基于STEM教學(xué)下的發(fā)電機(jī)制作教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘 要】STEM教學(xué)模式初步包括：情境引入、物理建模、制作實(shí)踐、改進(jìn)與評價(jià)。本設(shè)計(jì)根據(jù)STEM教學(xué)模式，將創(chuàng)設(shè)情境引入課堂，學(xué)生通過制作、改進(jìn)和評價(jià)發(fā)電機(jī)，培養(yǎng)科學(xué)思維，提高其實(shí)際操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、克服困難的能力，使學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中提升科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】STEM教學(xué)模式、發(fā)電機(jī)、改進(jìn)

【中圖分類號】G633.7? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2019）34-0047-02

結(jié)合物理學(xué)特色，物理課堂實(shí)施的STEM教學(xué)模式初步包括：情境引入、提出問題、物理建模、工程實(shí)踐、總結(jié)評價(jià)。教師在每個(gè)環(huán)節(jié)中所起到的作用各不相同，如物理建模環(huán)節(jié)，教師不能直接給出學(xué)生所需構(gòu)建的物理模型，而是給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，逐步引導(dǎo)學(xué)生嘗試自主構(gòu)建物理模型，給予學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的空間;工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師應(yīng)為學(xué)生提供充分的資源，給予學(xué)生實(shí)踐方面的指導(dǎo)，并監(jiān)督學(xué)生操作安全等。學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)的活動都是按照循序漸進(jìn)、由淺入深的原則設(shè)計(jì)的，學(xué)生活動的整體過程是由實(shí)際生活轉(zhuǎn)向理論探究、再利用理論指導(dǎo)實(shí)踐的過程。本課例教學(xué)設(shè)計(jì)使用STEM教學(xué)模式，體現(xiàn)了STEM教育理念。

1? ?教材分析

發(fā)電機(jī)是指將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備。本設(shè)計(jì)所制作的發(fā)電機(jī)主要是把動能轉(zhuǎn)化為電能。工業(yè)上，發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成;轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流（從手搖發(fā)電機(jī)模型看到燈泡發(fā)光一閃一閃的，說明發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的是交變電流）[1]。

發(fā)電機(jī)在日常生活中扮演著重要的供電者角色。法拉第電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為電能的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了條件，在人類的發(fā)展史上具有劃時(shí)代意義，充分說明了科學(xué)技術(shù)推動社會發(fā)展。本課例開展發(fā)電機(jī)制作教學(xué)，學(xué)生通過參觀和科技制作，從而對法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的展館項(xiàng)目有更深入的認(rèn)識。

2? ?情景引入

學(xué)生在課堂上已經(jīng)從理論層面學(xué)習(xí)了“電磁感應(yīng)”知識，教材中有專門的章節(jié)介紹發(fā)電機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，因此大部分學(xué)生對發(fā)電機(jī)的基本發(fā)電原理、能的轉(zhuǎn)化和守恒有了較完整的認(rèn)識。本課例設(shè)計(jì)是發(fā)電機(jī)制作的實(shí)踐課堂，是課本知識的自然延續(xù)，把理論知識運(yùn)用到實(shí)際生活，拓寬學(xué)生對發(fā)電機(jī)類型的認(rèn)識，同時(shí)在實(shí)踐中增強(qiáng)節(jié)約用電的環(huán)保意識[2]。

教師用展館內(nèi)法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)區(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、手搖發(fā)電機(jī)模型引入，激發(fā)學(xué)生興趣，創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境。學(xué)生利用學(xué)習(xí)過的法拉第電磁感應(yīng)定律，分析各模型感應(yīng)電流產(chǎn)生條件，體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的原則。以上知識的教學(xué)，旨在使學(xué)生儲備基礎(chǔ)知識，以迎接之后的發(fā)電機(jī)制作活動。

3? ?教法與學(xué)法

在教法方面，本課例設(shè)計(jì)主要采用任務(wù)驅(qū)動與引導(dǎo)探析教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，重在優(yōu)化教師的主導(dǎo)作用，強(qiáng)化學(xué)生的主體作用。一方面，教師通過實(shí)物展示、提問、總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生參與并完成科技制作，理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)步步深入，一氣呵成。另一方面，學(xué)生通過“觀察、分析、歸納、總結(jié)”，實(shí)現(xiàn)對知識點(diǎn)的理解、記憶和掌握，通過動手操作，實(shí)現(xiàn)對知識的鞏固，培養(yǎng)能量守恒觀念與環(huán)保意識[3]。

