基于STEM的校本微項目研究

孫慶成

[摘? ?要]文章以“自行車上的摩擦”微項目為例，探討如何基于STEM教育理念，在初中物理教學中開展適合學情的校本微項目研究，使學生在參與項目研究的過程中，鞏固課本知識、獲得課外知識、提升探究能力、增強團隊意識。

[關鍵詞]STEM;校本;微項目

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）23-0040-03

《義務教育物理課程標準2011年版》指出：“義務教育物理課程不僅要注重科學知識的傳授和技能的訓練，而且還要注重對學生學習興趣、探究能力和創新意識以及科學態度、科學精神的培養。” “義務教育物理課程應注重與生產、生活實際及時代發展的聯系……加強課程內容與學生生活、現代社會和科技發展的聯系” ……而STEM教育則強調物理與工程、技術、數學的跨界聯合，培養學生綜合運用多學科知識進行綜合探究、創新實踐的能力。實施STEM教育要求我們的教學具有實踐性、綜合性、參與性、開放性。

蘇科版初中物理教材相對以往的教材有一個顯著的變化，就是設置了“綜合實踐活動”。它是在一章后或數章后為學生提供的一種特別的項目學習活動。這種學習活動具有以下特點：①以物理知識和科學方法為基礎;②實現物理學科內綜合和跨學科綜合，與生活、技術、社會相聯系;③需要有相對全面的實踐過程（如有較為完整的課題探究或技術設計過程）;④必修與選修的結合（所有學生都必須參與綜合實踐活動學習，但課題的數量和內容由各組學生自己選擇）;⑤課內與課外結合，主要任務在課外通過小組合作完成。

在日常教學過程中，考慮到教材中的“綜合實踐活動”數量較少，項目課題長期固定，創新難度大。因此有必要開發適合學校學情的微項目。下面就以2018年4月開展的微項目“自行車上的摩擦”為例，談一談如何開展STEM校本微項目。

STEM校本微項目名稱：自行車上的摩擦。

活動完成難度等級：中等。

建議教學年級：八年級。

建議課時：1課時。

[項目設計意圖]

摩擦力是日常生活中較為常見的一種力，八年級學生在學習《摩擦力》一課后，已經初步了解了摩擦力的分類，以及增大有益摩擦和減小有害摩擦的方法。而自行車作為學生生活中常見的物品，使用過程中較為集中地運用了摩擦力的相關知識，因此設計這節課，既是對所學摩擦力知識的復習與鞏固，又是對所學知識的拓展與應用，對培養學生觀察能力、收集處理信息能力、運用所學知識分析解決問題的能力都有很大的幫助，同時也進一步激發了學生學習物理知識、運用物理知識的興趣和熱情。

[項目學習目標]

1.經歷研究“自行車上的摩擦”的過程，激發學生用所學知識解決實際問題的熱情;

2. 經歷利用網絡資源查詢、收集資料的過程，培養學生信息收集處理能力;

3. 能運用所學知識解決一些簡單的實際問題，初步形成用物理知識觀察、分析、解決實際問題的能力。

[項目準備情況]

1.器材：普通自行車一輛，連接網絡的筆記本電腦（或平板電腦）1～2臺。

2.學生4人一組，對日常生活中常見的自行車進行觀察，了解哪些部件與摩擦力有關。對自己暫時無法解釋的現象，通過上網查詢等方式進行自主調查。

[項目教學過程]

首先，教師展示一輛普通自行車。

【教師】我們前面已經學習了《摩擦力》一課，初步了解了摩擦力的相關知識，課前已經布置大家觀察生活中常見的自行車，現在你能說出在我們日常的騎行中，它的哪些部件與摩擦力有關，又是如何增大或減小摩擦的嗎，請各小組匯總組員的意見后推舉代表發言。

【學生】我觀察到自行車的手柄、腳踏板、輪胎上都刻有花紋，它們都是通過增大接觸面粗糙程度來增大摩擦的。

【學生】我觀察到自行車的輪胎是圓的，是用滾動代替滑動來減小摩擦的，還有在車軸處的滾珠軸承也是通過滾動代替滑動來減小摩擦的;轉軸處要定期加潤滑油，也是為了減小摩擦。

