创意科学STEM课例

教学背景

教育部在《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》中提出，要“探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识”。STEM教育是整合科学、技术、工程、数学的融合教育，是有效促进学生科学核心素养的重要手段。自2017年新修订的《义务教育小学科学课程标准》将工程与技术列入课程内容后，全国各地的中小学都在积极探索和实践STEM教育课程。

课例简介

“磁悬浮列车”是陕西师范大学胡卫平教授主编的《创意科学》六年级教材中的一课，该课通过磁力特性等科学知识的学习，结合磁铁在生活中的应用，设计制作磁悬浮列车。在制作过程中，学生不断反思，不断改进优化，从而提高学生的科学素养。在科学知识环节的学习，教师主要采用演示实验，创设学习情境，启发学生思考从而发现磁力特性。在设计制作环节，学生主要采用观看视频、设计方案、合作实验、反思改进等方法，体验磁力特性。

科学知识

两块磁铁之间或者磁铁与铁之间相互吸引或排斥的力，叫作磁力。磁铁互不相同的两极相互吸引，相同的两极相互排斥。磁铁之间或磁铁与铁之间不用接触，隔着一定的距离就能发生作用。磁悬浮列车就是利用了磁铁同极相斥、异极相吸的原理。

科学探究

1.探究磁力的特性和在生活中的应用。

2.能够发现不足，反思过程，不断改进自己的设计制作。

科学态度

1.培養学生的合作精神。

2.培养学生实事求是、不怕失败、积极探索的科学精神。

教学目标

1.了解磁力的特性，理解磁极靠近时会产生引力或斥力的特点。

2.了解磁悬浮列车的基本原理和优点。

3.经历制作磁悬浮列车模型的活动，体验磁力的特性。

4.能够对自己的设计制作进行反思改进。

教学重点与难点

教学重点 了解磁悬浮列车的基本原理，并设计制作磁悬浮列车模型。

教学难点 能够发现制作中的问题并改进。

教学过程

一、活动导入

播放磁铁实验视频。（见右侧二维码）

提问：为什么杯子和鸡蛋会被压碎，陀螺会悬浮起来？

学生交流。

师：两块磁铁之间或者磁铁与铁之间相互吸引或排斥的力，叫作磁力。

二、知识体会

师：那么什么情况下两块磁铁之间会相互吸引或排斥呢？

利用两块条形磁铁演示实验，复习磁铁“异极相吸、同极相斥”的性质。

师：这里有两块没有标记的磁铁，你能找到它们的相同磁极吗？

引导反向思维：同极相斥，相斥即为同极。

师：磁铁是多么神奇，磁力现象是多么有趣！我们在生活中利用磁铁的例子很多，你能举一些吗？

学生交流。

师：那你知道这是利用了磁铁的哪个性质吗？

借助生活实例，帮助学生巩固磁力特性的知识。重点引导到磁悬浮列车。

师：磁悬浮列车与普通列车有什么不同呢？磁悬浮列车的优点是什么？

学生讨论交流，激发对磁悬浮列车的学习兴趣。

三、实践体验

师：想要制作磁悬浮列车模型，首先得设计制作方案。

阅读方案，了解方案。（如下表）

播放制作视频，帮助学生了解制作步骤及注意事项。（见右侧二维码）

第一步：制作轨道 第二步：粘贴轨道磁条

第三步：粘贴列车磁条 第四步：制作列车

师：你认为制作过程中最关键的一步是什么？为什么？

引导学生关注制作中的关键点：列车能否悬浮，要看列车下面与轨道上面的磁铁是不是同极相斥。

师：橡皮磁铁上并没有表明磁极，如何判断它们的磁极是否相同呢？

前面有知识预设，学生很快就找到解决办法。

师：工程建造往往要注意安全，也要注意节省开支。提供的双面胶带数量有限，请同学们做好预判，确保制作顺利完成。

各小组进行制作和测试，要求两人一组，合作完成，并填写活动记录。

四、反思改进

师：将列车放到轨道上，你看到了什么现象？将轨道微微倾斜，轻推列车，又看到什么？（如下图）

请成功完成制作的小组进行展示。

师：没有制作成功的小组请汇报一下你们的问题是什么。能找到是什么原因吗？

问题罗列：

列车没有悬浮起来——列车与轨道磁铁磁极不相同；

列车倾斜，无法滑动——磁铁磁极一侧相同，一侧不同；

磁极相同，列车仍旧无法滑动——列车和轨道的磁铁没有对接上，宽度不一致；

……

师：应该怎样进行改进呢？同学们能帮助他们改进吗？

鼓励学生自我反思，并互相合作。

师：同学们，现实生活中的磁悬浮列车是很复杂的工程，但是其悬浮的基本原理和我们制作的模型是一样的。希望同学们课后能够继续研究，改进自己的模型，也欢迎同学们利用科学知识对生活中的物品进行大胆设计和创新，从而改善我们的生活。

教学反思

STEM课程是将科学知识的学习与工程制造、技术设计等融合的教育课程。“磁悬浮列车”这一课，主要是要让学生理解磁悬浮列车的工作原理，并运用科学知识设计和制作磁悬浮列车模型，而且能够运用所学知识检测和改进模型。这堂课以磁铁实验的视频导入，激发了学生对磁力的学习兴趣。接着通过演示实验，帮助学生复习、梳理磁铁的基本特性，为设计制作磁悬浮列车模型做预设。然后让学生举例说出磁铁在生活中的具体应用，逐步引导学生对磁悬浮列车产生兴趣。最后是设计和制作磁悬浮列车模型。在观看完制作视频后，组织讨论如何让列车悬浮的设计。制作时提醒学生注意工程预算和安全。测试模型时，引导学生寻找失败原因，思考和探讨改进方法。这堂课体现了“提出任务—设计方案—制作实践—反思改进”这一STEM教育课程的基本流程。

专家点评

本课例是在2018年广西中小学校长STEM培训班上，由来自江苏省宜兴市的谢云老师执教的一堂STEM教学展示课。科学课堂无论是开展科学探究，还是与其他学科领域整合，归根结底是要发展学生的思维素养、动手能力和创新精神。谢老师这堂课正是体现了STEM教育的核心理念。

谢老师用有趣的演示实验，让学生感知磁铁的特性，也为学生设计磁悬浮列车打下思维基础。制作过程中，谢老师引导学生交流“意外”，发现问题，启发学生思维，指导学生改进模型。有目的、有计划、有方法地动手制作才是动手能力的体现。谢老师让学生了解制作方案，观看制作视频，讨论制作的关键步骤，要求学生团结合作，提醒学生安全，帮助学生提高动手制作的规范性和有效性。磁悬浮列车是一种新型的交通工具，谢老师特意让学生将它与普通列车进行比较，了解它对人类巨大的好处。谢老师鼓励学生改进模型，鼓励学生对身边的事物进行创新设计，激发了学生的创造潜能。

（点评人：林大华，广西电化教育馆教育技术研究与培训部副主任，广西教育学会中小学信息技术教育专业委员会秘书长，全国教育信息技术研究课题评审专家）

该案例是江苏省教育科学“十三五”规划乡村教师专项重点资助课题“科学、工程、技术整合的教学案例研究”（课题编号：XC-a/2016/04）研究成果。