在學(xué)法指導(dǎo)方面，本課例希望學(xué)生做到以下幾點(diǎn)：

（1）明了：明確教學(xué)目標(biāo)和活動任務(wù)。

（2）探究：教學(xué)中通過裝置展示、設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生從物理現(xiàn)象中尋找本質(zhì)，既突出了本課例的重難點(diǎn)，也相應(yīng)培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和思維的能力。

（3）應(yīng)用：教學(xué)中通過展示不同類型的發(fā)電機(jī)，在任務(wù)的驅(qū)動下成功完成一種以上的發(fā)電機(jī)制作。

4? ?制作實(shí)踐

本課例需要準(zhǔn)備下面器材：手搖發(fā)電機(jī)模型、磁鐵、相同大小不同匝數(shù)的包漆線圈（500匝、300匝、100匝）、相同匝數(shù)不同大小的包漆線圈、轉(zhuǎn)動軸、導(dǎo)線、發(fā)光二極管、木板底座、螺絲釘、螺絲刀、靈敏電流計(jì)。

發(fā)電機(jī)模型制作時(shí)首先需要一對相對放置的磁極。磁極固定好以后，需要一個(gè)線圈，可以將銅導(dǎo)線彎成近似矩形，矩形面積合適，要能保證矩形可在磁極間空間沿軸旋轉(zhuǎn)的大小。矩形不要封口，將導(dǎo)線兩端分別取一段引出，裝在可以旋轉(zhuǎn)的軸上。將線圈兩端接入合適量程的靈敏電流計(jì)或二極管，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸就可以看到指針的擺動或二極管發(fā)亮，這就是最簡單的發(fā)電機(jī)原理。兩種類型包括：磁體不動，線圈動;線圈不動，磁體動[4]。學(xué)生制作的目標(biāo)是：至少完成兩種類型的單相發(fā)電機(jī)制作（磁體不動線圈動;線圈不動磁體動）。

5? ?改進(jìn)與評價(jià)

在制作活動中，包括“設(shè)計(jì)→制作→測試→再設(shè)計(jì)”，教師和學(xué)生分工不同。教師巡回指導(dǎo)，在學(xué)生設(shè)計(jì)建造和測試評價(jià)前，提供建模工具的講解和介紹。在學(xué)生設(shè)計(jì)建造中，巡視觀察每個(gè)小組的進(jìn)展，并給予學(xué)生相應(yīng)的指導(dǎo)和幫助，如提供設(shè)計(jì)建造的工具及其使用方法，時(shí)刻提醒學(xué)生注意操作安全等。在測試評價(jià)時(shí)，提供一些工程測試的常用方法和技巧，并及時(shí)對學(xué)生的作品給出自己的建議和評價(jià)，以巡回的形式引導(dǎo)和幫助學(xué)生完成整個(gè)工程實(shí)踐的過程[5]。

學(xué)生通過小組合作的方式完成發(fā)電機(jī)模型制作，在各種可能的條件下對自己的產(chǎn)品進(jìn)行多次測試，針對測試過程中出現(xiàn)的問題，需要重新回到問題的起點(diǎn)，通過小組成員的探討以及教師評價(jià)，找到問題解決或優(yōu)化的辦法更新方案設(shè)計(jì)，再次建立模型，并進(jìn)行測試及改進(jìn)，最終展示作品并總結(jié)。培養(yǎng)學(xué)生在問題探究過程中使用科學(xué)研究方法與過程技能，促使學(xué)生科學(xué)思維的形成;提高學(xué)生的實(shí)際操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、克服困難的能力以及STEM各項(xiàng)能力，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)在“做中學(xué)”的過程中得以提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]沈杰.STEM教育理念與跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合模式[J].文化創(chuàng)新比較研究，2019（10）.

[2]李正艷.中小學(xué)STEM教育模式的構(gòu)建與應(yīng)用研究[D].廣州大學(xué)，2017.

[3]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）.

[4]梁紅，姚勝奇，姚遠(yuǎn)，等.發(fā)電機(jī)演示儀的設(shè)計(jì)及其在教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（16）.

[5]鞏宇.淺析汽輪發(fā)電機(jī)的安裝與調(diào)試[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（24）.

【作者簡介】

連繼業(yè)（1987～），男，廣東省汕頭市人，學(xué)歷：本科，中學(xué)一級教師，研究方向：物理教學(xué)。