在工程技術OBE教學“電磁起重機”案例中培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力

謝云

【學情分析】

本課是基于蘇教版小學科學六年級下冊第一單元“神奇的能量”第四課《電磁鐵》而設計的、體現(xiàn)OBE理念的一堂STEM教學課。在這一單元的前三課中，學生認識了各種各樣的能量，包括電能、磁能等，也初步認識了能量之間的轉換。這些知識的儲備為學習電磁鐵的內容打下了基礎。但由于小學生的生活經(jīng)驗有限，他們能夠舉出電能轉化為光能、熱能的例子，但卻說不出電能轉化為磁能的例子。

【教學策略】

本課的教學目標是要讓學生認識電磁鐵構造與應用、能夠制作電磁鐵并探究它的磁力大小。常態(tài)化的教學是采用科學探究的方式，但是我在教學設計中引入了OBE理念，即目標導向教學。為實現(xiàn)教學目標，我重新設計了教學環(huán)節(jié)，使學生的學習目標更為清晰，課堂環(huán)節(jié)更加分明。我以“電磁起重機”為學習項目，開展STEM融合教學，通過以下四個環(huán)節(jié)讓學生深入了解電磁鐵的結構與應用，并在制作、研究、改進電磁起重機的過程中，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力：創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生的探究熱情;動手制作電磁鐵，感受科學的魅力;探究電磁鐵磁力，提升電磁起重機的工作效能;總結延伸，不斷改進電磁起重機的性能。

【OBE設計目標】

知道電磁鐵與磁鐵的相同與不同特點，電磁起重機就是利用電磁鐵磁性可控、磁力可控的性質工作的。

掌握制作電磁鐵的方法，并測試電磁鐵的性能。

研究電磁鐵，找到增大電磁鐵磁力的方法，提升電磁起重機的工作效能。

【主要材料清單】（規(guī)格、數(shù)量、成本）

每組火柴棒一盒、大頭針一盒、粗細鐵釘各一根、50cm導線一根、電池（含電池盒）兩節(jié)、條形磁鐵兩塊、冰棒棍一根。

【教學過程】

一、創(chuàng)設問題情境，激發(fā)探究興趣

出示一堆火柴棒和大頭針的混合物。

提問：你們有辦法把大頭針和火柴棒分離開嗎？

板書：磁鐵（各組嘗試利用磁鐵吸出大頭針）

討論：這是利用了磁鐵的什么性質？（磁鐵具有磁性）

懸念：我這里有一根大鐵釘，能吸出大頭針嗎？導線呢？電池呢？（都不能吸鐵）可我能利用這些材料把大頭針吸出來，你們相信嗎？

演示：電磁鐵的制作。

講解：將導線按照同一個方向緊密地纏繞在鐵釘上，導線兩端接上電池的正負極，將大鐵釘移到大頭針上方，你們看到了什么神奇的現(xiàn)象？

探究：大鐵釘?shù)拇判允窃趺磥淼哪兀窟@個裝置里面存在著怎樣的能量轉換呢？（電能轉換成磁能）我們把利用電流產(chǎn)生磁性的裝置叫作電磁鐵。

板書：電磁鐵

【設計意圖】通過創(chuàng)設問題情境，讓學生了解除了磁鐵具有磁性，電磁鐵也具有磁性，而且神奇的是它是利用電能轉化為磁能。在激發(fā)學生探究興趣的同時，也初步滲透了電磁起重機的工作原理。

二、動手制作電磁鐵，感受科學的魅力

要做一塊電磁鐵，需要用到哪些材料呢？（課件出示：鐵釘、導線、電池、電池盒）

回顧一下我剛才的演示，思考如何制作電磁鐵。

制作三步驟：一是繞線;二是通電;三是吸鐵。

討論：這三步哪兩步最關鍵？為什么呢？是前兩步：導線要繞緊，并按照同一個方向纏繞;不通電，就無法產(chǎn)生磁性。

友情提醒：繞線時要注意安全，避免鐵釘劃傷手指;通電時間不能太長，耗電。

分組實驗：制作電磁鐵，并且測試吸鐵性能。

【設計意圖】由于教師之前的制作演示，學生基本上掌握了制作電磁鐵的方法。這個環(huán)節(jié)主要討論制作過程中的注意點：一是制作關鍵點，即導線應繞緊并按照同一方向繞;二是安全提醒;三是滲透節(jié)能意識。

比較電磁鐵和磁鐵，它們有什么異同？

相同點：都能吸鐵。

不同點：磁鐵的磁性不會消失，電磁鐵則需要通電才具有磁性。

板書：磁性永久??磁性可控

提問：電磁鐵這種特殊的性能在我們的生活中有怎樣的應用呢？

如電磁門吸、磁懸浮列車、電鈴等。出示圖片，讓學生找找電磁鐵在哪兒。思考：它們是如何利用電磁鐵工作的。

引出課題：（板書）電磁起重機

播放視頻：電磁起重機搬運鋼材

提問：看了視頻，你能用所學的知識解釋一下電磁起重機的工作原理嗎？

磁鐵也能吸鐵，能用它來搬運鋼材嗎？為什么？（成本太大，難以卸貨）

制作簡易電磁起重機，并嘗試搬運大頭針。

（用一根冰棒棍做機械臂，一頭綁上電磁鐵，另一頭和電池盒一起握在手里即可。要求學生利用簡易電磁起重機吸引、搬運、松開大頭針。）

【設計意圖】通過比較電磁鐵與磁鐵的異同，讓學生發(fā)現(xiàn)電磁鐵具有磁性可控的特點。人們利用這個特殊的本領將電磁鐵應用到生活中，解決了生活中的實際問題。電磁起重機也是利用電磁轉換、磁性可控的特點工作的。

