用STEM教育理念实施科学教学

夏敏军

STEM教育旨在培养学生合作交流、批判性思维、实践创新以及解决真实问题的能力。《玩“潜水艇”》一课的设计以STEM教育理念为指引，以制作一个“浮沉子”为实施项目，学生在完成项目任务的过程中分析出现的问题，并尝试进行解释和改进制作方法，以达成完成项目任务的目标。本节课的学习目标为：探究并了解潜水艇沉浮的秘密;能在现实的问题情境中不断尝试，找到解决问题的方法;在团队工作中相互合作，完成挑战任务。

教学片段一：制作一个自由沉浮的“浮沉子”

师：老师给每个小组都准备了制作材料，希望你们通过自己的努力，成功制作一个“浮沉子”，让我们进入任务一（教师出示任务一及要求）。

[任务一：制作一个自由沉浮的“浮沉子”

材料：滴管、螺帽、空瓶、水槽、烧杯、水、抹布

时间：8分钟

要求：

1.小组讨论，完成制作。

2.在规定时间内，可以向成功的小组请教。

3.制作成功后，小组内交流成功的经验。

4.时间到，立即停止制作，做好交流的准备。]

师：下面请组长领取材料开始制作。

（学生分小组合作，教师巡视指导。）

师：时间到了，请成功的小组举手示意。

（有两个小组没有举手。）

师：没关系，让我们一起来分析原因。你们没有成功，到底出现了什么问题？

生：我们组的“浮沉子”一直浮在上面，怎么挤压瓶子，它也下不去。

生：我们组的“浮沉子”一直沉在水底，怎么也上不来。

师：其他组遇到过这个问题吗？你们是怎么解决的？

生：我们也遇到了这种现象，经过多次调整解决了这个问题。

师：你们是怎么做的？快把成功的秘诀告诉大家吧！

生：“浮沉子”浮在水面上是因为滴管里的水太少，需要将滴管里多吸些水;“浮沉子”沉在水底上不来，是因为滴管里的水太多了，需要挤掉一些。

师：你的意思是要成功制作一个“浮沉子”，关键是要控制滴管里的水量。老师这里有一张图片，你们觉得哪一种情况下的浮沉子能够自由地沉浮（如图1）？

生：B“浮沉子”能够自由沉浮。A滴管里的水太少了，会一直浮着;C滴管中的水太多了，会一直沉着。

师：真棒！还有哪个同学来说说，在制作过程中你们还遇到了什么问题？

生：我们在制作时，发现瓶子上有个小孔，一挤压，水就往外冒，“浮沉子”也不能沉下去，换了一个好的瓶子后，就成功了。

师：那个小孔是老师有意戳的，看来制作“浮沉子”对密封性也是有要求的。请没有成功的小组再次进行制作。

（不成功的两个小组再次制作。）

设计意图：制作“浮沉子”的环节一改常态，不再是传统的先讨论，弄清制作方法，然后进行制作。整个过程通过任务式的活动推进，即教师只出示需要完成的任务和不涉及具体制作流程的要求，让学生围绕任务的完成而自主进行活动。这样设计的目的是将课堂完全交给学生，以任务完成为抓手培养学生的团队意识和在现实的问题情境中不断尝试，获取解决问题的方法。在活动中，教师有意识地对材料进行“破坏”，让学生对“浮沉子”成功制作的条件加深认识。

教学片段二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

师：同学们真棒！在这么短的时间内就成功制作出一个能自由沉浮的“浮沉子”，老师为你们点赞。可你们知道“浮沉子”为什么能够自由沉浮吗？请大家分小组讨论一下。

（学生讨论，教师巡视。）

师：哪个小组的同学愿意说一说？

生：我们组认为“浮沉子”的沉浮与瓶中的气压有关。挤压时，瓶中的空气压力增加，于是将“浮沉子”压到了水底。

生：我们组认为与滴管中的水量有关。挤压瓶子时，滴管中的水量会增加，“浮沉子”变重了，于是就下沉了;松开手，滴管中的水量恢复正常，“浮沉子”变轻了，于是就浮上去了。