【學生】我們在剎車時需要用力捏閘，這是通過增大壓力的方法來增大摩擦的;腳在蹬踏板時運用了靜摩擦力。

【教師】當捏閘剎車時，剎車皮與車輪轂之間是什么摩擦？剎住車后，仍用力蹬車，此時剎車皮與車輪轂之間是什么摩擦？

【學生】在剎車時剎車皮與車輪轂之間是滑動摩擦;剎住車后，仍用力蹬車，此時剎車皮與車輪轂之間是靜摩擦。

【教師】你的分析很對！說明你不僅觀察仔細，而且對三類摩擦都能很好地區分。贊一個！

【教師】圍繞自行車的使用，大家還有什么發現或者疑問嗎？

【學生】我騎公共自行車時發現新車把手上的橡膠套緊緊地套在把手上，這是通過增大壓力的方法來增大摩擦的，但是有的舊車上的橡膠套老化開裂就容易脫落。

【學生】自行車有前后兩個輪子，請問在騎行時它們受到的摩擦一樣嗎？

【教師】這位同學的思考很有深度，下面讓我們一起來研究這個問題。

首先，把自行車的后輪支起來，轉動腳踏板，觀察自行車是否前進;再將后輪放下，轉動腳踏板，觀察自行車是否前進。

【教師】通過剛才的操作，大家觀察到什么？說明了什么？

【學生】看到自行車后輪支起后，即使轉動也不能前進，放下后，轉動就能前進了。說明自行車是靠后輪驅動的。

接著，在自行車的后輪下墊一些紙片，一名同學騎行。引導學生觀察紙片的運動情況。

【教師】剛才大家又觀察到什么？說明了什么？

【學生】看到后輪下的紙片向后運動，說明后輪是向后“扒地”的。

【教師】剛才這位同學觀察得很仔細，在正常騎行時，自行車的后輪對地面施加向后的力，同時自行車的后輪會受到向前的摩擦力。那么前輪呢？

【學生】自行車的前輪始終是向前滾動的，所以應該是受到向后的滾動摩擦力。

【教師】你分析得很好！在日常使用自行車的過程中，大家還有什么發現或者疑問嗎？

【學生】我發現在陰雨天，道路非常濕滑，騎車時要十分小心，否則很容易摔倒，請問為什么地面有水后，就變得十分滑？

【教師】路面有水后，使路面的粗糙程度大大減小，所以容易滑倒，同時需要補充說明的是，摩擦力大小與接觸面的“干”“濕”有一定的關系。課前有哪個小組查找過這方面的資料？請小組代表匯報一下。

【學生】我們小組搜索后發現，同樣的兩個物體接觸，濕摩擦要比干摩擦小得多，所以路面有水會大大減小輪胎與地面之間的摩擦。在轉軸處定期滴加潤滑油，就把干摩擦改變成了半濕摩擦，使摩擦力大大減小。

【學生】我們搜索后發現，穿著冰鞋在冰面上溜冰，腳下的摩擦力會變得很小，那是因為冰刀壓在冰面上的時候，壓強很大使冰的熔點降低，會使冰面上少量的冰在瞬間化成水，冰刀和冰之間的干摩擦就變成了半濕摩擦，使摩擦力大大減小，所以運動員可以靈活自如地表演。你如果穿上冰鞋在水磨石地面上溜滑，即使地面像冰那樣平坦、光滑，但是由于干摩擦總也變不成半濕摩擦，冰刀依然滑動不起來。

【教師】大家還有什么需要補充或者有新的問題嗎？

【學生】我們發現這輛普通自行車的輪胎比較窄，而有些山地車的輪胎比較寬，請問輪胎的寬與窄對摩擦力有影響嗎？

【教師】在初中階段，我們認為在通常情況下，（剛體之間的）摩擦力的大小與接觸面積無關。但是在具體使用中，摩擦力與接觸面積還是有一定關系的，尤其是彈性材料。課前有哪個小組查找過這方面的資料？請小組代表匯報一下。

【學生】我們課前沒有考慮到這個問題，還是再查詢一下資料吧。

（教師安排幾名學生利用電腦上網查詢。）

【學生】我們搜索后發現，窄的輪胎接觸地面面積小，摩擦力小，且風阻也小，所以理論上速度快，常用于公路自行車;輪胎越寬與地面接觸面積就越大，摩擦力也就越大，不容易打滑，另外輪胎寬也更舒適一些，更適合用于山地自行車。

【學生】我們搜索后發現，汽車的輪胎也有許多規格，總體來說，還是窄的輪胎摩擦阻力小、速度快，寬的輪胎摩擦阻力大，但穩定性好，F1比賽用的車大多是寬胎，同時還要根據晴天和陰天選擇寬窄不同、軟硬不同的輪胎。

