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    STEAM教育“過山車”項目的探索與思考

    2019-08-18 07:35:47陳逸權(quán)
    新一代 2019年10期
    關(guān)鍵詞:應(yīng)用數(shù)學STEAM教育過山車

    陳逸權(quán)

    摘 要:甄賢小學開展STEAM教育“過山車”項目已有兩年時間,在此過程中,參與學生的動手能力、團隊合作能力、解決問題的能力、信息技術(shù)應(yīng)用能力、數(shù)學應(yīng)用能力都得到明顯的提高。

    關(guān)鍵詞:STEAM教育;應(yīng)用數(shù)學;信息技術(shù)

    一、用統(tǒng)計學知識解決鋼球軌道上的滑行時間段問題

    珠海市STEAM教育“過山車”比賽要求鋼球滑行的時間為6秒至8秒之間,每組的滑行時間在現(xiàn)場隨機抽取。一般來說,滑行時間差0.5秒,基本上就相差一圈軌道了。在比賽的時候,學生抽到一個時間段,如何有把握地知道相對應(yīng)的軌道長度應(yīng)該是多少呢?可以在賽前訓練時,要求A、B、C三個組分別做一個滑行時間要求是6.10秒的過山車,求他們軌道長度的平均值,記錄在筆記本電腦Excel表格里,這是一個有意義的數(shù)據(jù)。繼續(xù)讓學生團隊在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下把6.20、6.30、6.40、6.50、6.60、6.70、6.80、6.90、7.00、7.10、7.20、7.30、7.40、7.50、7.60、7.70、7.80、7.90秒所對應(yīng)的平均軌道長度,都檢測記錄到Excel表格里,用信息技術(shù)探索出其一定的規(guī)律。

    二、解決過山車滑行時間的精確度問題

    要解決過山車滑行時間的精確度問題,除了穩(wěn)定的組裝結(jié)構(gòu)外,需要發(fā)展學生的科學思維技能,利用信息技術(shù)手段,同時讓學生積累有關(guān)知識,從新手轉(zhuǎn)變?yōu)閷<摇?/p>

    (一)科學思維技能方面。認知-轉(zhuǎn)變理論認為,學習是指個體的知識結(jié)構(gòu)發(fā)生實質(zhì)性的改變,換言之,當學生現(xiàn)有的概念被新的概念取代時,學習就產(chǎn)生了。概念-轉(zhuǎn)變包括三步——識別異常情況、建構(gòu)新模型、使用新模型。如很多學生會直覺地錯誤認為鋼球滑行的速度較慢些,鋼球容易控制,滑行時間的誤差就會變小?;谶@個觀念,他們會把第一圈的軌道設(shè)置得特別慢。但在實際測量中,這樣鋼球滑行時間的波動反而變化特別大。當學生已有的錯誤概念不足以解析目前遇到的問題時,教師應(yīng)幫助學生意識到這個問題。學生必須用新的概念來取代錯誤概念。也就是說,他們必須發(fā)現(xiàn)一種新的模型來更合理地解釋所測得的數(shù)據(jù),而不是尋求某些證據(jù)來支持他們之前設(shè)想。所以負責STEAM教育過山車項目的教師,應(yīng)教導(dǎo)一下學生如何系統(tǒng)地科學推理,包括如何控制變量,如何利用比例和概率進行思維。

    (二)信息技術(shù)方面。鋼球在軌道滑行中后程的的速度非???,直接眼睛觀察難發(fā)現(xiàn)滑行時出現(xiàn)的小問題。此時,可以利用信息技術(shù),把鋼球滑行的整過程錄像下來,在0.1倍速播放,即可發(fā)現(xiàn)滑行過程中出現(xiàn)的細節(jié)問題,從而做出相應(yīng)的細微調(diào)整。還可以把每一圈滑行的時間錄入到計算機表格里,生成相應(yīng)圖表。研究改變一個小結(jié)構(gòu)對整個滑行時間的影響。從生成的圖表里,還大概計算出影響滑行時間多個因子的權(quán)重比例。

