就能根據光的直線傳播來確定物體或物像的位置。因此，在模擬圖例中，可直接用直線來表示光線。

數學知識。三個角分別相等、三條邊成比例的兩個三角形叫做相似三角形。相似三角形是幾何中重要的證明模型之一，是全等三角形的延伸。全等三角形可理解為相似比為1的相似三角形，對于非全等的兩個相似三角形，它們的三個內角完全相等，只是對應邊之間的相似比是不為1的常數。在這節課中主要應用的是相似三角形任意對應邊長的比等于相似比的知識。

生物知識。不同的人兩眼瞳孔間的距離不等，手臂長短也不同，但同一個人兩眼瞳孔的間隔約為自己臂長的十分之一，這是相對固定的。

3.討論探究（10分鐘）

讓學生分組討論測量目標物距離的方法，然后根據視頻中的動作提示構建兩個相似三角形（見圖1），并從已知的兩個相似三角形中認識到：人的手臂長度/雙眼間距離=10，目標物到人的距離/兩眼分別目測時目標物橫向移動距離=10。那么，測距的關鍵就是要根據目標物的大小估算出兩眼分別目測時目標物橫向移動的距離，這樣就能根據比例關系推算出目標的實際距離。

4.確定步驟（5分鐘）

經過討論，師生總結出以下操作步驟。第一步，水平舉起右臂，大拇指豎直向上，伸直手臂并與身體垂直。第二步，閉上左眼，轉動腰部調整角度，使大拇指瞄準被測物體（即恰好擋住目標或部分目標）。此時，右眼、拇指、被測物在一條直線上。第三步，閉上右眼，睜開左眼。此時，將看到被測物出現在拇指左側，與拇指有一段橫向距離，可估測被測物的大小。第四步，估算距離，根據被測物的大小，判斷被測物到大拇指所指位置的橫向距離，將這段橫向距離乘以10，得到的就是被測物與自己的距離。

5.室外測試（10分鐘）

讓學生在室外選定一個遠處的固定目標，采取以上步驟進行反復練習與測量，并就目標物估算的結果進行交流，最后每組選出一個誤差最小的結果，將各組的測量數據匯總在表1中，與用米尺實測的距離進行對比。

6.總結與改進（5分鐘）

一是對實測過程進行反饋和總結。學生普遍認為：估測目標物橫向移動的距離誤差最大，也最難以控制;需要多次練習才能得到比較準確的數據。二是進一步思考如何更準確地得到兩地之間的距離。學生討論后回答：采取相同的測量原理，在目標物處放置一個有刻度的長桿，右手處也放置一個能夠精確看出橫向移動距離的尺子，就能得到更準確的測量結果。

綜上，本課例在較少使用現代教育設備的前提下，整合了不同學科的知識，設計了恰當的流程，為學生創造了更多合作與動手的機會，讓學生體驗了如何運用跨學科知識解決實際問題，提高了綜合科學素養，切合了STEM教育倡導的核心理念。這為硬件條件有限的學校開展STEM教育提供了借鑒參考。

參考文獻（編者略）

（責任編輯? ?郭向和）