STEM教育理念下中學(xué)校本課程的研究與實(shí)踐

黃勇

STEM教育已成為全世界的教育潮流。近年來(lái)，我國(guó)的創(chuàng)客教育和STEM教育也在各地學(xué)校如火如荼地開(kāi)展，條件較好的學(xué)校還開(kāi)設(shè)了3D打印、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等課程，但是大部分學(xué)校特別是農(nóng)村學(xué)校在硬件設(shè)備方面還存在很大不足。因此，教師需要思考怎樣在學(xué)?，F(xiàn)有條件下，開(kāi)發(fā)具有本地特色的STEM項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)STEM教育的本土化。為此，筆者所在學(xué)校進(jìn)行了基于STEM教育理念的校本課程的研究與實(shí)踐。以下，將以 “跳眼測(cè)距法”一課為例加以說(shuō)明。

一、課程重點(diǎn)

在空曠的野外活動(dòng)時(shí)，人們有時(shí)需要估測(cè)一下遠(yuǎn)處某個(gè)目標(biāo)物的距離，這時(shí)可以用到一個(gè)簡(jiǎn)單的方法——跳眼測(cè)距法。在軍事設(shè)備不發(fā)達(dá)的年代，這一方法是軍隊(duì)（尤其是炮兵）經(jīng)常使用的，即便在21世紀(jì)的今天，仍然有其重要的應(yīng)用價(jià)值?！疤蹨y(cè)距法”的原理與應(yīng)用涉及初中階段的物理、數(shù)學(xué)、生物等方面的知識(shí)，可以用STEM教育倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科探究與學(xué)習(xí)，促進(jìn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。

二、課程任務(wù)

這節(jié)課的任務(wù)，是引導(dǎo)學(xué)生了解光的直線(xiàn)傳播、相似三角形等方面的知識(shí)，并能夠應(yīng)用這些知識(shí)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣。

學(xué)生要先聽(tīng)教師講解相關(guān)的物理、數(shù)學(xué)、生物方面的知識(shí);然后，分組討論如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)探測(cè)距離;接著，在室外測(cè)量一個(gè)目標(biāo)物的距離，期間需要小組成員相互合作，盡量減少測(cè)量誤差，得出較精確的結(jié)果;最后，小組要再次討論，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

【涉及領(lǐng)域】物理、數(shù)學(xué)、生物

【適合年級(jí)】八、九年級(jí)

【建議時(shí)間】45分鐘

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（5分鐘）

播放電視劇《亮劍》中的一段令人振奮的視頻：團(tuán)長(zhǎng)李云龍命令炮手柱子用迫擊炮炸掉幾百米外的日軍指揮部，只見(jiàn)柱子架好炮，伸右臂，瞇左眼，調(diào)整炮口角度……只用了兩發(fā)炮彈，就端掉了日軍指揮部，使敵人成了沒(méi)頭的蒼蠅，使我軍勝利沖出了敵人的包圍圈。

看完視頻，教師請(qǐng)學(xué)生討論：柱子為什么能百發(fā)百中呢？他開(kāi)炮前的一系列瞄準(zhǔn)動(dòng)作背后有什么原理？學(xué)生討論后得出結(jié)論：柱子能準(zhǔn)確地目測(cè)炮轟目標(biāo)的距離，所以能百發(fā)百中。

2.知識(shí)傳授（10分鐘）

用視頻引出本課的主題后，教師請(qǐng)學(xué)生思考：為什么柱子能用這樣簡(jiǎn)單的動(dòng)作確定距離，其中的秘訣是什么？接著，教師介紹與此相關(guān)的物理、數(shù)學(xué)、生物方面的知識(shí)。

物理知識(shí)。光在同種均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為光的直線(xiàn)傳播。這可以解釋生活中很多現(xiàn)象，例如影子的形成、射擊時(shí)的“三點(diǎn)一線(xiàn)”等。由于被觀察物體反射的光線(xiàn)可沿直線(xiàn)進(jìn)入人眼，人眼就能根據(jù)光的直線(xiàn)傳播來(lái)確定物體或物像的位置。因此，在模擬圖例中，可直接用直線(xiàn)來(lái)表示光線(xiàn)。

