陳雷　董新軍　那長明

摘 要：通過設(shè)計制作“無動力車”項目，學(xué)生在設(shè)計制作過程中體驗物理觀念、鍛煉科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

關(guān)鍵詞：STEAM;物理課例;無動力車;綜合素養(yǎng);科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0032-03

隨著教育改革的不斷深入，新課程、新教材、新高考的落地實施已經(jīng)是高中教育教學(xué)的首要任務(wù)，新課標(biāo)將學(xué)生的“綜合素養(yǎng)”培養(yǎng)擺在了重要的位置，如何開設(shè)能夠培養(yǎng)學(xué)生“綜合素養(yǎng)”的系統(tǒng)課程，成為廣大教育工作者的重點工作.

所謂STEAM課程，是指由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科共同構(gòu)成的跨學(xué)科課程.它強調(diào)知識跨界、場景多元、問題生成、批判建構(gòu)、創(chuàng)新驅(qū)動，既體現(xiàn)出課程綜合化、實踐化、活動化的諸多特征，又反映了課程回歸生活、回歸社會、回歸自然的本質(zhì)訴求.STEAM是一種全新的、多元化的、重實踐的教育理念，符合新課標(biāo)對學(xué)生“綜合素養(yǎng)”進(jìn)行培養(yǎng)的教育功能.

1 活動概述

動力學(xué)是高中物理課程的重要組成部分，在完成新課程、新教材必修二“機械能守恒定律”一章的基礎(chǔ)上，筆者通過將國家課程校本化提出基于STEAM的動力學(xué)之無動力車項目，教師通過課堂教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識設(shè)計制作“無動力車”，學(xué)生在設(shè)計制作過程中體驗物理觀念，鍛煉科學(xué)探究能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

2 教學(xué)目標(biāo)

教師啟發(fā)同學(xué)們運用本章所學(xué)知識解決問題，學(xué)生通過完成本節(jié)課的實踐活動，主動建立動能、勢能、機械能守恒等物理核心素養(yǎng)中的物理觀念，學(xué)生在具體的實驗探究中結(jié)合所學(xué)知識對實驗現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋從而鍛煉物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力，通過小組競賽和展示活動培養(yǎng)團(tuán)隊意識和合作精神，進(jìn)而培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任并符合比賽規(guī)則和要求.

3 教學(xué)過程（見表1）

4 STEAM要素

4.1 科學(xué)原理

機械能守恒定律是動力學(xué)中的基本定律，在只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，物體的動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，機械能保持不變.機械能包含動能與勢能，所謂動能，簡單的說就是指物體因運動而具有的能量，表達(dá)式為Ek=12mv2，其中v是以地面為參考系的速度.勢能又分為重力勢能和彈性勢能，物體由于被舉高而具有的能叫作重力勢能.重力勢能是物體在重力的作用下而具有由空間位置決定的能量，大小與確定其空間位置所選取的參考點有關(guān)，重力勢能的表達(dá)式為：Ep=mgh，其中h為相對于參考平面的高度.動能定理描述的是物體動能的變化量與合外力所做的功的關(guān)系，具體內(nèi)容為：合外力對物體所做的功，等于物體動能的變化量.

4.2 技術(shù)難點

本活動課的“實施方案”環(huán)節(jié)，學(xué)生需自行設(shè)計實驗方案，并自選器材，需要考慮實驗器材的限制.

4.2.1 設(shè)計制作“重力車”

學(xué)生需根據(jù)所給器材設(shè)計實驗方案，動手制作由重力勢能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動的小車，并記錄小車的實驗數(shù)據(jù).

4.2.2 設(shè)計制作“彈力車”

學(xué)生需根據(jù)所給器材設(shè)計實驗方案，動手制作由彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能驅(qū)動的小車，并記錄小車的實驗數(shù)據(jù).

4.2.3 小組比賽

各組根據(jù)實際情況申請參加比賽并記錄數(shù)據(jù)，學(xué)生現(xiàn)場完成的實物成果如圖1所示.

