創意科學STEM課例

教學背景

教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》中提出，要“探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識”。STEM教育是整合科學、技術、工程、數學的融合教育，是有效促進學生科學核心素養的重要手段。自2017年新修訂的《義務教育小學科學課程標準》將工程與技術列入課程內容后，全國各地的中小學都在積極探索和實踐STEM教育課程。

課例簡介

“磁懸浮列車”是陜西師范大學胡衛平教授主編的《創意科學》六年級教材中的一課，該課通過磁力特性等科學知識的學習，結合磁鐵在生活中的應用，設計制作磁懸浮列車。在制作過程中，學生不斷反思，不斷改進優化，從而提高學生的科學素養。在科學知識環節的學習，教師主要采用演示實驗，創設學習情境，啟發學生思考從而發現磁力特性。在設計制作環節，學生主要采用觀看視頻、設計方案、合作實驗、反思改進等方法，體驗磁力特性。

科學知識

兩塊磁鐵之間或者磁鐵與鐵之間相互吸引或排斥的力，叫作磁力。磁鐵互不相同的兩極相互吸引，相同的兩極相互排斥。磁鐵之間或磁鐵與鐵之間不用接觸，隔著一定的距離就能發生作用。磁懸浮列車就是利用了磁鐵同極相斥、異極相吸的原理。

科學探究

1.探究磁力的特性和在生活中的應用。

2.能夠發現不足，反思過程，不斷改進自己的設計制作。

科學態度

1.培養學生的合作精神。

2.培養學生實事求是、不怕失敗、積極探索的科學精神。

教學目標

1.了解磁力的特性，理解磁極靠近時會產生引力或斥力的特點。

2.了解磁懸浮列車的基本原理和優點。

3.經歷制作磁懸浮列車模型的活動，體驗磁力的特性。

4.能夠對自己的設計制作進行反思改進。

教學重點與難點

教學重點 了解磁懸浮列車的基本原理，并設計制作磁懸浮列車模型。

教學難點 能夠發現制作中的問題并改進。

教學過程

一、活動導入

播放磁鐵實驗視頻。（見右側二維碼）

提問：為什么杯子和雞蛋會被壓碎，陀螺會懸浮起來？

學生交流。

師：兩塊磁鐵之間或者磁鐵與鐵之間相互吸引或排斥的力，叫作磁力。

二、知識體會

師：那么什么情況下兩塊磁鐵之間會相互吸引或排斥呢？

利用兩塊條形磁鐵演示實驗，復習磁鐵“異極相吸、同極相斥”的性質。

師：這里有兩塊沒有標記的磁鐵，你能找到它們的相同磁極嗎？

引導反向思維：同極相斥，相斥即為同極。

師：磁鐵是多么神奇，磁力現象是多么有趣！我們在生活中利用磁鐵的例子很多，你能舉一些嗎？

學生交流。

師：那你知道這是利用了磁鐵的哪個性質嗎？

借助生活實例，幫助學生鞏固磁力特性的知識。重點引導到磁懸浮列車。

師：磁懸浮列車與普通列車有什么不同呢？磁懸浮列車的優點是什么？

學生討論交流，激發對磁懸浮列車的學習興趣。

三、實踐體驗

師：想要制作磁懸浮列車模型，首先得設計制作方案。

閱讀方案，了解方案。（如下表）

播放制作視頻，幫助學生了解制作步驟及注意事項。（見右側二維碼）

第一步：制作軌道 第二步：粘貼軌道磁條

第三步：粘貼列車磁條 第四步：制作列車

師：你認為制作過程中最關鍵的一步是什么？為什么？

引導學生關注制作中的關鍵點：列車能否懸浮，要看列車下面與軌道上面的磁鐵是不是同極相斥。

師：橡皮磁鐵上并沒有表明磁極，如何判斷它們的磁極是否相同呢？

前面有知識預設，學生很快就找到解決辦法。

師：工程建造往往要注意安全，也要注意節省開支。提供的雙面膠帶數量有限，請同學們做好預判，確保制作順利完成。

各小組進行制作和測試，要求兩人一組，合作完成，并填寫活動記錄。

四、反思改進

師：將列車放到軌道上，你看到了什么現象？將軌道微微傾斜，輕推列車，又看到什么？（如下圖）

請成功完成制作的小組進行展示。

師：沒有制作成功的小組請匯報一下你們的問題是什么。能找到是什么原因嗎？

問題羅列：

列車沒有懸浮起來——列車與軌道磁鐵磁極不相同；

列車傾斜，無法滑動——磁鐵磁極一側相同，一側不同；

磁極相同，列車仍舊無法滑動——列車和軌道的磁鐵沒有對接上，寬度不一致；

……

師：應該怎樣進行改進呢？同學們能幫助他們改進嗎？

鼓勵學生自我反思，并互相合作。

師：同學們，現實生活中的磁懸浮列車是很復雜的工程，但是其懸浮的基本原理和我們制作的模型是一樣的。希望同學們課后能夠繼續研究，改進自己的模型，也歡迎同學們利用科學知識對生活中的物品進行大膽設計和創新，從而改善我們的生活。

教學反思

STEM課程是將科學知識的學習與工程制造、技術設計等融合的教育課程?！按艖腋×熊嚒边@一課，主要是要讓學生理解磁懸浮列車的工作原理，并運用科學知識設計和制作磁懸浮列車模型，而且能夠運用所學知識檢測和改進模型。這堂課以磁鐵實驗的視頻導入，激發了學生對磁力的學習興趣。接著通過演示實驗，幫助學生復習、梳理磁鐵的基本特性，為設計制作磁懸浮列車模型做預設。然后讓學生舉例說出磁鐵在生活中的具體應用，逐步引導學生對磁懸浮列車產生興趣。最后是設計和制作磁懸浮列車模型。在觀看完制作視頻后，組織討論如何讓列車懸浮的設計。制作時提醒學生注意工程預算和安全。測試模型時，引導學生尋找失敗原因，思考和探討改進方法。這堂課體現了“提出任務—設計方案—制作實踐—反思改進”這一STEM教育課程的基本流程。

專家點評

本課例是在2018年廣西中小學校長STEM培訓班上，由來自江蘇省宜興市的謝云老師執教的一堂STEM教學展示課。科學課堂無論是開展科學探究，還是與其他學科領域整合，歸根結底是要發展學生的思維素養、動手能力和創新精神。謝老師這堂課正是體現了STEM教育的核心理念。

謝老師用有趣的演示實驗，讓學生感知磁鐵的特性，也為學生設計磁懸浮列車打下思維基礎。制作過程中，謝老師引導學生交流“意外”，發現問題，啟發學生思維，指導學生改進模型。有目的、有計劃、有方法地動手制作才是動手能力的體現。謝老師讓學生了解制作方案，觀看制作視頻，討論制作的關鍵步驟，要求學生團結合作，提醒學生安全，幫助學生提高動手制作的規范性和有效性。磁懸浮列車是一種新型的交通工具，謝老師特意讓學生將它與普通列車進行比較，了解它對人類巨大的好處。謝老師鼓勵學生改進模型，鼓勵學生對身邊的事物進行創新設計，激發了學生的創造潛能。

（點評人：林大華，廣西電化教育館教育技術研究與培訓部副主任，廣西教育學會中小學信息技術教育專業委員會秘書長，全國教育信息技術研究課題評審專家）

該案例是江蘇省教育科學“十三五”規劃鄉村教師專項重點資助課題“科學、工程、技術整合的教學案例研究”（課題編號：XC-a/2016/04）研究成果。