淺談以PBL開展STEM的路徑

唐文軍

摘? 要：“設(shè)計制作風(fēng)帆小車”是粵教版科學(xué)內(nèi)容，是對前面學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行整理和運用的一課，重點指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計制作風(fēng)帆小車，體驗設(shè)計和制作的過程，并在此過程中指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用他們所學(xué)的知識和技能。本節(jié)課從四方面入手，第一，選擇什么材料的風(fēng)帆來制作;第二，具體地對學(xué)生設(shè)計風(fēng)帆小車進(jìn)行指導(dǎo)制作;第三，測試風(fēng)帆小車;第四，改進(jìn)制作風(fēng)帆小車。

關(guān)鍵詞：STEM教學(xué);實驗教學(xué);教學(xué)設(shè)計

一、教學(xué)分析

（一）教材分析

本課定位于學(xué)生在設(shè)計的基礎(chǔ)上，在課內(nèi)初步完成風(fēng)帆小車制作，在制作的過程中進(jìn)行設(shè)計，再修改，技術(shù)的再改進(jìn)，體驗設(shè)計和制作的艱辛歷程。在這個過程中，動手用腦，以PBL的形式來開展STEM教育，學(xué)生能夠?qū)W以致用，真正解決問題，獲得能力和思維的提升。

（二）學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識重力、彈力和摩擦力，知道力有大小和方向，力的大小是可以測量的，認(rèn)識力的單位“?！?。認(rèn)識影響摩擦力大小的一些因素和對運動的影響。改變物體靜止或運動狀態(tài)，必須有力的作用。在科學(xué)探究方面，能在教師指導(dǎo)下做研究摩擦力大小的簡單對比實驗。經(jīng)歷推測、設(shè)計實驗、檢驗推測的過程，并作實驗記錄。能用已有的知識和經(jīng)驗做出判斷和解釋，如對摩擦力有益還是有害做判斷，對自行車上增加和減少摩擦力的設(shè)計做解釋。會用彈簧測力計測量力的大小。

（三）設(shè)計理念

在以前的生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，安排學(xué)生設(shè)計制作風(fēng)帆小車，一方面能很好地調(diào)動學(xué)生的積極性，另一方面也能使學(xué)生運用所學(xué)的知識應(yīng)用于實踐中，學(xué)以致用。在鞏固學(xué)生本單元知識的同時，提高學(xué)生的應(yīng)用能力和動手操作能力，做到課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容解決實際生活問題，基于真實問題和情境，實施STEM教育，有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和實驗?zāi)芰Α?/p>

二、教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)（S）：初步感知風(fēng)帆小車的運動距離可能與風(fēng)帆的材料、彎曲程度、大小、風(fēng)速、地面摩擦等因素有關(guān)。技術(shù)（T）：掌握制作簡易帆的工序，能夠利用刻度尺，測量自制的風(fēng)帆小車的運動路程。工程（E）：體會和熟悉“提出問題—設(shè)計方案—進(jìn)行交流—改進(jìn)方案—制作測試”的工程技術(shù)流程。數(shù)學(xué)（M）：能夠利用工具正確測量小車的運動距離，并記錄實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行多次試驗，取平均值，掌握數(shù)據(jù)處理方法，使結(jié)果更可靠。

三、教學(xué)重難點

重點：掌握設(shè)計的一般程序及設(shè)計制作風(fēng)帆小車，不斷調(diào)整、測試，探究各因素對行駛距離的影響。難點：學(xué)生制作的技術(shù)較難達(dá)到設(shè)計的要求，學(xué)生很難控制單一變量，通過控制變量法，來探究問題的核心。

四、教學(xué)準(zhǔn)備

剪刀，雙面膠，小木棒，小車，卡紙，白紙，電動風(fēng)扇，塑料膜。

五、教學(xué)流程

（一）導(dǎo)入

師：同學(xué)們，明天是什么節(jié)日？我們一起來看一段視頻，了解一下帆船吧！

生：思考、討論并回答，提出自己的奇思妙想。

師：另外，這里有兩輛車，它們的車牌最明顯的不同在哪里？綠牌表示什么？這是新能源汽車，既環(huán)保又節(jié)能，是國家大力提倡的。今天，我們也要來造一輛零排放零污染的新能源小車，用什么能源呢？

生：各抒己見，點名回答問題，其他同學(xué)補充。

師：大家非常聰明，如果把船上的帆移到車上來，那應(yīng)該叫什么？這就是風(fēng)帆小車。今天就讓我們一起來探究如何制作一輛風(fēng)帆車，讓它行駛的距離盡可能遠(yuǎn)吧！大家想嘗試一下嗎？

（二）設(shè)計、交流

1. 出示材料，確定目標(biāo)。師：我們要利用桌面上的材料，通過你們不同的設(shè)計，小組合作制作，做一個運動距離最遠(yuǎn)的風(fēng)帆車。

