用STEM教育理念實施科學教學

夏敏軍

STEM教育旨在培養學生合作交流、批判性思維、實踐創新以及解決真實問題的能力。《玩“潛水艇”》一課的設計以STEM教育理念為指引，以制作一個“浮沉子”為實施項目，學生在完成項目任務的過程中分析出現的問題，并嘗試進行解釋和改進制作方法，以達成完成項目任務的目標。本節課的學習目標為：探究并了解潛水艇沉浮的秘密;能在現實的問題情境中不斷嘗試，找到解決問題的方法;在團隊工作中相互合作，完成挑戰任務。

教學片段一：制作一個自由沉浮的“浮沉子”

師：老師給每個小組都準備了制作材料，希望你們通過自己的努力，成功制作一個“浮沉子”，讓我們進入任務一（教師出示任務一及要求）。

[任務一：制作一個自由沉浮的“浮沉子”

材料：滴管、螺帽、空瓶、水槽、燒杯、水、抹布

時間：8分鐘

要求：

1.小組討論，完成制作。

2.在規定時間內，可以向成功的小組請教。

3.制作成功后，小組內交流成功的經驗。

4.時間到，立即停止制作，做好交流的準備。]

師：下面請組長領取材料開始制作。

（學生分小組合作，教師巡視指導。）

師：時間到了，請成功的小組舉手示意。

（有兩個小組沒有舉手。）

師：沒關系，讓我們一起來分析原因。你們沒有成功，到底出現了什么問題？

生：我們組的“浮沉子”一直浮在上面，怎么擠壓瓶子，它也下不去。

生：我們組的“浮沉子”一直沉在水底，怎么也上不來。

師：其他組遇到過這個問題嗎？你們是怎么解決的？

生：我們也遇到了這種現象，經過多次調整解決了這個問題。

師：你們是怎么做的？快把成功的秘訣告訴大家吧！

生：“浮沉子”浮在水面上是因為滴管里的水太少，需要將滴管里多吸些水;“浮沉子”沉在水底上不來，是因為滴管里的水太多了，需要擠掉一些。

師：你的意思是要成功制作一個“浮沉子”，關鍵是要控制滴管里的水量。老師這里有一張圖片，你們覺得哪一種情況下的浮沉子能夠自由地沉浮（如圖1）？

生：B“浮沉子”能夠自由沉浮。A滴管里的水太少了，會一直浮著;C滴管中的水太多了，會一直沉著。

師：真棒！還有哪個同學來說說，在制作過程中你們還遇到了什么問題？

生：我們在制作時，發現瓶子上有個小孔，一擠壓，水就往外冒，“浮沉子”也不能沉下去，換了一個好的瓶子后，就成功了。

師：那個小孔是老師有意戳的，看來制作“浮沉子”對密封性也是有要求的。請沒有成功的小組再次進行制作。

（不成功的兩個小組再次制作。）

設計意圖：制作“浮沉子”的環節一改常態，不再是傳統的先討論，弄清制作方法，然后進行制作。整個過程通過任務式的活動推進，即教師只出示需要完成的任務和不涉及具體制作流程的要求，讓學生圍繞任務的完成而自主進行活動。這樣設計的目的是將課堂完全交給學生，以任務完成為抓手培養學生的團隊意識和在現實的問題情境中不斷嘗試，獲取解決問題的方法。在活動中，教師有意識地對材料進行“破壞”，讓學生對“浮沉子”成功制作的條件加深認識。

教學片段二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

師：同學們真棒！在這么短的時間內就成功制作出一個能自由沉浮的“浮沉子”，老師為你們點贊。可你們知道“浮沉子”為什么能夠自由沉浮嗎？請大家分小組討論一下。

（學生討論，教師巡視。）

師：哪個小組的同學愿意說一說？

生：我們組認為“浮沉子”的沉浮與瓶中的氣壓有關。擠壓時，瓶中的空氣壓力增加，于是將“浮沉子”壓到了水底。

生：我們組認為與滴管中的水量有關。擠壓瓶子時，滴管中的水量會增加，“浮沉子”變重了，于是就下沉了;松開手，滴管中的水量恢復正常，“浮沉子”變輕了，于是就浮上去了。