數(shù)學(xué)知識(shí)。三個(gè)角分別相等、三條邊成比例的兩個(gè)三角形叫做相似三角形。相似三角形是幾何中重要的證明模型之一，是全等三角形的延伸。全等三角形可理解為相似比為1的相似三角形，對(duì)于非全等的兩個(gè)相似三角形，它們的三個(gè)內(nèi)角完全相等，只是對(duì)應(yīng)邊之間的相似比是不為1的常數(shù)。在這節(jié)課中主要應(yīng)用的是相似三角形任意對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)的比等于相似比的知識(shí)。

生物知識(shí)。不同的人兩眼瞳孔間的距離不等，手臂長(zhǎng)短也不同，但同一個(gè)人兩眼瞳孔的間隔約為自己臂長(zhǎng)的十分之一，這是相對(duì)固定的。

3.討論探究（10分鐘）

讓學(xué)生分組討論測(cè)量目標(biāo)物距離的方法，然后根據(jù)視頻中的動(dòng)作提示構(gòu)建兩個(gè)相似三角形（見(jiàn)圖1），并從已知的兩個(gè)相似三角形中認(rèn)識(shí)到：人的手臂長(zhǎng)度/雙眼間距離=10，目標(biāo)物到人的距離/兩眼分別目測(cè)時(shí)目標(biāo)物橫向移動(dòng)距離=10。那么，測(cè)距的關(guān)鍵就是要根據(jù)目標(biāo)物的大小估算出兩眼分別目測(cè)時(shí)目標(biāo)物橫向移動(dòng)的距離，這樣就能根據(jù)比例關(guān)系推算出目標(biāo)的實(shí)際距離。

4.確定步驟（5分鐘）

經(jīng)過(guò)討論，師生總結(jié)出以下操作步驟。第一步，水平舉起右臂，大拇指豎直向上，伸直手臂并與身體垂直。第二步，閉上左眼，轉(zhuǎn)動(dòng)腰部調(diào)整角度，使大拇指瞄準(zhǔn)被測(cè)物體（即恰好擋住目標(biāo)或部分目標(biāo)）。此時(shí)，右眼、拇指、被測(cè)物在一條直線(xiàn)上。第三步，閉上右眼，睜開(kāi)左眼。此時(shí)，將看到被測(cè)物出現(xiàn)在拇指左側(cè)，與拇指有一段橫向距離，可估測(cè)被測(cè)物的大小。第四步，估算距離，根據(jù)被測(cè)物的大小，判斷被測(cè)物到大拇指所指位置的橫向距離，將這段橫向距離乘以10，得到的就是被測(cè)物與自己的距離。

5.室外測(cè)試（10分鐘）

讓學(xué)生在室外選定一個(gè)遠(yuǎn)處的固定目標(biāo)，采取以上步驟進(jìn)行反復(fù)練習(xí)與測(cè)量，并就目標(biāo)物估算的結(jié)果進(jìn)行交流，最后每組選出一個(gè)誤差最小的結(jié)果，將各組的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總在表1中，與用米尺實(shí)測(cè)的距離進(jìn)行對(duì)比。

6.總結(jié)與改進(jìn)（5分鐘）

一是對(duì)實(shí)測(cè)過(guò)程進(jìn)行反饋和總結(jié)。學(xué)生普遍認(rèn)為：估測(cè)目標(biāo)物橫向移動(dòng)的距離誤差最大，也最難以控制;需要多次練習(xí)才能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。二是進(jìn)一步思考如何更準(zhǔn)確地得到兩地之間的距離。學(xué)生討論后回答：采取相同的測(cè)量原理，在目標(biāo)物處放置一個(gè)有刻度的長(zhǎng)桿，右手處也放置一個(gè)能夠精確看出橫向移動(dòng)距離的尺子，就能得到更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

綜上，本課例在較少使用現(xiàn)代教育設(shè)備的前提下，整合了不同學(xué)科的知識(shí)，設(shè)計(jì)了恰當(dāng)?shù)牧鞒?，為學(xué)生創(chuàng)造了更多合作與動(dòng)手的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生體驗(yàn)了如何運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高了綜合科學(xué)素養(yǎng)，切合了STEM教育倡導(dǎo)的核心理念。這為硬件條件有限的學(xué)校開(kāi)展STEM教育提供了借鑒參考。

參考文獻(xiàn)（編者略）

（責(zé)任編輯? ?郭向和）