2. 設(shè)計圖紙，交流方案。同學(xué)們，看了帆船的視頻，請個人設(shè)計風(fēng)帆車的圖紙，時間為2分鐘，現(xiàn)在開始。請組長組織組員進(jìn)行討論，各組員說明設(shè)計的依據(jù)，然后小組確定方案，并最終要完成一張小組設(shè)計正稿。

3. 出示要求，明確評價要求。各小組今天要比一比，看哪組的設(shè)計、制作更優(yōu)秀。同學(xué)們和教師一起給各組打分：一是外觀和創(chuàng)意，二是給小車的運動距離打分，三是教師根據(jù)各小組的活動情況給出的附加分。

4. 按圖設(shè)計風(fēng)帆，展開交流。同學(xué)們開始測試自己的風(fēng)帆車，明確測量距離的方法，學(xué)會數(shù)據(jù)處理的方法。

（三）制作、調(diào)試風(fēng)帆小車

在制作之前有以下溫馨提示，請按要求完成：在制作過程中，要注意時間，記錄相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)，時間為20分鐘，調(diào)試時間為5分鐘。制作結(jié)束后，給每組5分鐘時間，進(jìn)行改進(jìn)。并在實驗導(dǎo)學(xué)單上記錄在制作過程中遇到的問題，及如何解決。

（四）交流展示、評價

1. 風(fēng)帆小車競賽。師：請各小組將制作好的風(fēng)帆車在賽道上運動，并向大家展示你們的風(fēng)帆小車的運動距離。

2. 師生配合對各小組進(jìn)行評價。教師組織評比，選出最具創(chuàng)意獎，最佳設(shè)計獎，最佳最遠(yuǎn)風(fēng)帆車，請獲獎各組上臺分享比賽經(jīng)驗和得失。

（五）小結(jié)拓展

師：同學(xué)們，經(jīng)過今天的研究學(xué)習(xí)，你有什么收獲或是還有什么問題？我們認(rèn)為小車的運動距離應(yīng)該跟帆的什么因素有關(guān)？你有什么方法可以改進(jìn)風(fēng)帆車，讓其行駛得更遠(yuǎn)？到底是哪一個或哪幾個因素在影響小車的運動距離呢？你能不能設(shè)計一個實驗來證明呢？我們接下來的學(xué)習(xí)就可以逐項來證明帆的這些因素是不是真的影響小車運動的距離。

等大家研究完了這些，還可以思考除了風(fēng)力可以促使車運動？有沒有別的形式的能量，讓車運動？另外，再探究還有沒有其他因素影響了風(fēng)帆小車的運動距離。許多帆船有許多面帆，還配有繩子，水手可以根據(jù)方向的風(fēng)來控制帆，有時逆風(fēng)反而行駛得更快，大自然的科學(xué)奧秘等著大家去探索！未來的世界充滿未知，你能否用今天學(xué)習(xí)的知識，在網(wǎng)上查找各種資料，設(shè)計一輛未來汽車，下周大家一起來分享自己的構(gòu)想。

六、教學(xué)反思

（一）亮點

通過生活中事例，引入風(fēng)帆車的概念，針對真實問題，真實情境，提出相應(yīng)的問題，充分尊重了學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和認(rèn)知規(guī)律。在上課過程中，教師只是引導(dǎo)課堂，不斷提問，引發(fā)學(xué)生思考。在課堂上，學(xué)生充分動手、動腦，進(jìn)行調(diào)試、充分討論和分享。教師巡堂，指點學(xué)生，解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，成為課堂的陪伴和引領(lǐng)者。課堂氣氛活躍，學(xué)生的創(chuàng)意得到充分發(fā)揮，提升了學(xué)生綜合運用知識的能力。本節(jié)課例體現(xiàn)了STEM的教育理念，做中學(xué)、學(xué)中做。

（二）不足

在設(shè)計方案時，沒有完全控制好變量，如電風(fēng)扇的風(fēng)力大小、遠(yuǎn)近等因素沒有考慮進(jìn)去，每組的數(shù)據(jù)只有1次，可能存在比較大的誤差，有些學(xué)生不會區(qū)分誤差和錯誤，不會數(shù)據(jù)處理。整個過程中，學(xué)生比較激動，時間觀念不是很強，導(dǎo)致課堂每個環(huán)節(jié)的時間控制得不是特別好，有點匆忙。學(xué)生的分享時間不夠，沒有辦法深入交流。這些問題都是我下次上課需要注意的地方，希望能夠克服這些問題，讓學(xué)生有更大的收獲。

參考文獻(xiàn)：

[1]李珂. 小學(xué)高年級科學(xué)課教學(xué)中融入STEM教育的案例設(shè)計與實施[D]. 濟南：山東師范大學(xué)，2021.

[2]高琳琳，苑芮，賈少波. 基于STEM教育理念的實驗教學(xué)案例分析[J]. 中學(xué)生物教學(xué)，2020（12）：48-49.

（責(zé)任編輯：羅? 欣）

本文系2020年廣東省教育研究院課題“人人可做發(fā)明家——基于STEM創(chuàng)意設(shè)計與制作校本課程的開發(fā)與實施”（課題編號：2018GDSTEM008）研究成果之一。