基于STEM的校本微项目研究

孙庆成

[摘   要]文章以“自行车上的摩擦”微项目为例，探讨如何基于STEM教育理念，在初中物理教学中开展适合学情的校本微项目研究，使学生在参与项目研究的过程中，巩固课本知识、获得课外知识、提升探究能力、增强团队意识。

[关键词]STEM;校本;微项目

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）23-0040-03

《义务教育物理课程标准2011年版》指出：“义务教育物理课程不仅要注重科学知识的传授和技能的训练，而且还要注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神的培养。” “义务教育物理课程应注重与生产、生活实际及时代发展的联系……加强课程内容与学生生活、现代社会和科技发展的联系” ……而STEM教育则强调物理与工程、技术、数学的跨界联合，培养学生综合运用多学科知识进行综合探究、创新实践的能力。实施STEM教育要求我们的教学具有实践性、综合性、参与性、开放性。

苏科版初中物理教材相对以往的教材有一个显著的变化，就是设置了“综合实践活动”。它是在一章后或数章后为学生提供的一种特别的项目学习活动。这种学习活动具有以下特点：①以物理知识和科学方法为基础;②实现物理学科内综合和跨学科综合，与生活、技术、社会相联系;③需要有相对全面的实践过程（如有较为完整的课题探究或技术设计过程）;④必修与选修的结合（所有学生都必须参与综合实践活动学习，但课题的数量和内容由各组学生自己选择）;⑤课内与课外结合，主要任务在课外通过小组合作完成。

在日常教学过程中，考虑到教材中的“综合实践活动”数量较少，项目课题长期固定，創新难度大。因此有必要开发适合学校学情的微项目。下面就以2018年4月开展的微项目“自行车上的摩擦”为例，谈一谈如何开展STEM校本微项目。

STEM校本微项目名称：自行车上的摩擦。

活动完成难度等级：中等。

建议教学年级：八年级。

建议课时：1课时。

[项目设计意图]

摩擦力是日常生活中较为常见的一种力，八年级学生在学习《摩擦力》一课后，已经初步了解了摩擦力的分类，以及增大有益摩擦和减小有害摩擦的方法。而自行车作为学生生活中常见的物品，使用过程中较为集中地运用了摩擦力的相关知识，因此设计这节课，既是对所学摩擦力知识的复习与巩固，又是对所学知识的拓展与应用，对培养学生观察能力、收集处理信息能力、运用所学知识分析解决问题的能力都有很大的帮助，同时也进一步激发了学生学习物理知识、运用物理知识的兴趣和热情。

[项目学习目标]

1.经历研究“自行车上的摩擦”的过程，激发学生用所学知识解决实际问题的热情;

2. 经历利用网络资源查询、收集资料的过程，培养学生信息收集处理能力;

3. 能运用所学知识解决一些简单的实际问题，初步形成用物理知识观察、分析、解决实际问题的能力。

[项目准备情况]

1.器材：普通自行车一辆，连接网络的笔记本电脑（或平板电脑）1～2台。

2.学生4人一组，对日常生活中常见的自行车进行观察，了解哪些部件与摩擦力有关。对自己暂时无法解释的现象，通过上网查询等方式进行自主调查。

[项目教学过程]

首先，教师展示一辆普通自行车。

【教师】我们前面已经学习了《摩擦力》一课，初步了解了摩擦力的相关知识，课前已经布置大家观察生活中常见的自行车，现在你能说出在我们日常的骑行中，它的哪些部件与摩擦力有关，又是如何增大或减小摩擦的吗，请各小组汇总组员的意见后推举代表发言。

【学生】我观察到自行车的手柄、脚踏板、轮胎上都刻有花纹，它们都是通过增大接触面粗糙程度来增大摩擦的。

【学生】我观察到自行车的轮胎是圆的，是用滚动代替滑动来减小摩擦的，还有在车轴处的滚珠轴承也是通过滚动代替滑动来减小摩擦的;转轴处要定期加润滑油，也是为了减小摩擦。

