淺談以PBL開展STEM的路徑

唐文軍

摘? 要：“設計制作風帆小車”是粵教版科學內(nèi)容，是對前面學習的知識進行整理和運用的一課，重點指導學生設計制作風帆小車，體驗設計和制作的過程，并在此過程中指導學生應用他們所學的知識和技能。本節(jié)課從四方面入手，第一，選擇什么材料的風帆來制作;第二，具體地對學生設計風帆小車進行指導制作;第三，測試風帆小車;第四，改進制作風帆小車。

關鍵詞：STEM教學;實驗教學;教學設計

一、教學分析

（一）教材分析

本課定位于學生在設計的基礎上，在課內(nèi)初步完成風帆小車制作，在制作的過程中進行設計，再修改，技術的再改進，體驗設計和制作的艱辛歷程。在這個過程中，動手用腦，以PBL的形式來開展STEM教育，學生能夠?qū)W以致用，真正解決問題，獲得能力和思維的提升。

（二）學情分析

學生已經(jīng)初步認識重力、彈力和摩擦力，知道力有大小和方向，力的大小是可以測量的，認識力的單位“?！?。認識影響摩擦力大小的一些因素和對運動的影響。改變物體靜止或運動狀態(tài)，必須有力的作用。在科學探究方面，能在教師指導下做研究摩擦力大小的簡單對比實驗。經(jīng)歷推測、設計實驗、檢驗推測的過程，并作實驗記錄。能用已有的知識和經(jīng)驗做出判斷和解釋，如對摩擦力有益還是有害做判斷，對自行車上增加和減少摩擦力的設計做解釋。會用彈簧測力計測量力的大小。

（三）設計理念

在以前的生活和學習經(jīng)驗的基礎上，安排學生設計制作風帆小車，一方面能很好地調(diào)動學生的積極性，另一方面也能使學生運用所學的知識應用于實踐中，學以致用。在鞏固學生本單元知識的同時，提高學生的應用能力和動手操作能力，做到課堂學習內(nèi)容解決實際生活問題，基于真實問題和情境，實施STEM教育，有助于提升學生的創(chuàng)新思維和實驗能力。

二、教學目標

科學（S）：初步感知風帆小車的運動距離可能與風帆的材料、彎曲程度、大小、風速、地面摩擦等因素有關。技術（T）：掌握制作簡易帆的工序，能夠利用刻度尺，測量自制的風帆小車的運動路程。工程（E）：體會和熟悉“提出問題—設計方案—進行交流—改進方案—制作測試”的工程技術流程。數(shù)學（M）：能夠利用工具正確測量小車的運動距離，并記錄實驗數(shù)據(jù)，進行多次試驗，取平均值，掌握數(shù)據(jù)處理方法，使結(jié)果更可靠。

三、教學重難點

重點：掌握設計的一般程序及設計制作風帆小車，不斷調(diào)整、測試，探究各因素對行駛距離的影響。難點：學生制作的技術較難達到設計的要求，學生很難控制單一變量，通過控制變量法，來探究問題的核心。

四、教學準備

剪刀，雙面膠，小木棒，小車，卡紙，白紙，電動風扇，塑料膜。

五、教學流程

（一）導入

師：同學們，明天是什么節(jié)日？我們一起來看一段視頻，了解一下帆船吧！

生：思考、討論并回答，提出自己的奇思妙想。

師：另外，這里有兩輛車，它們的車牌最明顯的不同在哪里？綠牌表示什么？這是新能源汽車，既環(huán)保又節(jié)能，是國家大力提倡的。今天，我們也要來造一輛零排放零污染的新能源小車，用什么能源呢？

生：各抒己見，點名回答問題，其他同學補充。

師：大家非常聰明，如果把船上的帆移到車上來，那應該叫什么？這就是風帆小車。今天就讓我們一起來探究如何制作一輛風帆車，讓它行駛的距離盡可能遠吧！大家想嘗試一下嗎？

（二）設計、交流

1. 出示材料，確定目標。師：我們要利用桌面上的材料，通過你們不同的設計，小組合作制作，做一個運動距離最遠的風帆車。

2. 設計圖紙，交流方案。同學們，看了帆船的視頻，請個人設計風帆車的圖紙，時間為2分鐘，現(xiàn)在開始。請組長組織組員進行討論，各組員說明設計的依據(jù)，然后小組確定方案，并最終要完成一張小組設計正稿。

