小學(xué)科學(xué)STEM教育案例《小小電路工程師——樓道篇》教學(xué)實(shí)錄與評(píng)析

陳燚

隨著課程改革的加快發(fā)展，我國(guó)教育理念逐漸國(guó)際化。STEM教育是時(shí)下最熱門(mén)的教育理念之一。STEM教育源于美國(guó)，是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四個(gè)英文首字母的縮寫(xiě)，不過(guò)它并不是指四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)單機(jī)械組合，而是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的跨學(xué)科式學(xué)習(xí)方式。

不過(guò)，目前小學(xué)階段STEM課程還處于探索階段，課程魚(yú)龍混雜，良莠不齊，很多學(xué)?；蚪逃龣C(jī)構(gòu)將機(jī)器人等高科技設(shè)備與STEM課程畫(huà)上等號(hào)。江蘇省省教科院副院長(zhǎng)王國(guó)強(qiáng)曾提道：“如果能將STEM教育理念融入小學(xué)科學(xué)的教學(xué)中，融入課堂活動(dòng)中，既不改變科學(xué)教學(xué)現(xiàn)有的知識(shí)體系，也不用額外花費(fèi)時(shí)間和精力去開(kāi)發(fā)新的活動(dòng)，還能利用課堂教學(xué)這一主陣地，讓每位學(xué)生在綜合性的項(xiàng)目活動(dòng)中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)各項(xiàng)能力，真正發(fā)揮科學(xué)課程中科學(xué)、工程、技術(shù)相融合的綜合性、實(shí)踐性特征。”作為一線(xiàn)科學(xué)教師，在不斷開(kāi)發(fā)相關(guān)的STEM課程外的同時(shí)，還應(yīng)思考如何將STEM教育理念與實(shí)際科學(xué)課堂、科學(xué)知識(shí)進(jìn)行有效融合?！缎⌒‰娐饭こ處煛獦堑榔肪褪窃谶@個(gè)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下，對(duì)蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《簡(jiǎn)單電路》一課進(jìn)行改編拓展，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣去探究未知，經(jīng)歷科學(xué)家解決問(wèn)題的方式和路徑，在具體的情境中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并修改、完善電路。教學(xué)環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)，激發(fā)學(xué)生深入思考，促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升。

一、教學(xué)過(guò)程

1.教學(xué)片段一：聚焦問(wèn)題

師：生活中很多地方都運(yùn)用到簡(jiǎn)單電路，比如，小明家正在建一棟兩層小別墅，一樓是會(huì)客廳，二樓是臥室，學(xué)了簡(jiǎn)單電路后，他自己給一樓到二樓的樓道間設(shè)計(jì)了一個(gè)這樣的簡(jiǎn)單電路。你覺(jué)得這個(gè)電路安裝在這樓道間合適嗎？

生：合適。

師：晚上，小明想從一樓去二樓臥室休息，誰(shuí)能結(jié)合這個(gè)情境說(shuō)說(shuō)這個(gè)電路如何操作使用？

生：不行，小明回臥室休息后，樓道的燈還亮著呢。

師：看來(lái)這個(gè)電路安裝在樓道間確實(shí)存在一定問(wèn)題。那今天就請(qǐng)同學(xué)們來(lái)當(dāng)小小電路工程師，來(lái)設(shè)計(jì)這樓道間的電路。

【設(shè)計(jì)意圖】STEM活動(dòng)注重與生活的聯(lián)系，注重問(wèn)題的解決。課堂伊始，以一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題導(dǎo)入，將問(wèn)題放到學(xué)生非常熟悉的背景下，在具體的情景中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電路示意圖存在缺陷，激發(fā)他們探索的欲望。

2.教學(xué)片段二：初步設(shè)計(jì)

師：哪位同學(xué)來(lái)說(shuō)說(shuō)你的解決方法？

生：在二樓的地方再加一個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)小明在一樓時(shí)，撥動(dòng)一樓的開(kāi)關(guān)形成通路，小燈泡就亮了，小明就可以走到二樓，再撥動(dòng)二樓的開(kāi)關(guān)，形成斷路，小燈泡就滅了。

師：他的設(shè)計(jì)解決問(wèn)題了嗎？那這個(gè)電路安裝在樓梯間還有沒(méi)有其他問(wèn)題？

生：沒(méi)有問(wèn)題。

師：在同學(xué)們的幫助下小明終于關(guān)掉樓道的燈，回臥室休息了。此時(shí)兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別處于什么狀態(tài)？這時(shí)，小明的爸爸回來(lái)了，他下班比小明晚。你發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了嗎？

