淺談STEM概念下小學科學新能源課程的設計與實施

劉屹

傳統的新能源課程是讓學生從書本中學習知識。在STEM概念下小學科學新能源課程中，教師為學生提供適當的制作材料，堅持學生動手“做科學”，讓學生自己探索方法和技巧，下面我將從以下幾方面詳細闡述設計與實施過程：

一、 把抽象的概念具體化

開展新能源的實踐活動，就必須借助新能源材料，目前太陽能板、風能發電模型都比較成熟，在課堂教學中可以提供給學生使用。但是像核能、氫能、地熱能等復雜的、抽象的、難接觸到能源就必須依靠模擬實驗的方式開展實踐活動，這就需要教師把握住這些能源的核心，將抽象的概念具體化。

在執教《核能》一課時，我開展了碰碰球的實踐活動，用它來模擬核聚變和核裂變。核能的概念是抽象且危險的，我們不可能用真正的核能材料開展實踐活動。但是核裂變的原理是中子撞擊鈾核使其分裂產生能量，而核聚變的原理是氘原子核和氚原子核撞擊聚合產生能量。質子和中子等微觀粒子都可以用球進行模擬。在把握核心概念的基礎上，我設計了此項活動。我給學生準備了若干個小金屬球、若干個能打開的塑料球。規則如下：（1）打開塑料球，把4個小金屬球放到塑料球中，并將塑料球合并完整，稱為實驗球。（2）用一個金屬球碰撞實驗球，碰撞后實驗球打開，4個新的金屬球散落出來。并記為第1次碰撞。（3）再用所有新金屬球同時碰撞新的實驗球，并記為第2次碰撞。以此類推。（4）每個金屬球只能碰撞一個實驗球，然后就停止不再碰撞了。學生實踐后，引導學生思考如果每一次碰撞實驗球都能產生能量，幾次碰撞之后，產生的能量該是多么驚人啊！核裂變就是經歷著這樣的過程。此時學生再以看視頻或者動畫等形式學習核能原理，就很容易理解了，并且學生還能清楚的知道實驗球和金屬球分別模擬的是鈾核和中子。核聚變的過程類似，不再贅述。

二、 以適合學生的項目驅動課堂教學

以項目驅動、問題解決為導向的方式組織課堂教學，培養學生運用所學知識解決問題的能力。對于不同學段的學生，在項目的難易程度或者教學目標的高低程度上應該有所區別。

在四年級執教《風能》一課時，我開展了讓紙條動起來和學生設計并制作風能小車兩個實踐活動。四年級的學生對新能源了解還比較少，所以我需要以最快的時間聚焦問題。首先，我出示系有紙條的鐵架臺。誰有辦法在不接觸紙條的情況下讓三腳架上的紙條動起來？大多數的學生都能想到用嘴吹或者用書扇。我們把風吹物體，使其動起來的本領叫做風能。這項活動雖然簡單，卻將學生的注意力集中到利用風能解決問題上，從而引導學生對風能展開研究。接著，通過視頻和風能發電模型，讓學生知道風能可以轉化成其他形式的能被人們利用。在充分調動起學生的興趣后，我出示了設計并制作能快速行駛的風能小車的任務。提供的材料有：小車、吸管、紙、膠泥、膠條、剪刀、線、塑料布。為了公平起見，我們采用這種小風扇作為風的來源。活動所需要的實驗材料都是學生熟悉的材料，能讓學生在活動中學習并應用風能解決問題。

同樣是《風能》一課，在六年級執教時，我開展了學生設計并制作風能發電模型的活動。六年級的學生對風能了解較多，學校也組織參觀過新能源基地。學生的基礎知識和基本技能掌握的比較好，學生動手做的欲望很強烈，所以我開展了此項活動。提供的材料有二極管、馬達、導線、汽輪機模型、風扇、電池、電池盒等。

同樣是風能的教學，對于不同程度的學生，采用的教學方法和實驗材料完全不同，只有這樣才能激發學生學習的興趣。

三、 從學生工程改進中綜合評價學生的學習

對于簡單的工程問題，學生有明確的改進方向，學生可以自主改進。

在四年級《風能》一課中，學生的任務是制作一個能快速行駛的風能小車。我給學生提供的是卡紙、塑料布、小車等比較簡單的材料。學生可以自主完成設計和制作任務。所以我給學生15分鐘的時間設計并制作，在這期間不打斷學生的思路，也不進行匯報交流，學生能充分表達自己的想法。在制作和測試的過程中學生會發現理想和現實的差距。有1個小組想把塑料布做成帆的樣子固定在小車上。雖然形狀很像，但是這個組只用了一個吸管做骨架，由于塑料布比較軟，吹到帆上的風都從兩旁吹過，沒有形成太大的阻力，導致小車速度很慢。我見此情景沒有馬上告知，而是讓學生在規定的時間內自主改進。在15分鐘之后，我先請小車速度最快兩組進行匯報，然后我出示了一輛沒有很好的利用風能的小車，讓同學們分析原因并小結出規律。最后我讓學生根據所學的知識改進自己的小車。我發現這組很清楚的意識到自己的問題，多用了2根吸管做骨架，將風帆充分打開并固定的很好。學生能通過活動經驗和總結出的規律反思交流自主改進，說明學生的學習效果很好。

對于復雜的工程問題，學生沒有明確的研究方向，教師可以引導學生進行改進，可以幫助學生先解決一個問題再解決一個問題，便于學生理解。

在《太陽能燈照亮樓道》一課中，學生的任務是在樓道中設計一個燈，保證小明能從樓下開燈，上樓后能關燈，過一會兒媽媽也能從樓下開燈，上樓后關燈。提出問題后，大部分學生的反饋是在簡單電路中串聯一個開關，經過測試這種方式不行。說明大部分學生不能一下想到解決的措施，需要采用兩步法。先組織學生解決用兩個開關分別控制兩個燈的亮滅問題。有1個小組沒有想法，3個組采用兩個簡單電路分別工作的方式，2個組采用兩組開關和燈泡串聯再并聯的方式，2組采用兩個開關并聯再串聯燈泡的方式。然后組織學生匯報時，每組都說明自己的設計方法。如果沒有學生畫出兩個開關分別控制一個燈泡的電路圖，需要老師引導學生分析已經呈現的電路圖當中，有沒有可以簡化或者公用的部分，啟發學生完成電路圖。

像這類學生沒有明確方向的改進活動，可以采用兩步法。教師根據學生情況，把一個大問題拆解成多個小問題，讓學生一步一步走，步步落實。學生解決一個問題后，增強學生信心，同時又有新的問題產生，繼續解決。在活動過程中，學生慢慢摸索方法，像科學家一樣不斷探索，勇攀高峰，培養學生百折不撓的勇氣。