3. 出示要求，明確評價要求。各小組今天要比一比，看哪組的設計、制作更優(yōu)秀。同學們和教師一起給各組打分：一是外觀和創(chuàng)意，二是給小車的運動距離打分，三是教師根據(jù)各小組的活動情況給出的附加分。

4. 按圖設計風帆，展開交流。同學們開始測試自己的風帆車，明確測量距離的方法，學會數(shù)據(jù)處理的方法。

（三）制作、調(diào)試風帆小車

在制作之前有以下溫馨提示，請按要求完成：在制作過程中，要注意時間，記錄相應的實驗數(shù)據(jù)，時間為20分鐘，調(diào)試時間為5分鐘。制作結(jié)束后，給每組5分鐘時間，進行改進。并在實驗導學單上記錄在制作過程中遇到的問題，及如何解決。

（四）交流展示、評價

1. 風帆小車競賽。師：請各小組將制作好的風帆車在賽道上運動，并向大家展示你們的風帆小車的運動距離。

2. 師生配合對各小組進行評價。教師組織評比，選出最具創(chuàng)意獎，最佳設計獎，最佳最遠風帆車，請獲獎各組上臺分享比賽經(jīng)驗和得失。

（五）小結(jié)拓展

師：同學們，經(jīng)過今天的研究學習，你有什么收獲或是還有什么問題？我們認為小車的運動距離應該跟帆的什么因素有關？你有什么方法可以改進風帆車，讓其行駛得更遠？到底是哪一個或哪幾個因素在影響小車的運動距離呢？你能不能設計一個實驗來證明呢？我們接下來的學習就可以逐項來證明帆的這些因素是不是真的影響小車運動的距離。

等大家研究完了這些，還可以思考除了風力可以促使車運動？有沒有別的形式的能量，讓車運動？另外，再探究還有沒有其他因素影響了風帆小車的運動距離。許多帆船有許多面帆，還配有繩子，水手可以根據(jù)方向的風來控制帆，有時逆風反而行駛得更快，大自然的科學奧秘等著大家去探索！未來的世界充滿未知，你能否用今天學習的知識，在網(wǎng)上查找各種資料，設計一輛未來汽車，下周大家一起來分享自己的構(gòu)想。

六、教學反思

（一）亮點

通過生活中事例，引入風帆車的概念，針對真實問題，真實情境，提出相應的問題，充分尊重了學生的學習需要和認知規(guī)律。在上課過程中，教師只是引導課堂，不斷提問，引發(fā)學生思考。在課堂上，學生充分動手、動腦，進行調(diào)試、充分討論和分享。教師巡堂，指點學生，解決學生學習過程中遇到的問題，成為課堂的陪伴和引領者。課堂氣氛活躍，學生的創(chuàng)意得到充分發(fā)揮，提升了學生綜合運用知識的能力。本節(jié)課例體現(xiàn)了STEM的教育理念，做中學、學中做。

（二）不足

在設計方案時，沒有完全控制好變量，如電風扇的風力大小、遠近等因素沒有考慮進去，每組的數(shù)據(jù)只有1次，可能存在比較大的誤差，有些學生不會區(qū)分誤差和錯誤，不會數(shù)據(jù)處理。整個過程中，學生比較激動，時間觀念不是很強，導致課堂每個環(huán)節(jié)的時間控制得不是特別好，有點匆忙。學生的分享時間不夠，沒有辦法深入交流。這些問題都是我下次上課需要注意的地方，希望能夠克服這些問題，讓學生有更大的收獲。

參考文獻：

[1]李珂. 小學高年級科學課教學中融入STEM教育的案例設計與實施[D]. 濟南：山東師范大學，2021.

[2]高琳琳，苑芮，賈少波. 基于STEM教育理念的實驗教學案例分析[J]. 中學生物教學，2020（12）：48-49.

（責任編輯：羅? 欣）

本文系2020年廣東省教育研究院課題“人人可做發(fā)明家——基于STEM創(chuàng)意設計與制作校本課程的開發(fā)與實施”（課題編號：2018GDSTEM008）研究成果之一。