生：發(fā)現(xiàn)了，爸爸開(kāi)不了燈。

師：爸爸為什么開(kāi)不了燈？

生：因?yàn)槎堑拈_(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，是斷路。

師：這時(shí)爸爸撥動(dòng)一樓的開(kāi)關(guān)會(huì)怎么樣呢？看來(lái)同學(xué)們剛剛設(shè)計(jì)的這個(gè)電路只服務(wù)了小明自己，并不方便其他人。我們還得再想想辦法。

【設(shè)計(jì)意圖】解決二樓無(wú)法關(guān)燈這個(gè)問(wèn)題是非常簡(jiǎn)單的，給學(xué)生以成功的經(jīng)歷，營(yíng)造輕松的氛圍，緩解他們對(duì)抽象電路知識(shí)的恐懼心理，同時(shí)在情境中再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，告訴學(xué)生考慮問(wèn)題的全面性。

3.教學(xué)片段三：修改設(shè)計(jì)

生：重新設(shè)計(jì)一條電路，里面那條給小明用，外面那條給爸爸使用。

師：有人對(duì)他們的設(shè)計(jì)有疑問(wèn)嗎？

生：如果這時(shí)媽媽回來(lái)了呢？

師：對(duì)啊，總不能有幾個(gè)人上樓就安裝幾條電路吧？看來(lái)這個(gè)電路有點(diǎn)局限性。我們還得再想想是不是？

生：在兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間連接一根杠桿，閉合一樓開(kāi)關(guān)，二樓開(kāi)關(guān)也會(huì)被閉合，燈就亮了;到二樓時(shí)，將二樓開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，一樓開(kāi)關(guān)也會(huì)相應(yīng)被斷開(kāi)，燈就熄滅了。

師：他們組用的機(jī)械原理解決了前一組出現(xiàn)的只能使用一次性的問(wèn)題。這個(gè)電路家里幾口人都能重復(fù)使用嗎？同學(xué)們有什么想評(píng)價(jià)的嗎？

生：不美觀，也不太現(xiàn)實(shí)。

師：是啊，確實(shí)解決問(wèn)題了，不過(guò)考慮實(shí)際安裝的情況，還有些困難，還有其他更好的辦法嗎？

生：在兩個(gè)開(kāi)關(guān)之間連接一根導(dǎo)線(xiàn)。

師：你們的設(shè)計(jì)圖好像和上一組的設(shè)計(jì)圖差不多嘛！

生：不一樣，我們?cè)趦蓚€(gè)開(kāi)關(guān)間加的不是杠桿，是導(dǎo)線(xiàn)。小明上樓時(shí)走的是①號(hào)電路，到二樓將二樓的開(kāi)關(guān)切換到②號(hào)接觸點(diǎn)，燈就熄滅了。

師：那爸爸上樓怎么操作呢？

生：將一樓的開(kāi)關(guān)閉合到②號(hào)電路接觸點(diǎn)，燈就亮了;到了二樓再將二樓的開(kāi)關(guān)切換到①號(hào)電路接觸點(diǎn)，燈就熄滅了。

師：燈滅了嗎？那媽媽上樓呢？這個(gè)設(shè)計(jì)怎么樣？和你自己家樓道間的開(kāi)關(guān)使用方法是不是一樣的？

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生的思維隨著情境的推進(jìn)而發(fā)散開(kāi)來(lái)，學(xué)生的想法是多樣的，任何一個(gè)想法都值得鼓勵(lì)。學(xué)生們?cè)诮M與組間的交流互動(dòng)中，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再解決問(wèn)題，思維不斷發(fā)散，設(shè)計(jì)的電路圖也不斷地完善。

4.教學(xué)片段四：設(shè)計(jì)元件

師：同學(xué)們很厲害，這個(gè)設(shè)計(jì)圖就是我們電路工程師所設(shè)計(jì)的電路圖，但是我們所認(rèn)識(shí)的這個(gè)開(kāi)關(guān)能實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作嗎？你覺(jué)得需要一個(gè)什么樣的開(kāi)關(guān)？

生：可以控制兩條電路的開(kāi)關(guān)。

師：給你一塊木塊、3個(gè)圖釘、3根導(dǎo)線(xiàn)、1枚回形針，你能把這個(gè)開(kāi)關(guān)制作出來(lái)嗎？

（學(xué)生制作單刀雙擲開(kāi)關(guān)。）

師：哪位同學(xué)能說(shuō)說(shuō)這個(gè)開(kāi)關(guān)是如何操作使用的？我們以前有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)類(lèi)似的開(kāi)關(guān)？（紅綠燈）

