浅谈以PBL开展STEM的路径

唐文军

摘  要：“设计制作风帆小车”是粤教版科学内容，是对前面学习的知识进行整理和运用的一课，重点指导学生设计制作风帆小车，体验设计和制作的过程，并在此过程中指导学生应用他们所学的知识和技能。本节课从四方面入手，第一，选择什么材料的风帆来制作;第二，具体地对学生设计风帆小车进行指导制作;第三，测试风帆小车;第四，改进制作风帆小车。

关键词：STEM教学;实验教学;教学设计

一、教学分析

（一）教材分析

本课定位于学生在设计的基础上，在课内初步完成风帆小车制作，在制作的过程中进行设计，再修改，技术的再改进，体验设计和制作的艰辛历程。在这个过程中，动手用脑，以PBL的形式来开展STEM教育，学生能够学以致用，真正解决问题，获得能力和思维的提升。

（二）学情分析

学生已经初步认识重力、弹力和摩擦力，知道力有大小和方向，力的大小是可以测量的，认识力的单位“牛”。认识影响摩擦力大小的一些因素和对运动的影响。改变物体静止或运动状态，必须有力的作用。在科学探究方面，能在教师指导下做研究摩擦力大小的简单对比实验。经历推测、设计实验、检验推测的过程，并作实验记录。能用已有的知识和经验做出判断和解释，如对摩擦力有益还是有害做判断，对自行车上增加和减少摩擦力的设计做解释。会用弹簧测力计测量力的大小。

（三）设计理念

在以前的生活和学习经验的基础上，安排学生设计制作风帆小车，一方面能很好地调动学生的积极性，另一方面也能使学生运用所学的知识应用于实践中，学以致用。在巩固学生本单元知识的同时，提高学生的应用能力和动手操作能力，做到课堂学习内容解决实际生活问题，基于真实问题和情境，实施STEM教育，有助于提升学生的创新思维和实验能力。

二、教学目标

科学（S）：初步感知风帆小车的运动距离可能与风帆的材料、弯曲程度、大小、风速、地面摩擦等因素有关。技术（T）：掌握制作简易帆的工序，能够利用刻度尺，测量自制的风帆小车的运动路程。工程（E）：体会和熟悉“提出问题—设计方案—进行交流—改进方案—制作测试”的工程技术流程。数学（M）：能够利用工具正确测量小车的运动距离，并记录实验数据，进行多次试验，取平均值，掌握数据处理方法，使结果更可靠。

三、教学重难点

重点：掌握设计的一般程序及设计制作风帆小车，不断调整、测试，探究各因素对行驶距离的影响。难点：学生制作的技术较难达到设计的要求，学生很难控制单一变量，通过控制变量法，来探究问题的核心。

四、教学准备

剪刀，双面胶，小木棒，小车，卡纸，白纸，电动风扇，塑料膜。

五、教学流程

（一）导入

师：同学们，明天是什么节日？我们一起来看一段视频，了解一下帆船吧！

生：思考、讨论并回答，提出自己的奇思妙想。

师：另外，这里有两辆车，它们的车牌最明显的不同在哪里？绿牌表示什么？这是新能源汽车，既环保又节能，是国家大力提倡的。今天，我们也要来造一辆零排放零污染的新能源小车，用什么能源呢？

生：各抒己见，点名回答问题，其他同学补充。

师：大家非常聪明，如果把船上的帆移到车上来，那应该叫什么？这就是风帆小车。今天就让我们一起来探究如何制作一辆风帆车，让它行驶的距离尽可能远吧！大家想尝试一下吗？

（二）设计、交流

1. 出示材料，确定目标。师：我们要利用桌面上的材料，通过你们不同的设计，小组合作制作，做一个运动距离最远的风帆车。

2. 设计图纸，交流方案。同学们，看了帆船的视频，请个人设计风帆车的图纸，时间为2分钟，现在开始。请组长组织组员进行讨论，各组员说明设计的依据，然后小组确定方案，并最终要完成一张小组设计正稿。

3. 出示要求，明确评价要求。各小组今天要比一比，看哪组的设计、制作更优秀。同学们和教师一起给各组打分：一是外观和创意，二是给小车的运动距离打分，三是教师根据各小组的活动情况给出的附加分。

4. 按图设计风帆，展开交流。同学们开始测试自己的风帆车，明确测量距离的方法，学会数据处理的方法。

（三）制作、调试风帆小车

在制作之前有以下温馨提示，请按要求完成：在制作过程中，要注意时间，记录相应的实验数据，时间为20分钟，调试时间为5分钟。制作结束后，给每组5分钟时间，进行改进。并在实验导学单上记录在制作过程中遇到的问题，及如何解决。

（四）交流展示、评价

1. 风帆小车竞赛。师：请各小组将制作好的风帆车在赛道上运动，并向大家展示你们的风帆小车的运动距离。

2. 师生配合对各小组进行评价。教师组织评比，选出最具创意奖，最佳设计奖，最佳最远风帆车，请获奖各组上台分享比赛经验和得失。

（五）小结拓展

师：同学们，经过今天的研究学习，你有什么收获或是还有什么问题？我们认为小车的运动距离应该跟帆的什么因素有关？你有什么方法可以改进风帆车，让其行驶得更远？到底是哪一个或哪几个因素在影响小车的运动距离呢？你能不能设计一个实验来证明呢？我们接下来的学习就可以逐项来证明帆的这些因素是不是真的影响小车运动的距离。

等大家研究完了这些，还可以思考除了风力可以促使车运动？有没有别的形式的能量，让车运动？另外，再探究还有没有其他因素影响了风帆小车的运动距离。许多帆船有许多面帆，还配有绳子，水手可以根据方向的风来控制帆，有时逆风反而行驶得更快，大自然的科学奥秘等着大家去探索！未来的世界充满未知，你能否用今天学习的知识，在网上查找各种资料，设计一辆未来汽车，下周大家一起来分享自己的构想。

六、教学反思

（一）亮点

通过生活中事例，引入风帆车的概念，针对真实问题，真实情境，提出相应的问题，充分尊重了学生的学习需要和认知规律。在上课过程中，教师只是引导课堂，不断提问，引发学生思考。在课堂上，学生充分动手、动脑，进行调试、充分讨论和分享。教师巡堂，指点学生，解决学生学习过程中遇到的问题，成为课堂的陪伴和引领者。课堂气氛活跃，学生的创意得到充分发挥，提升了学生综合运用知识的能力。本节课例体现了STEM的教育理念，做中学、学中做。

（二）不足

在设计方案时，没有完全控制好变量，如电风扇的风力大小、远近等因素没有考虑进去，每组的数据只有1次，可能存在比较大的误差，有些学生不会区分误差和错误，不会数据处理。整个过程中，学生比较激动，时间观念不是很强，导致课堂每个环节的时间控制得不是特别好，有点匆忙。学生的分享时间不够，没有办法深入交流。这些问题都是我下次上课需要注意的地方，希望能够克服这些问题，让学生有更大的收获。

参考文献：

[1]李珂. 小学高年级科学课教学中融入STEM教育的案例设计与实施[D]. 济南：山东师范大学，2021.

[2]高琳琳，苑芮，贾少波. 基于STEM教育理念的实验教学案例分析[J]. 中学生物教学，2020（12）：48-49.

（责任编辑：罗  欣）

本文系2020年广东省教育研究院课题“人人可做发明家——基于STEM创意设计与制作校本课程的开发与实施”（课题编号：2018GDSTEM008）研究成果之一。