【学生】我们在刹车时需要用力捏闸，这是通过增大压力的方法来增大摩擦的;脚在蹬踏板时运用了静摩擦力。

【教师】当捏闸刹车时，刹车皮与车轮毂之间是什么摩擦？刹住车后，仍用力蹬车，此时刹车皮与车轮毂之间是什么摩擦？

【学生】在刹车时刹车皮与车轮毂之间是滑动摩擦;刹住车后，仍用力蹬车，此时刹车皮与车轮毂之间是静摩擦。

【教师】你的分析很对！说明你不仅观察仔细，而且对三类摩擦都能很好地区分。赞一个！

【教师】围绕自行车的使用，大家还有什么发现或者疑问吗？

【学生】我骑公共自行车时发现新车把手上的橡胶套紧紧地套在把手上，这是通过增大压力的方法来增大摩擦的，但是有的旧车上的橡胶套老化开裂就容易脱落。

【学生】自行车有前后两个轮子，请问在骑行时它们受到的摩擦一样吗？

【教师】这位同学的思考很有深度，下面让我们一起来研究这个问题。

首先，把自行车的后轮支起来，转动脚踏板，观察自行车是否前进;再将后轮放下，转动脚踏板，观察自行车是否前进。

【教师】通过刚才的操作，大家观察到什么？说明了什么？

【学生】看到自行车后轮支起后，即使转动也不能前进，放下后，转动就能前进了。说明自行车是靠后轮驱动的。

接着，在自行车的后轮下垫一些纸片，一名同学骑行。引导学生观察纸片的运动情况。

【教师】刚才大家又观察到什么？说明了什么？

【学生】看到后轮下的纸片向后运动，说明后轮是向后“扒地”的。

【教师】刚才这位同学观察得很仔细，在正常骑行时，自行车的后轮对地面施加向后的力，同时自行车的后轮会受到向前的摩擦力。那么前轮呢？

【学生】自行车的前轮始终是向前滚动的，所以应该是受到向后的滚动摩擦力。

【教师】你分析得很好！在日常使用自行车的过程中，大家还有什么发现或者疑问吗？

【学生】我发现在阴雨天，道路非常湿滑，骑车时要十分小心，否则很容易摔倒，请问为什么地面有水后，就变得十分滑？

【教师】路面有水后，使路面的粗糙程度大大减小，所以容易滑倒，同时需要补充说明的是，摩擦力大小与接触面的“干”“湿”有一定的关系。课前有哪个小组查找过这方面的资料？请小组代表汇报一下。

【学生】我们小组搜索后发现，同样的两个物体接触，湿摩擦要比干摩擦小得多，所以路面有水会大大减小轮胎与地面之间的摩擦。在转轴处定期滴加润滑油，就把干摩擦改变成了半湿摩擦，使摩擦力大大减小。

【学生】我们搜索后发现，穿着冰鞋在冰面上溜冰，脚下的摩擦力会变得很小，那是因为冰刀压在冰面上的时候，压强很大使冰的熔点降低，会使冰面上少量的冰在瞬间化成水，冰刀和冰之间的干摩擦就变成了半湿摩擦，使摩擦力大大减小，所以运动员可以灵活自如地表演。你如果穿上冰鞋在水磨石地面上溜滑，即使地面像冰那样平坦、光滑，但是由于干摩擦总也变不成半湿摩擦，冰刀依然滑动不起来。

【教师】大家还有什么需要补充或者有新的问题吗？

【学生】我们发现这辆普通自行车的轮胎比较窄，而有些山地车的轮胎比较宽，请问轮胎的宽与窄对摩擦力有影响吗？

【教师】在初中阶段，我们认为在通常情况下，（刚体之间的）摩擦力的大小与接触面积无关。但是在具体使用中，摩擦力与接触面积还是有一定关系的，尤其是弹性材料。课前有哪个小组查找过这方面的资料？请小组代表汇报一下。

【学生】我们课前没有考虑到这个问题，还是再查询一下资料吧。

（教师安排几名学生利用电脑上网查询。）

【学生】我们搜索后发现，窄的轮胎接触地面面积小，摩擦力小，且风阻也小，所以理论上速度快，常用于公路自行车;轮胎越宽与地面接触面积就越大，摩擦力也就越大，不容易打滑，另外轮胎宽也更舒适一些，更适合用于山地自行车。

【学生】我们搜索后发现，汽车的轮胎也有许多规格，总体来说，还是窄的轮胎摩擦阻力小、速度快，宽的轮胎摩擦阻力大，但稳定性好，F1比赛用的车大多是宽胎，同时还要根据晴天和阴天选择宽窄不同、软硬不同的轮胎。