【教師】其他同學還有沒有新的補充或者問題？

【學生】沒有了。

【教師】好。同學們，我們今天圍繞自行車上的摩擦這個話題，進行了深入的研究和探討，我感覺同學們的觀察都很仔細，能運用學到的知識進行分析，對有疑問的問題也能利用信息技術手段查詢資料解決。希望通過這節課的學習，大家能在收獲知識的同時，學以致用，把收獲的知識更好地運用到今后的生活中去。大家課后把今天的收獲整理一下，同時思考這樣一個問題：如果沒有摩擦，騎自行車將會怎樣？

[教學反思]

1.本節課的內容與學生的生活實際緊密結合，學生覺得很熟悉很親切。同時，學生剛剛學過《摩擦力》一課，有了一定的摩擦力知識基礎，因此本節課整個流程并沒有太多難點，主要是教師在教學過程中積極引導學生觀察，并運用所學知識解釋觀察到的現象。對一時無法準確解答的，教師不輕易給出解釋或做出評價，要引導學生利用網絡資源自主查找資料，培養學生收集、提取、歸納信息的能力。

2.本節課可以安排在室外進行，多準備幾種自行車，讓學生現場體驗和探究，效果會更好;或者在課前準備幾個相關探究活動的微視頻作為補充。

從上述開展的STEM校本微項目研究可知：

（1）STEM校本微項目的選題要微型化。由于初中學生所學知識較為淺顯，綜合探究能力還處于初級階段，因此選題要小，不必追求高深、前沿。如本例只對自行車上涉及摩擦的相關知識進行探究，切入點較小，如果改成“自行車上的物理知識”，內容就很多， 知識點較為分散，探究時間長，對學生的要求較高，不適合初學物理的八年級學生探究。

（2）STEM校本微項目的選題要生活化。所選擇的探究內容必須貼近學生現實生活，切忌追求“高大上”，華而不實。如本例中學生對自行車有一定的生活體驗，且生活中有大量可進一步觀察、探究的各類自行車。在經過前期教材知識的學習后，對自行車上的摩擦進行研究，體現了學以致用。

（3）STEM校本微項目的探究內容要簡單化。學生由于探究能力、時間等的限制，難以進行繁雜的探究活動，所以微項目的探究必須簡單、易操作，便于全體學生參與。如本例中學生較多地運用觀察、討論、查找資料等方式進行探究，難度不大，學生在探究過程中較容易取得成果，獲得較強的成功感，激發學生進一步學習物理、參與微項目探究活動的興趣。

（4）STEM校本微項目的探究內容和方法要具有開放性。探究內容不一定局限于物理，可以和其他學科進行跨界綜合;要鼓勵學生“大膽猜想，小心求證”，不迷信課本、老師，敢于提出問題、敢于爭辯、敢于質疑，使每個學生都能在探究活動中增長見識、提升能力;項目內容和探究方式的開放性使得單個學生難以獨立完成整個項目的探究，迫使各小組成員必須團結合作，這樣才能取得較好的成果，在此過程中培養了學生的團隊意識，也培養了少數優秀學生的領袖意識，對學生日后成長極為有益。

（5）STEM校本微項目的評價要多元。學生探究過程中難免有失誤甚至錯誤，對此既要實事求是，又要能包容非惡意的過失。對參與的每一個成員盡可能地都要有正面、激勵性的評價。如本例中，每個小組都有研究成果，有些成員在探究過程中比較積極，做出的貢獻較大，有些成員由于學習意愿、學習能力、性格等因素，表現不夠主動。在進行最后總結評價時要視具體情況區別對待，分別從團隊精神、主動性、貢獻大小、學習態度等方面進行多元評價，表彰先進、推動后進，力求共同前進。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]? 劉炳昇.在物理課程中設置“綜合實踐活動”的意義和教學建議：以“蘇科版”物理教材中的綜合實踐活動為例[J].物理之友，2015（1）：1-3+9.

[3]? 趙文超.促進學生富有個性地學習：以蘇科版物理教材中的“綜合實踐活動”為例[J].物理教師，2013（12）：35-37.

[4]? 曹婷婷，陳衛春.蘇科版物理教材中“綜合實踐活動”的設計思想與教學建議 [J].中學物理，2013（22）：65-66.

（責任編輯 易志毅）