    (三)積累有關(guān)知識方面。對于STEAM教育過山車項目,學生應(yīng)該積累以下的經(jīng)驗知識,從新手轉(zhuǎn)變?yōu)閷<摇?/p>

    1)調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時盡量不要大調(diào)整,若把就是把一個彎道零件往上或往下調(diào)2cm,對滑行時間的影響就已經(jīng)很大了。

    2)安裝觸發(fā)器時,保證其不能卡球,不能讓球停在起點處,卡球會導(dǎo)致鋼球的初速度不一樣,滑行時間誤差大。

    3)第一圈的滑行,盡量不要太慢,速度盡量快一點,這樣時間波動才會沒那么大,如果速度太慢,滑行時間就容易會因為環(huán)境原因而改變。

    4)調(diào)整滑行時間前,最好不要把螺絲擰得太緊,調(diào)整時間的時候才會更加的方便,從而節(jié)約更多的時間。

    5)安裝軌道軟塑料管的時候,軌道要足夠順滑,不能讓球卡頓在軌道上,并且要做到美觀。

    6)滑行時間誤差較小的時候,可以適當調(diào)節(jié)最后一個零件,如果調(diào)節(jié)了別的地方,滑行時間的誤差會容易變大。

    7)要多做一些備用的零件,以節(jié)省調(diào)整軌道的時間。如若要加長軌道,直接拿備用零件用即可,盡量在調(diào)節(jié)時間前做好零件。

    8)每條軌道的速度都不應(yīng)過慢,否則滑行時間會不穩(wěn)定。鋼球速度過慢,軌道上一點點的障礙,都會導(dǎo)致較大的誤差。

    9)轉(zhuǎn)角處的軌道不能拉太緊,要微微傾斜,否則速度會太快,影響球的正常滾動,使它脫離軌道。

    10)有多余的時間或者結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定時,要多做柱連接,來加強結(jié)構(gòu)和時間的穩(wěn)定性,最好在頂端和底端都安裝上柱連接。

    11)調(diào)節(jié)鋼球滑行時間,最好根據(jù)軌道總長度來控制時間的長短。

    12)過山車支柱要穩(wěn)穩(wěn)插在底座上,必須注意到,有些使用多次的支柱管與底座之間的空隙過大,從而使得整個結(jié)構(gòu)變得松動。

    13)測量時,學生應(yīng)要盡快找出鋼球落點,否則鋼球沒有落到指定杯子里,成績便作廢了。

    14)盡量少使用卡碼來給鋼球減速,那樣常常導(dǎo)致意外發(fā)生,過山車結(jié)構(gòu)的不確定因素大大增加。

    15)鋪設(shè)好軌道軟管后,應(yīng)試試滑行時間穩(wěn)不穩(wěn)定后再進行調(diào)整。

    16)觸發(fā)器的高度,以及爬坡高度都要先量好。否則后面組裝好整個過山車后,很難調(diào)節(jié)這兩個結(jié)構(gòu),非常浪費時間。

    17)鋼球在爬坡頂端處不應(yīng)太慢,否則誤差容易變大。

    18)轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)的一定要足夠穩(wěn)固,不能貪快而降低標準。

    19)觸發(fā)器的起始高度確定后,不宜輕易調(diào)整,其對整個系統(tǒng)的滑行時間影響很大。

    20)所有結(jié)構(gòu)的螺絲都要擰緊,讓不同的組員檢查,至少檢查兩遍,以防螺絲松動。

    三、STEAM教育“過山車”項目值得推廣

    甄賢小學的實踐經(jīng)驗表明,五六年級的學生從零開始接觸STEAM教育“過山車”項目,經(jīng)過兩個月左右的培訓時間后,就能讓這群學生從新手成為小專家。他們組建的過山車基本能實現(xiàn)滑行時間0.01秒的誤差,優(yōu)秀的小組能在1.5小時內(nèi)實現(xiàn)滑行時間0誤差。這些學生的動手能力、團隊合作能力、解決問題的能力、信息技術(shù)應(yīng)用能力、數(shù)學應(yīng)用能力也都有明顯的進步。

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