三、探究電磁鐵磁力，提升起重機的工作效能

發(fā)現(xiàn)問題：你們制作的電磁起重機雖然能搬運貨物，但是工作效能卻不一樣，有的一次能搬運好多大頭針，有的卻搬得很少。這是為什么？

引導學生關注電磁鐵的磁力大小問題。

如何才能增強電磁鐵的磁力呢？引導學生從電磁鐵的構造猜測影響電磁鐵磁力的因素，如線圈圈數(shù)、電池數(shù)量、鐵釘粗細、鐵釘長短等。

小組合作，圍繞一個假設，設計研究方案。

各組匯報交流方案。

教師提供各組所缺的實驗材料，小組開展實驗，探究增大電磁鐵磁力的方法。

各組匯報交流實驗結果和發(fā)現(xiàn)。

【設計意圖】工程的關鍵在于制造，技術的核心在于設計。要提升電磁起重機的工作效能，關鍵在于找到增大電磁鐵磁力的方法。本環(huán)節(jié)主要采用科學學習中的對比實驗，來探究影響電磁鐵磁力大小的因素。先以小組為單位，圍繞一個假設進行研究方案的設計和實驗，再全班匯報交流。這樣既可以節(jié)省時間，又可以全面了解其他小組的研究成果。51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A

四、總結延伸，不斷改進電磁起重機的性能

小結：通過實驗，大家發(fā)現(xiàn)影響電磁鐵磁力的因素有線圈圈數(shù)、電池電量，與鐵釘?shù)拇旨氁灿嘘P系。

板書：磁力可控

討論：那么如何進一步提升本小組電磁起重機的工作效能呢？

課后延伸：請你們利用我提供的材料，或者自己尋找合適的材料，改進小組的電磁起重機。比一比哪一個小組的電磁起重機磁力最大，性能最好。

【設計意圖】改進環(huán)節(jié)延伸到課后，這樣有一個好處：讓學生的研究不受時空和課堂實驗材料的限制，盡可能地發(fā)揮主觀能動性。尊重學生的自主選擇，讓學生的思維能力得到更大發(fā)展，或許會讓學生有更多的發(fā)現(xiàn)。

五、板書設計

電磁起重機

磁鐵?????????????????電磁鐵

磁性可控

磁性永久????????????磁力可控

【專家點評】

OBE是成果導向教育的簡稱，也叫目標導向教育。用鮮明的教學目標引導教師設計教學過程，課堂思路更為清晰，學生的學習層級更為分明，有助于厘清課堂結構，理順學生思維，使科學課堂更為高效。本節(jié)課的教學內容是制作并研究電磁起重機，進一步讓學生理解能量轉換的知識。本節(jié)課的亮點在于：

首先，從整體上看，教師借助制作和研究電磁起重機這樣一個項目式學習的方式，來實現(xiàn)本課的教學目標，體現(xiàn)了跨學科整合的理念。比如，利用磁鐵和電磁鐵來解決生活中的實際問題，比較磁鐵和電磁鐵的性質，運用對比思維探究電磁鐵的磁力，這些都是科學的范疇;制作電磁鐵和電磁起重機，考慮制作的流程，關注安全、節(jié)能因素等，這些都是工程的范疇;改進產(chǎn)品，提升其工作效能，這是技術的范疇;實驗數(shù)據(jù)的測量、收集、整理，涉及數(shù)學的范疇。項目式學習有助于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

其次，從細節(jié)上看，這節(jié)課滲透了OBE教育理念，即用學習成果指導教師反向設計教學過程。本節(jié)課學生需要學會什么？制作并研究電磁起重機。如何實現(xiàn)這個學習目標，教師是這樣分解學習總目標的：第一步要知道電磁起重機的工作原理;第二步要學會制作電磁起重機;第三步要學會改進電磁起重機的工作效能。三個分解后的學習目標螺旋上升、層層遞進。如何實現(xiàn)分解后的學習目標呢？教師分別設計了這樣幾個環(huán)節(jié)：創(chuàng)設問題情境，引出磁鐵與電磁鐵，通過舊知的復習和新知的講解，激發(fā)學生探究的興趣，初步滲透了電磁起重機的工作原理，實現(xiàn)第一目標;教師演示制作和學生自主制作電磁鐵，并進行測試，實現(xiàn)第二目標，結合電磁鐵起重機工作視頻，教師又對第一目標的實現(xiàn)進行了檢測鞏固;引導學生研究影響電磁鐵磁力大小的因素，是為了找到改進電磁起重機工作效能的方法，鼓勵學生課后繼續(xù)開展研究，讓思維不止步于課堂，實現(xiàn)第三目標。教學環(huán)節(jié)緊湊，目標實現(xiàn)度高。

【此文系中國教育學會教育科研課題“基于名師工作室的小學科學OBE項目學習研究”研究案例，批準號：FZ002601】51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A