4.3 工程應(yīng)用

本活動中，學(xué)生小組要設(shè)計制作“無動力車”并填寫實驗數(shù)據(jù)記錄單（見表2），設(shè)計控制變量方案，并運用所學(xué)知識進(jìn)行合理解釋.

4.4 數(shù)學(xué)應(yīng)用

本節(jié)課綜合考查重力勢能、彈性勢能、動能定理、機械能守恒定律、功能關(guān)系等知識，學(xué)生設(shè)計的數(shù)學(xué)表達(dá)式豐富多樣，其中典型代表有

改進(jìn)前：Ep=Ek=fx

改進(jìn)后：Ep′=2Ek=2fx

4.5 藝術(shù)展現(xiàn)

本節(jié)活動課中學(xué)生除了需要設(shè)計制作小車以外，還需要設(shè)計小車的名稱，說明寓意，制作宣傳海報，這是展現(xiàn)學(xué)生藝術(shù)才能的好機會，進(jìn)而培養(yǎng)核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

5 結(jié)束語

本節(jié)課是筆者學(xué)校物理教研室“項目式學(xué)習(xí)”系列課題之“無動力車”探索項目的能量守恒部分，本節(jié)課的設(shè)計背景是高中一年級學(xué)生在完成國家新課程、新教材必修二“機械能守恒定律”一章的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，本節(jié)課基于“雙新”背景創(chuàng)新設(shè)計，理論聯(lián)系實際，結(jié)合哈三中學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力強、綜合素養(yǎng)較好的基礎(chǔ)條件進(jìn)行校本化處理，重點培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生未來全面發(fā)展打下基礎(chǔ)，滿足學(xué)生終身發(fā)展需求.筆者以“全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽”為切入點，通過構(gòu)思和設(shè)計呈現(xiàn)一堂“雙新”背景下的全新的高中物理課堂，以加深學(xué)生對物理知識的體驗和理解.在教學(xué)過程中，始終圍繞新課標(biāo)要求的物理核心素養(yǎng)這一中心，通過課堂教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識設(shè)計制作“無動力車”，學(xué)生在設(shè)計制作過程中主動建立動能、勢能、機械能守恒等物理核心素養(yǎng)中的物理觀念，學(xué)生在具體的實驗探究中結(jié)合所學(xué)知識對實驗現(xiàn)象進(jìn)行合理的解釋從而培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力，學(xué)生通過小組競賽和展示活動建立團(tuán)隊意識和合作精神，進(jìn)而鍛煉物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.哈三中物理教研室通過將國家課程校本化，對教材內(nèi)容進(jìn)行處理、拓展和延伸，使核心素養(yǎng)中關(guān)注的學(xué)生全面發(fā)展所需必備的品格和關(guān)鍵能力得到培育，物理學(xué)科的育人功能得以表達(dá)，本節(jié)課是哈三中物理教研室“項目式學(xué)習(xí)”系列國家課程校本化的一個縮影，不足之處是受場地、時長、器材等的限制.

參考文獻(xiàn)：

[1]張海銀，陳翠，陳敏華.STEAM高中課例精編（上）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.

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[3]楊俊亞，鄭衛(wèi)峰.基于STEAM教育理念的高中物理活動課程的設(shè)計——以教育機器人打印力的合成演示儀為例[J].中學(xué)物理，2020，38（05）：31-33.

[4]許文龍.STEAM教育理念下高中物理實驗設(shè)計 ——以Tracker探究單擺運動規(guī)律為例[J].中學(xué)物理，2021，39（05）：45-47.

（收稿日期：2021-08-06）

基金項目：黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題“開發(fā)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的物理校本課程的研究”（ 項目編號：JJB1421009）.

作者簡介：陳雷（1983-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，中學(xué)高級教師，研究方向：高中物理教學(xué)、學(xué)生管理.