浅谈STEM概念下小学科学新能源课程的设计与实施

刘屹

传统的新能源课程是让学生从书本中学习知识。在STEM概念下小学科学新能源课程中，教师为学生提供适当的制作材料，坚持学生动手“做科学”，让学生自己探索方法和技巧，下面我将从以下几方面详细阐述设计与实施过程：

一、 把抽象的概念具体化

开展新能源的实践活动，就必须借助新能源材料，目前太阳能板、风能发电模型都比较成熟，在课堂教学中可以提供给学生使用。但是像核能、氢能、地热能等复杂的、抽象的、难接触到能源就必须依靠模拟实验的方式开展实践活动，这就需要教师把握住这些能源的核心，将抽象的概念具体化。

在执教《核能》一课时，我开展了碰碰球的实践活动，用它来模拟核聚变和核裂变。核能的概念是抽象且危险的，我们不可能用真正的核能材料开展实践活动。但是核裂变的原理是中子撞击铀核使其分裂产生能量，而核聚变的原理是氘原子核和氚原子核撞击聚合产生能量。质子和中子等微观粒子都可以用球进行模拟。在把握核心概念的基础上，我设计了此项活动。我给学生准备了若干个小金属球、若干个能打开的塑料球。规则如下：（1）打开塑料球，把4个小金属球放到塑料球中，并将塑料球合并完整，称为实验球。（2）用一个金属球碰撞实验球，碰撞后实验球打开，4个新的金属球散落出来。并记为第1次碰撞。（3）再用所有新金属球同时碰撞新的实验球，并记为第2次碰撞。以此类推。（4）每个金属球只能碰撞一个实验球，然后就停止不再碰撞了。学生实践后，引导学生思考如果每一次碰撞实验球都能产生能量，几次碰撞之后，产生的能量该是多么惊人啊！核裂变就是经历着这样的过程。此时学生再以看视频或者动画等形式学习核能原理，就很容易理解了，并且學生还能清楚的知道实验球和金属球分别模拟的是铀核和中子。核聚变的过程类似，不再赘述。

二、 以适合学生的项目驱动课堂教学

以项目驱动、问题解决为导向的方式组织课堂教学，培养学生运用所学知识解决问题的能力。对于不同学段的学生，在项目的难易程度或者教学目标的高低程度上应该有所区别。

在四年级执教《风能》一课时，我开展了让纸条动起来和学生设计并制作风能小车两个实践活动。四年级的学生对新能源了解还比较少，所以我需要以最快的时间聚焦问题。首先，我出示系有纸条的铁架台。谁有办法在不接触纸条的情况下让三脚架上的纸条动起来？大多数的学生都能想到用嘴吹或者用书扇。我们把风吹物体，使其动起来的本领叫做风能。这项活动虽然简单，却将学生的注意力集中到利用风能解决问题上，从而引导学生对风能展开研究。接着，通过视频和风能发电模型，让学生知道风能可以转化成其他形式的能被人们利用。在充分调动起学生的兴趣后，我出示了设计并制作能快速行驶的风能小车的任务。提供的材料有：小车、吸管、纸、胶泥、胶条、剪刀、线、塑料布。为了公平起见，我们采用这种小风扇作为风的来源。活动所需要的实验材料都是学生熟悉的材料，能让学生在活动中学习并应用风能解决问题。

同样是《风能》一课，在六年级执教时，我开展了学生设计并制作风能发电模型的活动。六年级的学生对风能了解较多，学校也组织参观过新能源基地。学生的基础知识和基本技能掌握的比较好，学生动手做的欲望很强烈，所以我开展了此项活动。提供的材料有二极管、马达、导线、汽轮机模型、风扇、电池、电池盒等。

同样是风能的教学，对于不同程度的学生，采用的教学方法和实验材料完全不同，只有这样才能激发学生学习的兴趣。

三、 从学生工程改进中综合评价学生的学习

对于简单的工程问题，学生有明确的改进方向，学生可以自主改进。

在四年级《风能》一课中，学生的任务是制作一个能快速行驶的风能小车。我给学生提供的是卡纸、塑料布、小车等比较简单的材料。学生可以自主完成设计和制作任务。所以我给学生15分钟的时间设计并制作，在这期间不打断学生的思路，也不进行汇报交流，学生能充分表达自己的想法。在制作和测试的过程中学生会发现理想和现实的差距。有1个小组想把塑料布做成帆的样子固定在小车上。虽然形状很像，但是这个组只用了一个吸管做骨架，由于塑料布比较软，吹到帆上的风都从两旁吹过，没有形成太大的阻力，导致小车速度很慢。我见此情景没有马上告知，而是让学生在规定的时间内自主改进。在15分钟之后，我先请小车速度最快两组进行汇报，然后我出示了一辆没有很好的利用风能的小车，让同学们分析原因并小结出规律。最后我让学生根据所学的知识改进自己的小车。我发现这组很清楚的意识到自己的问题，多用了2根吸管做骨架，将风帆充分打开并固定的很好。学生能通过活动经验和总结出的规律反思交流自主改进，说明学生的学习效果很好。

对于复杂的工程问题，学生没有明确的研究方向，教师可以引导学生进行改进，可以帮助学生先解决一个问题再解决一个问题，便于学生理解。

在《太阳能灯照亮楼道》一课中，学生的任务是在楼道中设计一个灯，保证小明能从楼下开灯，上楼后能关灯，过一会儿妈妈也能从楼下开灯，上楼后关灯。提出问题后，大部分学生的反馈是在简单电路中串联一个开关，经过测试这种方式不行。说明大部分学生不能一下想到解决的措施，需要采用两步法。先组织学生解决用两个开关分别控制两个灯的亮灭问题。有1个小组没有想法，3个组采用两个简单电路分别工作的方式，2个组采用两组开关和灯泡串联再并联的方式，2组采用两个开关并联再串联灯泡的方式。然后组织学生汇报时，每组都说明自己的设计方法。如果没有学生画出两个开关分别控制一个灯泡的电路图，需要老师引导学生分析已经呈现的电路图当中，有没有可以简化或者公用的部分，启发学生完成电路图。

像这类学生没有明确方向的改进活动，可以采用两步法。教师根据学生情况，把一个大问题拆解成多个小问题，让学生一步一步走，步步落实。学生解决一个问题后，增强学生信心，同时又有新的问题产生，继续解决。在活动过程中，学生慢慢摸索方法，像科学家一样不断探索，勇攀高峰，培养学生百折不挠的勇气。