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基于STEM教育理念的科学课教学设计

2020-05-09李梦婷

小学科学·教师版 2020年4期
关键词:纸飞机飞机距离

李梦婷

STEM教育起源于美国,它是集科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)于一体的跨学科教育。与传统课堂相比,STEM教育更多地强调学科之间的融合,重在培养学生发现、表达、解释和解决问题的能力以及创新能力,促进学生全面发展。

近年来,我国兴起了STEM教育的热潮,得到了越来越多人的关注和支持。2017年,教育部颁布了《义务教育小学科学课程标准》,明确指出:STEM教育是一种以项目学习、问题解决为导向的课程组织方式,旨在通过科学、技术、工程和数学四门学科的有机融合来培养学生的创新意识和创新能力。由此可见,我国基础教育对STEM教育的关注和重视。

通过查阅相关文献资料,笔者发现现阶段我国对STEM教育理念的理论研究比较多,而对STEM教育的实践研究还不是很丰富。因此,本文立足于STEM教育理念,尝试对融入STEM理念的科学课——“做一架纸飞机”进行探索,以期为一线科学老师提供更多的思考。

一、学习内容分析

投掷纸飞机是一种儿童经常玩的游戏,它贴近学生的生活、学生比较熟悉。本节课是基于STEM教育理念的教学设计,主要体现在以下几个方面:

(一)一张简单的纸,通过折叠,就能够在空中飞起来,而且有的还可以飞很远。这是为什么呢?其中一定蕴含了科学原理。(Science)

(二)在本节课中,学生会面临这些问题:什么样的纸飞机飞得远?如何设计与制作纸飞机?需要用到什么工具?每名同学都扮演了工程师的角色,從这个角度来说,每个步骤都是技术的体现。(Technology)

(三)在活动中,学生要能够根据要求设计、制作、测试和评价自己的纸飞机,这体现了工程的元素。(Engineering)

(四)折叠的纸飞机,每一部分都是一个几何图形,且都是对称的,其中蕴含着数学知识;此外,在测量和统计纸飞机飞行的距离、分析数据的过程中也蕴含了数学知识。(Mathematics)

本节课的教学注重学生在面对真实问题时的思维方式的培养、解决方案的探索以及对研究过程的反思,进而提出新的问题,激发学生进行再一次的研究探索。

二、学习者分析

大部分学生在课间活动中都玩过纸飞机,学生会对这一活动主题产生强烈的兴趣。尤其是小学高段的学生具有一定的分析及逻辑思维能力,注意力更加容易集中,学生在尝试、猜测、记录、验证中,通过 “做中玩、玩中思、思中得”享受探究的乐趣。

三、设计思路

本节课的设计思路如下:在课前分发“纸飞机工程协议书”与相关材料,让学生在课下完成纸飞机的第一次制作。课上先询问学生的纸飞机飞行距离是否超过7米(7米是“纸飞机工程协议”中的数据标准)?大部分同学都说没有超过7米,为什么会这样呢?带着这样的困惑,学生进入本节课的学习。首先是“探索纸飞机”,分析影响纸飞机飞行距离的因素,学生通过设计实验、测量纸飞机的飞行距离(课前完成)、分析数据,得出结论。接着让学生通过刚刚总结出的知识完成纸飞机的设计与制作;然后是让学生以小组为单位测量自己纸飞机的飞行距离;随后,让学生完成纸飞机的评估,填写报告单;最后,播放《厉害了,我的国》中飞机的影像,让学生了解到科学技术已成为社会与经济发展的重要推动力量。

四、教学目标

(一)科学知识目标

学生能认识到不同形状的纸飞机对飞行距离的影响。

(二)科学探究目标

1.制作一架能够在无起飞加速的情况下飞行距离超过7米的纸飞机。

2.探究纸飞机机头的尖平、机翼的宽窄对飞行距离的影响。

3.培养学生发现问题、分析问题、逻辑推理以及解决问题的能力。

(三)科学态度目标

1.激发学生探索知识的兴趣,对自然现象保持好奇心和探究热情,乐于参加观察、实验、制作等科学活动。

2.培养学生认真细致的科学态度以及合作精神。

(四)科学技术、社会与环境目标

了解科学技术已成为社会与经济发展的重要推动力量。

五、教学重难点

(一)教学重点

制作一架能够在无起飞加速的情况下飞行距离超过7米的纸飞机。

(二)教学难点

探究纸飞机机头的尖平、机翼的宽窄对飞行距离的影响。

六、教学准备

纸飞机工程协议书、评估表、报告单、折纸、固体胶、教学视频等。

七、教学过程

(一)情境导入

1.设置情境

师:近期,阿尔法航模公司在我校征选纸飞机模型。前天,老师已将纸飞机工程协议书和相关材料发给各位同学,相信同学们已经在课前做好了充足的准备。

生:对本节课的学习充满了信心。

设计意图:通过情境导入,激发学生的好奇心,并将学生迅速带入课堂。

2.引出问题

师:同学们,你们的纸飞机飞行距离超过7米了吗?

生:有的同学说超过了,有的同学没有出声。

师:有的同学说超过了,有的同学说没有,可能离成功还有一点距离。没关系,今天我们来改进方案,进一步探究。

设计意图:通过简单的对话,了解学生的课前准备情况。

(二)探索纸飞机

1.分析影响因素

师:你们觉得哪些因素会影响纸飞机的飞行距离呢?

