在工程技術(shù)OBE教學(xué)“電磁起重機(jī)”案例中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力

謝云

【學(xué)情分析】

本課是基于蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第一單元“神奇的能量”第四課《電磁鐵》而設(shè)計(jì)的、體現(xiàn)OBE理念的一堂STEM教學(xué)課。在這一單元的前三課中，學(xué)生認(rèn)識(shí)了各種各樣的能量，包括電能、磁能等，也初步認(rèn)識(shí)了能量之間的轉(zhuǎn)換。這些知識(shí)的儲(chǔ)備為學(xué)習(xí)電磁鐵的內(nèi)容打下了基礎(chǔ)。但由于小學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)有限，他們能夠舉出電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能的例子，但卻說(shuō)不出電能轉(zhuǎn)化為磁能的例子。

【教學(xué)策略】

本課的教學(xué)目標(biāo)是要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)電磁鐵構(gòu)造與應(yīng)用、能夠制作電磁鐵并探究它的磁力大小。常態(tài)化的教學(xué)是采用科學(xué)探究的方式，但是我在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入了OBE理念，即目標(biāo)導(dǎo)向教學(xué)。為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，我重新設(shè)計(jì)了教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更為清晰，課堂環(huán)節(jié)更加分明。我以“電磁起重機(jī)”為學(xué)習(xí)項(xiàng)目，開展STEM融合教學(xué)，通過(guò)以下四個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生深入了解電磁鐵的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，并在制作、研究、改進(jìn)電磁起重機(jī)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的探究熱情;動(dòng)手制作電磁鐵，感受科學(xué)的魅力;探究電磁鐵磁力，提升電磁起重機(jī)的工作效能;總結(jié)延伸，不斷改進(jìn)電磁起重機(jī)的性能。

【OBE設(shè)計(jì)目標(biāo)】

知道電磁鐵與磁鐵的相同與不同特點(diǎn)，電磁起重機(jī)就是利用電磁鐵磁性可控、磁力可控的性質(zhì)工作的。

掌握制作電磁鐵的方法，并測(cè)試電磁鐵的性能。

研究電磁鐵，找到增大電磁鐵磁力的方法，提升電磁起重機(jī)的工作效能。

【主要材料清單】（規(guī)格、數(shù)量、成本）

每組火柴棒一盒、大頭針一盒、粗細(xì)鐵釘各一根、50cm導(dǎo)線一根、電池（含電池盒）兩節(jié)、條形磁鐵兩塊、冰棒棍一根。

【教學(xué)過(guò)程】

一、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)探究興趣

出示一堆火柴棒和大頭針的混合物。

提問(wèn)：你們有辦法把大頭針和火柴棒分離開嗎？

板書：磁鐵（各組嘗試?yán)么盆F吸出大頭針）

討論：這是利用了磁鐵的什么性質(zhì)？（磁鐵具有磁性）

懸念：我這里有一根大鐵釘，能吸出大頭針嗎？導(dǎo)線呢？電池呢？（都不能吸鐵）可我能利用這些材料把大頭針吸出來(lái)，你們相信嗎？

演示：電磁鐵的制作。

講解：將導(dǎo)線按照同一個(gè)方向緊密地纏繞在鐵釘上，導(dǎo)線兩端接上電池的正負(fù)極，將大鐵釘移到大頭針上方，你們看到了什么神奇的現(xiàn)象？

探究：大鐵釘?shù)拇判允窃趺磥?lái)的呢？這個(gè)裝置里面存在著怎樣的能量轉(zhuǎn)換呢？（電能轉(zhuǎn)換成磁能）我們把利用電流產(chǎn)生磁性的裝置叫作電磁鐵。

板書：電磁鐵

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生了解除了磁鐵具有磁性，電磁鐵也具有磁性，而且神奇的是它是利用電能轉(zhuǎn)化為磁能。在激發(fā)學(xué)生探究興趣的同時(shí)，也初步滲透了電磁起重機(jī)的工作原理。