师：同学们说得都有道理，让我们继续下面的任务，去解开这一秘密吧！（教师出示任务二及要求）

[任务二：探究“浮沉子”沉浮自如的秘密

时间：8分钟

要求：

1.小组内再次操作“浮沉子”，仔细观察塑料瓶中滴管内水量的变化。

2.尝试用简易图将“浮沉子”浮和沉的两种情况画下来。

3.在小组内根据简易图尝试解释“浮沉子”沉浮自如的原因。]

师：同学们，自己先轻声把任务和要求读一读，然后根据要求完成任务，记录纸在抽屉里。

（学生轻声朗读任务和要求，然后开始操作，教师巡视指导。）

师：哪个组愿意结合简易图展示一下本组的发现？

生：我们组发现，一开始“浮沉子”浮在水面，当挤压瓶壁时，“浮沉子”中的水量变多了，重量变大了，就下沉了。我们的发现是“浮沉子”的浮沉与自身的重量有关系。

师：真棒！其他人也有这样的发现吗？

生：有！

师：让我们通过动画来回顾一下。

（教师用动画演示“浮沉子”的沉与浮的过程。）

师：老师还有两个问题，一是“浮沉子”中的水为什么会变多？二是“浮沉子”在沉浮的过程中，重量是变化的，那么不变的是什么？

生：“浮沉子”中的水变多，是因为挤压瓶壁时，水会从“浮沉子”下面的小孔中流进去，水就变多了。在沉浮的过程中“浮沉子”的重量在改变，大小并没有改变。

师：你所说的大小没改变，在科学上的描述就是体积不变。

设计意图：本环节的任务是探究“浮沉子”沉浮自如的秘密，在探究过程中的画简易图是亮点。沉、浮两种状态下简易图的绘制，让学生的观察直指影响沉浮的原因，再通过两种状态下的对比促使学生认识到其沉浮的根本原因是“浮沉子”中水量的变化。

教学片段三：了解潜水艇沉浮的原因

师：同学们，你们想知道潜水艇是如何实现沉与浮的吗？

生：想！

师：让我们通过一段视频了解一下。

（教师播放视频：《潜水艇沉浮的秘密》。）

师：你们看懂了什么？

生：通过视频，我知道了潜水艇也是靠改变自身的重量来实现沉与浮的。

生：我知道了潜水艇的水舱装满水，重量增加，就下沉了;将水舱中的水排出去，重量减小，就浮上来了。

师：同学们真棒！

设计意图：此环节安排学生观看视频《潜水艇沉浮的秘密》，加深了他们对影响物体沉浮因素的认识，即体积不变时，物体的重量增加会导致其下沉，物体的重量减小会导致其上浮。

教学反思

1.鼓励学生不断尝试，获取解决问题的方法

在制作“浮沉子”的过程中，学生先后经历了好几个问题，如“浮沉子”一直浮在水面沉不下去，或一直沉在水底浮不上来等。碰到这些问題，教师在巡视的过程中并不给予指导，而是鼓励学生不断地尝试，在尝试的过程中获取解决问题的方法。大部分小组的学生在不断的尝试中寻找到了“浮沉子”能够自由沉浮的关键因素，那就是滴管中水量的多少。整个任务的完成，教师有意识的“放”为的是培养学生的团队合作能力和解决实际问题的能力，从而提升他们的思维能力。

2.实施对比观察记录，夯实科学概念的建构

在完成探究“浮沉子”沉浮自如的秘密这一任务中，教师要求学生在再次操作、观察的基础之上画出“浮沉子”浮和沉两种情况的简易图并尝试进行解释。更为重要的是，学生在绘制沉和浮的简易图的过程中，明白了影响“浮沉子”沉浮的主要原因，这为后续的科学概念的建构奠定了坚实的基础。所以说正是因为对比性的观察记录和后续的交流，学生关于影响“浮沉子”沉浮原因的认识更加深刻了。

江苏省如皋市教师发展中心（226500）