基于STEM理念的课堂教学实践

林燕

摘要：本课例将 STEM 理念引入到教学中，以真实情景入手，引导学生根据需要自主探究，一步一步解决问题，动手成功制作红绿灯变换装置。并进一步思维进阶发散，开发设计水位警报器等项目。

关键词：STEM 教育;电磁继电器;真实情景

STEM 是一种科学、技术、工程、数学的多学科融合教育，注重思维和能力的培养。目前，运用 STEM 教育的理念，培养具备创新能力的人才，是教育领域的热门话题。[1]

一、STEM 理念应用的必要性

当前国家提倡“双减政策”，“双减”是要减学生的负担，更也需要提升学生的学习效率。教师不断提升自身的修养，将STEM 理念引入到课堂中，有助于打造高效课堂，有效提升学生创造性的思维品质，更好地实现“减负提质”。

二、教学设计与实践过程

1.创设情景引出新课

引课播放电磁起重机工作的短视频，并说明电磁起重机要吸引这么多的铁制品，需要工作电压380V。提问。

师：电磁起重机中有强大的电流，工人师傅能直接操作开关吗？

生：不能。

师：那有什么办法解决？

生：用电磁铁来控制。

师：为什么可以用电磁铁控制？怎样控制？

生：开关上有铁片，只要把电磁铁放在铁片的下方，给电磁铁通电就有磁性.吸引开关闭合，电磁起重机工作，吸引铁制品。

师：开关闭合了，它能自动弹开，停止工作吗？

生：可以在开关处加上一个弹性片或弹簧。

师：这种利用电磁铁的通断电来控制触点接通和断开，间接实现控制其他电路的装置就叫作电磁继电器。

设计意图：电磁继电器是因为现实的需要被发明创造出来的，最早的继电器是用来控制高电压强电流的另一电路的开合，了解由来能更好地明白它的工作情况和特点，为接下来的项目化学习打好铺垫。

2.设计环节项目学习

设计“创设情景引入问题”“基于需要自主探究”“问题引导逐步完善”“思维发散增加项目”4个环节进行，如图1。

2.1创设情景引入问题

问题情景：交通信号红绿灯的转换，请你帮他想一个解决的方案（可参考桌上实验器材，设计出电路图）。

学生活动：基于生活经验和科学知识，提出方案一：用單刀双掷开关，通过拨动开关就可以改变红绿灯的变换（如图2的电路图）;方案二：用电磁继电器，通过给电磁铁通断电，实现红绿灯的变换（如图3的电路图）。

设计意图：基于真实的生活场景，激发出学生的求知和展示欲。利用建模思想，画出电路图。

注意：为降低难度，方案二的电路图需事先在活动单上画好框架，可展示错误学生的图加以纠正，以提问的方式强调红灯与绿灯并联，工作电路电源始终与动触点相连。

2.2基于需要自主探究

活动：提供普通红灯、普通绿灯、红色二极管、绿色二极管、导线、单刀双掷开关、电池、电磁继电器等实验器材，学生自选器材组装电路，实现红绿灯的转换。

学生活动：通过动手实践探究，根据已有的生活经验和探究结果，经过比较，多数同学讨论认为：方案一依靠用手拨动操作红绿灯的才能变换。（如图4）而红绿灯实际是自动切换的，方案二依靠对电磁铁通断电可控制红绿灯，也就是不需要在路边直接按，而是在办公室里可以远距离操控。（如图5）方案二最为合理。

设计意图：学生自主探究，动手实践，通过比较找到合适的器材，容易归纳出电磁继电器实质是由电磁铁控制的自动开关。

2.3问题引导逐步完善

问题引导1：电磁继电器所在电路接通后，使用过程中发现衔铁无响应或无法完全吸下，导致动触点与下方静触点不接触？怎样解决？

问题引导2：交通信号灯应该是什么灯泡？为什么？

问题引导3：二极管未发光怎么回事？怎样解决？

学生活动：根据老师启发式问题链，一步一步地优化，直到开发出一个性能良好的红绿灯转换器.

问题1：电磁铁的磁性不够强，解决办法：①增大电流②增加线圈匝数，根据现有的器材，可以增加电池的节数，实现衔铁快速紧密吸合。

问题2：交通信号灯应该是二极管，因为二极管不容易坏，使用寿命长，发光可达10万小时。

问题3：二极管是半导体，具有单向导电，电流必须要按箭头流进。

设计意图：通过做中学的方式，使学生更好地了解控制电路和工作电路的工作情况，实现思维的进阶发展。解决问题后，看到自己改进的电路，学生体验到了成就感，积极性异常高涨。

2.4思维发散增加项目

活动：在自然衔接下，搭建问题阶梯，再一次启发：如何自动远程控制各种警报器？电磁继电器所在电路中，替换哪些元件就能实现报警效果？

师：那水位警报器是控制电路中的哪个部位被替代才能完成报警？

生：在控制电路的开关处换成水位，水会导电，到达水位相当于开关闭合。

师：那温度警报器呢？

生：在控制电路的开关处放温度计。

学生活动：开展小组活动制作水位警报器。先讨论画出电路图（如图6甲），利用水、烧杯和触头，完成制作，展示汇报（如图6乙）。

布置课后延伸任务：规划项目组，如压控组、温控组、灾害预警组等，利用电磁继电器，分组设计各类警报器。

设计意图：在自然衔接下，搭建问题阶梯，开发新项目，实现思维的沟通生长。项目规划有效地培养学生小组合作的能力，通过各个小组之间的交流与评价，感受知识获得的快乐。

三、教学反思

常规电磁继电器教学，教师介绍仪器的结构及其工作原理，只重视对学生知识与技能的培养。教师一味枯燥地讲授，学生容易理解不到位。每年中考涉及电磁继电器题目又不少，而且往往有大题，导致学生成绩不理想。

本课例结合了 STEM教育理念，首先以现实生活真实的需求，如何发明电磁继电器引入新课。紧接着以红绿灯为生活原型，从学生视角组织，在教师的层层引导下，应用讨论、探究式学习，一步一步解决问题，直到开发出一个可实现红绿灯转换的模型。并进一步思维发散，开发新产品，制作水位报警器。最后课后开展小组活动，规划项目，分组设计各类报警器。将STEM 理念引入到课堂中，将知识的提升化解为阶梯式的，不仅培养学生解决问题和工程思维能力，体会到成功制作产品自豪感，而且拿下考查学生核心素养中考题不在话下下。在双减背景下，应用STEM教育理念，为我们初中科学教师找到创新教学的突破口。

参考文献：

[1]肖化、郭晓敏、曾辉区、楚瑜.基于STEM教育理念培养高中生科学探究素养[A].理教学探讨 2021年第4期Vol.39 No.4.