二、動(dòng)手制作電磁鐵，感受科學(xué)的魅力

要做一塊電磁鐵，需要用到哪些材料呢？（課件出示：鐵釘、導(dǎo)線、電池、電池盒）

回顧一下我剛才的演示，思考如何制作電磁鐵。

制作三步驟：一是繞線;二是通電;三是吸鐵。

討論：這三步哪兩步最關(guān)鍵？為什么呢？是前兩步：導(dǎo)線要繞緊，并按照同一個(gè)方向纏繞;不通電，就無(wú)法產(chǎn)生磁性。

友情提醒：繞線時(shí)要注意安全，避免鐵釘劃傷手指;通電時(shí)間不能太長(zhǎng)，耗電。

分組實(shí)驗(yàn)：制作電磁鐵，并且測(cè)試吸鐵性能。

【設(shè)計(jì)意圖】由于教師之前的制作演示，學(xué)生基本上掌握了制作電磁鐵的方法。這個(gè)環(huán)節(jié)主要討論制作過(guò)程中的注意點(diǎn)：一是制作關(guān)鍵點(diǎn)，即導(dǎo)線應(yīng)繞緊并按照同一方向繞;二是安全提醒;三是滲透節(jié)能意識(shí)。

比較電磁鐵和磁鐵，它們有什么異同？

相同點(diǎn)：都能吸鐵。

不同點(diǎn)：磁鐵的磁性不會(huì)消失，電磁鐵則需要通電才具有磁性。

板書：磁性永久??磁性可控

提問(wèn)：電磁鐵這種特殊的性能在我們的生活中有怎樣的應(yīng)用呢？

如電磁門吸、磁懸浮列車、電鈴等。出示圖片，讓學(xué)生找找電磁鐵在哪兒。思考：它們是如何利用電磁鐵工作的。

引出課題：（板書）電磁起重機(jī)

播放視頻：電磁起重機(jī)搬運(yùn)鋼材

提問(wèn)：看了視頻，你能用所學(xué)的知識(shí)解釋一下電磁起重機(jī)的工作原理嗎？

磁鐵也能吸鐵，能用它來(lái)搬運(yùn)鋼材嗎？為什么？（成本太大，難以卸貨）

制作簡(jiǎn)易電磁起重機(jī)，并嘗試搬運(yùn)大頭針。

（用一根冰棒棍做機(jī)械臂，一頭綁上電磁鐵，另一頭和電池盒一起握在手里即可。要求學(xué)生利用簡(jiǎn)易電磁起重機(jī)吸引、搬運(yùn)、松開大頭針。）

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)比較電磁鐵與磁鐵的異同，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電磁鐵具有磁性可控的特點(diǎn)。人們利用這個(gè)特殊的本領(lǐng)將電磁鐵應(yīng)用到生活中，解決了生活中的實(shí)際問(wèn)題。電磁起重機(jī)也是利用電磁轉(zhuǎn)換、磁性可控的特點(diǎn)工作的。

三、探究電磁鐵磁力，提升起重機(jī)的工作效能

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：你們制作的電磁起重機(jī)雖然能搬運(yùn)貨物，但是工作效能卻不一樣，有的一次能搬運(yùn)好多大頭針，有的卻搬得很少。這是為什么？

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注電磁鐵的磁力大小問(wèn)題。

如何才能增強(qiáng)電磁鐵的磁力呢？引導(dǎo)學(xué)生從電磁鐵的構(gòu)造猜測(cè)影響電磁鐵磁力的因素，如線圈圈數(shù)、電池?cái)?shù)量、鐵釘粗細(xì)、鐵釘長(zhǎng)短等。

小組合作，圍繞一個(gè)假設(shè)，設(shè)計(jì)研究方案。

各組匯報(bào)交流方案。

教師提供各組所缺的實(shí)驗(yàn)材料，小組開展實(shí)驗(yàn)，探究增大電磁鐵磁力的方法。

各組匯報(bào)交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果和發(fā)現(xiàn)。

【設(shè)計(jì)意圖】工程的關(guān)鍵在于制造，技術(shù)的核心在于設(shè)計(jì)。要提升電磁起重機(jī)的工作效能，關(guān)鍵在于找到增大電磁鐵磁力的方法。本環(huán)節(jié)主要采用科學(xué)學(xué)習(xí)中的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，來(lái)探究影響電磁鐵磁力大小的因素。先以小組為單位，圍繞一個(gè)假設(shè)進(jìn)行研究方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，再全班匯報(bào)交流。這樣既可以節(jié)省時(shí)間，又可以全面了解其他小組的研究成果。51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A

四、總結(jié)延伸，不斷改進(jìn)電磁起重機(jī)的性能

小結(jié)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，大家發(fā)現(xiàn)影響電磁鐵磁力的因素有線圈圈數(shù)、電池電量，與鐵釘?shù)拇旨?xì)也有關(guān)系。