生:纸张类型、纸飞机的大小、机头的形状、机翼的类型、空气(阻力)。

师:PPT展示一些因素,今天我们选择其中的两个因素——“机头类型(尖/平)”和“机翼类型(宽/窄)”进行探究。

设计意图:聚焦问题,激发学生的思考。

2.设计实验

师:我们先来看第一个实验——研究机头的尖平对纸飞机飞行距离的影响,可以提供的材料有:纸、固体胶、尺子。你会怎么设计这个实验呢?请同学们以小组为单位,讨论出设计方案。给大家2分钟的时间。

生:开始讨论。

师:好,时间到。谁来分享一下你们组探讨出来的研究方案?

生:制作两架纸飞机,一个是尖头,一个是平头,其他条件都相同,分别测量它们的飞行距离。

师:PPT展示实验方案,强调控制变量的原则。

师:接下来,我们来看第二个实验——机翼的宽窄对纸飞机飞行距离的影响,可以提供的材料有纸、固体胶、尺子。你会怎么设计这个实验呢?

生:制作两架纸飞机,一个是宽翼,一个是窄翼,其他条件都相同。用同样大小的力和角度去试飞纸飞机,并记录数据。重复多次试验。

师:给予学生肯定的评价。展示实验设计。实验我们已经设计好了,接下来,我们该怎么做?

生:测量不同纸飞机的飞行距离。

设计意图:学生通过设计实验,培养他们的逻辑思维能力。

3.测试纸飞机

师:科学兴趣小组在课前帮我们做了测试(由于时间和场地的限制,在课前做了测试),你们想不想知道他们的测试结果?

生:想。

设计意图:通过测量纸飞机激发学生探索的热情,体会探究的乐趣。

4.分析数据,得出结论

师:接下来,让我们一起来看看他们的测量结果。这是第一个实验——尖头飞机和平头飞机的飞行距离记录。分析这两组数据,你们发现了什么?请同学们独立思考1分钟,然后小组讨论1分钟。

生:以小组为单位讨论。

师:请小组代表发言。

生:尖头飞机比平头飞机飞得远。

师:给予学生评价。这是第二个实验——窄翼飞机和宽翼飞机的飞行距离记录。分析这两组数据,你们发现了什么?请同学们独立思考1分钟,然后讨论1分钟。

生:以小组为单位讨论。

师:请小组代表发言。

生:窄翼飞机比宽翼飞机飞得远。

师:给予学生评价。

设计意图:教师引导学生分析数据,培养学生的分析问题、解决问题的能力。

(三)纸飞机的再制作

师:分发材料包。请同学们根据刚刚所总结的知识再次制作一架纸飞机。温馨提示同学们制作完成后不可以随意飞纸飞机。

生:制作纸飞机。

设计意图:提高学生动手操作的技能,加强其活学活用的意识。

(四)纸飞机性能测试

师:新的纸飞机我们已经制作好了,接下來我们该怎么做?

生:测试纸飞机的飞行距离。

师:很好,PPT展示测量的方法。请每组的1号、2号同学试飞纸飞机。(由于时间关系,没有让每组的5个同学都试飞)

生:有序地进行纸飞机的试飞并记录纸飞机的飞行距离。

设计意图:通过纸飞机的试飞,让学生了解其性能。

(五)评估

师:请测试完的同学对照纸飞机评估表对自己的纸飞机进行评分。

生:对自己的纸飞机进行评估。

设计意图:学生通过评估自己的纸飞机,了解其性能。

(六)小结

师:请同学们完成产品报告单。给大家3分钟的时间。

生:填写产品报告单。

师:播放《厉害了,我的国》中飞机的影像资料。

生:学生仔细观看。

师:同学们,我国的飞机产业正在迅猛发展,自主研发的客机——C919已成功升空。今天我们是小小课堂里纸飞机的设计者,明天我们也许就是蔚蓝天空中飞行器的工程师!

设计意图:总结本节课的内容,激发学生继续探索科学的热情。

八、板书设计

做一架纸飞机

制作——探索——再制作——测试——评估——完成报告单

九、教学反思

本案例是基于STEM教育理念的小学科学教学设计。整个教学设计立足STEM教育理念,以纸飞机为主线,让学生经历了制作、探索、再制作、测试、评估、完成报告单等完整的过程,培养了学生发现问题、解决问题的能力,动手操作能力,分析数据的能力,逻辑推理的能力,促进了学生核心素养的发展。

大部分学生在课间活动中都玩过纸飞机,学生会对这一活动主题产生强烈的兴趣。但是学生对什么样的纸飞机飞行距离远没有思考过。另外,小学高段的学生具有一定的分析与逻辑思维能力,注意力更加容易集中,他们在尝试、猜测、记录、验证中,通过“做中玩、玩中思、思中得”享受到了探究的乐趣。

本节课我设计了几个版本,在不同的年级试教过,遇到过一些问题,如给每个小组分发几张纸?如果发1张,只有1个同学能折纸飞机,其他同学的参与度不够。试飞过程中,同学们读数比较慢,效率比较低。几个小组试飞纸飞机?如果安排的小组太少,其他同学的参与度也会下降,如果班上50多个同学每人试飞一次,需要较长的时间。

针对试教过程中出现的问题,同事们给我提出了许多宝贵的建议。根据同事们的建议和自己的一些思考,我对教学设计进行了一系列的调整,才得到现有的教学设计。

对本课的教学细细回味,我觉得有以下几点是可取的:本节课紧贴STEM教育理念,重难点突出;教学环节清晰流畅;注重学生爱国情感教育;注重对学生动手操作能力的培养;注重对学生的评价。

当然,本节课还存在一些不足,如:课上应该让学生亲自测量尖头、平头、宽翼、窄翼飞机的飞行距离,但是由于场地和时间的限制,测量放在了课前。最后的环节中,由于时间的关系,每组只测试了2架纸飞机。

【作者单位:武汉市光谷第一小学  湖北】

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