基于STEM教學下的發(fā)電機制作教學設計

【摘 要】STEM教學模式初步包括：情境引入、物理建模、制作實踐、改進與評價。本設計根據(jù)STEM教學模式，將創(chuàng)設情境引入課堂，學生通過制作、改進和評價發(fā)電機，培養(yǎng)科學思維，提高其實際操作、團隊協(xié)作、克服困難的能力，使學生在“做中學”的過程中提升科學素養(yǎng)。

【關鍵詞】STEM教學模式、發(fā)電機、改進

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2019）34-0047-02

結(jié)合物理學特色，物理課堂實施的STEM教學模式初步包括：情境引入、提出問題、物理建模、工程實踐、總結(jié)評價。教師在每個環(huán)節(jié)中所起到的作用各不相同，如物理建模環(huán)節(jié)，教師不能直接給出學生所需構(gòu)建的物理模型，而是給予適當?shù)闹笇В鸩揭龑W生嘗試自主構(gòu)建物理模型，給予學生獨立思考和自主學習的空間;工程實踐環(huán)節(jié)，教師應為學生提供充分的資源，給予學生實踐方面的指導，并監(jiān)督學生操作安全等。學生在每個環(huán)節(jié)的活動都是按照循序漸進、由淺入深的原則設計的，學生活動的整體過程是由實際生活轉(zhuǎn)向理論探究、再利用理論指導實踐的過程。本課例教學設計使用STEM教學模式，體現(xiàn)了STEM教育理念。

1? ?教材分析

發(fā)電機是指將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機械設備。本設計所制作的發(fā)電機主要是把動能轉(zhuǎn)化為電能。工業(yè)上，發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成;轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應電勢。通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流（從手搖發(fā)電機模型看到燈泡發(fā)光一閃一閃的，說明發(fā)電機產(chǎn)生的是交變電流）[1]。

發(fā)電機在日常生活中扮演著重要的供電者角色。法拉第電磁感應的發(fā)現(xiàn)，為電能的大規(guī)模應用創(chuàng)造了條件，在人類的發(fā)展史上具有劃時代意義，充分說明了科學技術(shù)推動社會發(fā)展。本課例開展發(fā)電機制作教學，學生通過參觀和科技制作，從而對法拉第電磁感應現(xiàn)象的展館項目有更深入的認識。

2? ?情景引入

學生在課堂上已經(jīng)從理論層面學習了“電磁感應”知識，教材中有專門的章節(jié)介紹發(fā)電機的相關內(nèi)容，因此大部分學生對發(fā)電機的基本發(fā)電原理、能的轉(zhuǎn)化和守恒有了較完整的認識。本課例設計是發(fā)電機制作的實踐課堂，是課本知識的自然延續(xù)，把理論知識運用到實際生活，拓寬學生對發(fā)電機類型的認識，同時在實踐中增強節(jié)約用電的環(huán)保意識[2]。

教師用展館內(nèi)法拉第電磁感應實驗區(qū)實驗模型、手搖發(fā)電機模型引入，激發(fā)學生興趣，創(chuàng)設良好的學習情境。學生利用學習過的法拉第電磁感應定律，分析各模型感應電流產(chǎn)生條件，體現(xiàn)了循序漸進的原則。以上知識的教學，旨在使學生儲備基礎知識，以迎接之后的發(fā)電機制作活動。

3? ?教法與學法

在教法方面，本課例設計主要采用任務驅(qū)動與引導探析教學相結(jié)合的教學方法，重在優(yōu)化教師的主導作用，強化學生的主體作用。一方面，教師通過實物展示、提問、總結(jié)，引導學生參與并完成科技制作，理論聯(lián)系實際，教學步步深入，一氣呵成。另一方面，學生通過“觀察、分析、歸納、總結(jié)”，實現(xiàn)對知識點的理解、記憶和掌握，通過動手操作，實現(xiàn)對知識的鞏固，培養(yǎng)能量守恒觀念與環(huán)保意識[3]。

在學法指導方面，本課例希望學生做到以下幾點：

（1）明了：明確教學目標和活動任務。

（2）探究：教學中通過裝置展示、設置問題引導學生從物理現(xiàn)象中尋找本質(zhì)，既突出了本課例的重難點，也相應培養(yǎng)了學生分析問題和思維的能力。

（3）應用：教學中通過展示不同類型的發(fā)電機，在任務的驅(qū)動下成功完成一種以上的發(fā)電機制作。

4? ?制作實踐

本課例需要準備下面器材：手搖發(fā)電機模型、磁鐵、相同大小不同匝數(shù)的包漆線圈（500匝、300匝、100匝）、相同匝數(shù)不同大小的包漆線圈、轉(zhuǎn)動軸、導線、發(fā)光二極管、木板底座、螺絲釘、螺絲刀、靈敏電流計。

發(fā)電機模型制作時首先需要一對相對放置的磁極。磁極固定好以后，需要一個線圈，可以將銅導線彎成近似矩形，矩形面積合適，要能保證矩形可在磁極間空間沿軸旋轉(zhuǎn)的大小。矩形不要封口，將導線兩端分別取一段引出，裝在可以旋轉(zhuǎn)的軸上。將線圈兩端接入合適量程的靈敏電流計或二極管，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸就可以看到指針的擺動或二極管發(fā)亮，這就是最簡單的發(fā)電機原理。兩種類型包括：磁體不動，線圈動;線圈不動，磁體動[4]。學生制作的目標是：至少完成兩種類型的單相發(fā)電機制作（磁體不動線圈動;線圈不動磁體動）。

5? ?改進與評價

在制作活動中，包括“設計→制作→測試→再設計”，教師和學生分工不同。教師巡回指導，在學生設計建造和測試評價前，提供建模工具的講解和介紹。在學生設計建造中，巡視觀察每個小組的進展，并給予學生相應的指導和幫助，如提供設計建造的工具及其使用方法，時刻提醒學生注意操作安全等。在測試評價時，提供一些工程測試的常用方法和技巧，并及時對學生的作品給出自己的建議和評價，以巡回的形式引導和幫助學生完成整個工程實踐的過程[5]。

學生通過小組合作的方式完成發(fā)電機模型制作，在各種可能的條件下對自己的產(chǎn)品進行多次測試，針對測試過程中出現(xiàn)的問題，需要重新回到問題的起點，通過小組成員的探討以及教師評價，找到問題解決或優(yōu)化的辦法更新方案設計，再次建立模型，并進行測試及改進，最終展示作品并總結(jié)。培養(yǎng)學生在問題探究過程中使用科學研究方法與過程技能，促使學生科學思維的形成;提高學生的實際操作、團隊協(xié)作、克服困難的能力以及STEM各項能力，使學生的科學素養(yǎng)在“做中學”的過程中得以提升。

【參考文獻】

[1]沈杰.STEM教育理念與跨學科實驗教學整合模式[J].文化創(chuàng)新比較研究，2019（10）.

[2]李正艷.中小學STEM教育模式的構(gòu)建與應用研究[D].廣州大學，2017.

[3]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）.

[4]梁紅，姚勝奇，姚遠，等.發(fā)電機演示儀的設計及其在教學中的應用[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（16）.

[5]鞏宇.淺析汽輪發(fā)電機的安裝與調(diào)試[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（24）.

【作者簡介】

連繼業(yè)（1987～），男，廣東省汕頭市人，學歷：本科，中學一級教師，研究方向：物理教學。