【教师】其他同学还有没有新的补充或者问题？

【学生】没有了。

【教师】好。同学们，我们今天围绕自行车上的摩擦这个话题，进行了深入的研究和探讨，我感觉同学们的观察都很仔细，能运用学到的知识进行分析，对有疑问的问题也能利用信息技术手段查询资料解决。希望通过这节课的学习，大家能在收获知识的同时，学以致用，把收获的知识更好地运用到今后的生活中去。大家课后把今天的收获整理一下，同时思考这样一个问题：如果没有摩擦，骑自行车将会怎样？

[教学反思]

1.本节课的内容与学生的生活实际紧密结合，学生觉得很熟悉很亲切。同时，学生刚刚学过《摩擦力》一课，有了一定的摩擦力知识基础，因此本节课整个流程并没有太多难点，主要是教师在教学过程中积极引導学生观察，并运用所学知识解释观察到的现象。对一时无法准确解答的，教师不轻易给出解释或做出评价，要引导学生利用网络资源自主查找资料，培养学生收集、提取、归纳信息的能力。

2.本节课可以安排在室外进行，多准备几种自行车，让学生现场体验和探究，效果会更好;或者在课前准备几个相关探究活动的微视频作为补充。

从上述开展的STEM校本微项目研究可知：

（1）STEM校本微项目的选题要微型化。由于初中学生所学知识较为浅显，综合探究能力还处于初级阶段，因此选题要小，不必追求高深、前沿。如本例只对自行车上涉及摩擦的相关知识进行探究，切入点较小，如果改成“自行车上的物理知识”，内容就很多， 知识点较为分散，探究时间长，对学生的要求较高，不适合初学物理的八年级学生探究。

（2）STEM校本微项目的选题要生活化。所选择的探究内容必须贴近学生现实生活，切忌追求“高大上”，华而不实。如本例中学生对自行车有一定的生活体验，且生活中有大量可进一步观察、探究的各类自行车。在经过前期教材知识的学习后，对自行车上的摩擦进行研究，体现了学以致用。

（3）STEM校本微项目的探究内容要简单化。学生由于探究能力、时间等的限制，难以进行繁杂的探究活动，所以微项目的探究必须简单、易操作，便于全体学生参与。如本例中学生较多地运用观察、讨论、查找资料等方式进行探究，难度不大，学生在探究过程中较容易取得成果，获得较强的成功感，激发学生进一步学习物理、参与微项目探究活动的兴趣。

（4）STEM校本微项目的探究内容和方法要具有开放性。探究内容不一定局限于物理，可以和其他学科进行跨界综合;要鼓励学生“大胆猜想，小心求证”，不迷信课本、老师，敢于提出问题、敢于争辩、敢于质疑，使每个学生都能在探究活动中增长见识、提升能力;项目内容和探究方式的开放性使得单个学生难以独立完成整个项目的探究，迫使各小组成员必须团结合作，这样才能取得较好的成果，在此过程中培养了学生的团队意识，也培养了少数优秀学生的领袖意识，对学生日后成长极为有益。

（5）STEM校本微项目的评价要多元。学生探究过程中难免有失误甚至错误，对此既要实事求是，又要能包容非恶意的过失。对参与的每一个成员尽可能地都要有正面、激励性的评价。如本例中，每个小组都有研究成果，有些成员在探究过程中比较积极，做出的贡献较大，有些成员由于学习意愿、学习能力、性格等因素，表现不够主动。在进行最后总结评价时要视具体情况区别对待，分别从团队精神、主动性、贡献大小、学习态度等方面进行多元评价，表彰先进、推动后进，力求共同前进。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]  刘炳昇.在物理课程中设置“综合实践活动”的意义和教学建议：以“苏科版”物理教材中的综合实践活动为例[J].物理之友，2015（1）：1-3+9.

[3]  赵文超.促进学生富有个性地学习：以苏科版物理教材中的“综合实践活动”为例[J].物理教师，2013（12）：35-37.

[4]  曹婷婷，陈卫春.苏科版物理教材中“综合实践活动”的设计思想与教学建议 [J].中学物理，2013（22）：65-66.

（责任编辑 易志毅）