師：同學們說得都有道理，讓我們繼續下面的任務，去解開這一秘密吧！（教師出示任務二及要求）

[任務二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

時間：8分鐘

要求：

1.小組內再次操作“浮沉子”，仔細觀察塑料瓶中滴管內水量的變化。

2.嘗試用簡易圖將“浮沉子”浮和沉的兩種情況畫下來。

3.在小組內根據簡易圖嘗試解釋“浮沉子”沉浮自如的原因。]

師：同學們，自己先輕聲把任務和要求讀一讀，然后根據要求完成任務，記錄紙在抽屜里。

（學生輕聲朗讀任務和要求，然后開始操作，教師巡視指導。）

師：哪個組愿意結合簡易圖展示一下本組的發現？

生：我們組發現，一開始“浮沉子”浮在水面，當擠壓瓶壁時，“浮沉子”中的水量變多了，重量變大了，就下沉了。我們的發現是“浮沉子”的浮沉與自身的重量有關系。

師：真棒！其他人也有這樣的發現嗎？

生：有！

師：讓我們通過動畫來回顧一下。

（教師用動畫演示“浮沉子”的沉與浮的過程。）

師：老師還有兩個問題，一是“浮沉子”中的水為什么會變多？二是“浮沉子”在沉浮的過程中，重量是變化的，那么不變的是什么？

生：“浮沉子”中的水變多，是因為擠壓瓶壁時，水會從“浮沉子”下面的小孔中流進去，水就變多了。在沉浮的過程中“浮沉子”的重量在改變，大小并沒有改變。

師：你所說的大小沒改變，在科學上的描述就是體積不變。

設計意圖：本環節的任務是探究“浮沉子”沉浮自如的秘密，在探究過程中的畫簡易圖是亮點。沉、浮兩種狀態下簡易圖的繪制，讓學生的觀察直指影響沉浮的原因，再通過兩種狀態下的對比促使學生認識到其沉浮的根本原因是“浮沉子”中水量的變化。

教學片段三：了解潛水艇沉浮的原因

師：同學們，你們想知道潛水艇是如何實現沉與浮的嗎？

生：想！

師：讓我們通過一段視頻了解一下。

（教師播放視頻：《潛水艇沉浮的秘密》。）

師：你們看懂了什么？

生：通過視頻，我知道了潛水艇也是靠改變自身的重量來實現沉與浮的。

生：我知道了潛水艇的水艙裝滿水，重量增加，就下沉了;將水艙中的水排出去，重量減小，就浮上來了。

師：同學們真棒！

設計意圖：此環節安排學生觀看視頻《潛水艇沉浮的秘密》，加深了他們對影響物體沉浮因素的認識，即體積不變時，物體的重量增加會導致其下沉，物體的重量減小會導致其上浮。

教學反思

1.鼓勵學生不斷嘗試，獲取解決問題的方法

在制作“浮沉子”的過程中，學生先后經歷了好幾個問題，如“浮沉子”一直浮在水面沉不下去，或一直沉在水底浮不上來等。碰到這些問題，教師在巡視的過程中并不給予指導，而是鼓勵學生不斷地嘗試，在嘗試的過程中獲取解決問題的方法。大部分小組的學生在不斷的嘗試中尋找到了“浮沉子”能夠自由沉浮的關鍵因素，那就是滴管中水量的多少。整個任務的完成，教師有意識的“放”為的是培養學生的團隊合作能力和解決實際問題的能力，從而提升他們的思維能力。

2.實施對比觀察記錄，夯實科學概念的建構

在完成探究“浮沉子”沉浮自如的秘密這一任務中，教師要求學生在再次操作、觀察的基礎之上畫出“浮沉子”浮和沉兩種情況的簡易圖并嘗試進行解釋。更為重要的是，學生在繪制沉和浮的簡易圖的過程中，明白了影響“浮沉子”沉浮的主要原因，這為后續的科學概念的建構奠定了堅實的基礎。所以說正是因為對比性的觀察記錄和后續的交流，學生關于影響“浮沉子”沉浮原因的認識更加深刻了。

江蘇省如皋市教師發展中心（226500）