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生在思考設(shè)計(jì)電路圖的過(guò)程中，已經(jīng)明確了問(wèn)題所在，只是欠缺解決這個(gè)問(wèn)題的工具，而將問(wèn)題與課本上紅綠燈的開(kāi)關(guān)聯(lián)系起來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)，紅綠燈是一個(gè)開(kāi)關(guān)控制兩盞燈，樓道電路是一個(gè)開(kāi)關(guān)控制兩條電路，將知識(shí)遷移過(guò)來(lái)就很好地解決了問(wèn)題。

二、教學(xué)評(píng)析

1.情境貫穿活動(dòng)始終

無(wú)論是從科學(xué)課程本身特點(diǎn)考慮，還是從新課程標(biāo)準(zhǔn)中的基本理念出發(fā)，情境的創(chuàng)設(shè)是小學(xué)科學(xué)課堂必不可少的一部分。STEM教育活動(dòng)一般都是按照這樣的進(jìn)程推進(jìn)的：先是聚焦問(wèn)題，然后圍繞問(wèn)題或任務(wù)開(kāi)展探索，在探究的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作或解決問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行，通過(guò)測(cè)試和評(píng)議反饋信息，不斷改進(jìn)，直到完成項(xiàng)目并進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)。不管是哪個(gè)環(huán)節(jié)，生活情境位于中心位置，是貫穿始終的。本節(jié)課設(shè)計(jì)以夜晚上下樓道開(kāi)關(guān)燈的現(xiàn)實(shí)情境貫穿活動(dòng)始終，主要基于這幾點(diǎn)考慮。（1）在情境中，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。電路知識(shí)對(duì)于小學(xué)生而言有些枯燥乏味，將其與實(shí)際生活相結(jié)合，才能使課題變得更有趣味性，學(xué)生參與度更高。（2）在情境中，緩解學(xué)生的恐懼心理。兩地控制一盞燈的電路對(duì)于只學(xué)過(guò)簡(jiǎn)單電路的五年級(jí)學(xué)生而言難度還是挺大的，但是將這問(wèn)題放到一個(gè)學(xué)生非常熟悉的背景下時(shí)，學(xué)生與知識(shí)之間的距離被拉近，此時(shí)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際需求去解決問(wèn)題，難度也會(huì)有所降低。

2.問(wèn)題推動(dòng)思維發(fā)展

STEM教育，就是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，從活動(dòng)背景的導(dǎo)入，到技術(shù)支撐的學(xué)習(xí)，再到工程問(wèn)題的解決，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題間不斷循環(huán)，最后求得最佳解決方案。本節(jié)課以設(shè)計(jì)樓道間的電路為主線(xiàn)，由簡(jiǎn)單的電路開(kāi)始：“二樓關(guān)不了燈怎么辦？”到學(xué)生初步設(shè)計(jì)兩個(gè)開(kāi)關(guān)后：“小明斷開(kāi)二樓開(kāi)關(guān)回臥室休息后，爸爸回來(lái)了也要開(kāi)燈上樓怎么辦？”再到學(xué)生完善電路設(shè)計(jì)圖后：“以前認(rèn)識(shí)的這種開(kāi)關(guān)能滿(mǎn)足今天這個(gè)電路中開(kāi)關(guān)的需求嗎？”隨著情境發(fā)展，一個(gè)又一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題在層層遞進(jìn)，將學(xué)生的思維一步一步推向更高處。在此過(guò)程中，學(xué)生習(xí)得了結(jié)果性知識(shí)，更重要的是獲得了項(xiàng)目問(wèn)題解決中的過(guò)程性知識(shí)。

3.過(guò)程培養(yǎng)科學(xué)精神

通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，從初步設(shè)計(jì)到最后的成果展現(xiàn)，學(xué)生體會(huì)到科學(xué)知識(shí)并不遙遠(yuǎn)，就在我們身邊。兩地控制一盞燈的電路是如何設(shè)計(jì)出來(lái)的？電路工程師的設(shè)計(jì)過(guò)程和同學(xué)們一節(jié)課所經(jīng)歷的活動(dòng)過(guò)程是相似的，包括自制的單刀雙擲開(kāi)關(guān)，都在告訴同學(xué)們，科學(xué)知識(shí)并不高深，人類(lèi)的好奇心和社會(huì)需求是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的根本動(dòng)力。

【參考文獻(xiàn)】

劉忠學(xué).“技術(shù)與工程”領(lǐng)域教材設(shè)計(jì)[J].湖北教育，2019（06）：11-14.