板書：磁力可控

討論：那么如何進(jìn)一步提升本小組電磁起重機(jī)的工作效能呢？

課后延伸：請(qǐng)你們利用我提供的材料，或者自己尋找合適的材料，改進(jìn)小組的電磁起重機(jī)。比一比哪一個(gè)小組的電磁起重機(jī)磁力最大，性能最好。

【設(shè)計(jì)意圖】改進(jìn)環(huán)節(jié)延伸到課后，這樣有一個(gè)好處：讓學(xué)生的研究不受時(shí)空和課堂實(shí)驗(yàn)材料的限制，盡可能地發(fā)揮主觀能動(dòng)性。尊重學(xué)生的自主選擇，讓學(xué)生的思維能力得到更大發(fā)展，或許會(huì)讓學(xué)生有更多的發(fā)現(xiàn)。

五、板書設(shè)計(jì)

電磁起重機(jī)

磁鐵?????????????????電磁鐵

磁性可控

磁性永久????????????磁力可控

【專家點(diǎn)評(píng)】

OBE是成果導(dǎo)向教育的簡(jiǎn)稱，也叫目標(biāo)導(dǎo)向教育。用鮮明的教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)教師設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，課堂思路更為清晰，學(xué)生的學(xué)習(xí)層級(jí)更為分明，有助于厘清課堂結(jié)構(gòu)，理順學(xué)生思維，使科學(xué)課堂更為高效。本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容是制作并研究電磁起重機(jī)，進(jìn)一步讓學(xué)生理解能量轉(zhuǎn)換的知識(shí)。本節(jié)課的亮點(diǎn)在于：

首先，從整體上看，教師借助制作和研究電磁起重機(jī)這樣一個(gè)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)本課的教學(xué)目標(biāo)，體現(xiàn)了跨學(xué)科整合的理念。比如，利用磁鐵和電磁鐵來(lái)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，比較磁鐵和電磁鐵的性質(zhì)，運(yùn)用對(duì)比思維探究電磁鐵的磁力，這些都是科學(xué)的范疇;制作電磁鐵和電磁起重機(jī)，考慮制作的流程，關(guān)注安全、節(jié)能因素等，這些都是工程的范疇;改進(jìn)產(chǎn)品，提升其工作效能，這是技術(shù)的范疇;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量、收集、整理，涉及數(shù)學(xué)的范疇。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

其次，從細(xì)節(jié)上看，這節(jié)課滲透了OBE教育理念，即用學(xué)習(xí)成果指導(dǎo)教師反向設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程。本節(jié)課學(xué)生需要學(xué)會(huì)什么？制作并研究電磁起重機(jī)。如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師是這樣分解學(xué)習(xí)總目標(biāo)的：第一步要知道電磁起重機(jī)的工作原理;第二步要學(xué)會(huì)制作電磁起重機(jī);第三步要學(xué)會(huì)改進(jìn)電磁起重機(jī)的工作效能。三個(gè)分解后的學(xué)習(xí)目標(biāo)螺旋上升、層層遞進(jìn)。如何實(shí)現(xiàn)分解后的學(xué)習(xí)目標(biāo)呢？教師分別設(shè)計(jì)了這樣幾個(gè)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引出磁鐵與電磁鐵，通過(guò)舊知的復(fù)習(xí)和新知的講解，激發(fā)學(xué)生探究的興趣，初步滲透了電磁起重機(jī)的工作原理，實(shí)現(xiàn)第一目標(biāo);教師演示制作和學(xué)生自主制作電磁鐵，并進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)第二目標(biāo)，結(jié)合電磁鐵起重機(jī)工作視頻，教師又對(duì)第一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了檢測(cè)鞏固;引導(dǎo)學(xué)生研究影響電磁鐵磁力大小的因素，是為了找到改進(jìn)電磁起重機(jī)工作效能的方法，鼓勵(lì)學(xué)生課后繼續(xù)開展研究，讓思維不止步于課堂，實(shí)現(xiàn)第三目標(biāo)。教學(xué)環(huán)節(jié)緊湊，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)度高。

【此文系中國(guó)教育學(xué)會(huì)教育科研課題“基于名師工作室的小學(xué)科學(xué)OBE項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究”研究案例，批準(zhǔn)號(hào)：FZ002601】51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A