大单元视域下基于STEM课程理念的实践

摘 要：基于STEM课程的设计理念，利用逆向教学设计法，对电学单元进行综合教学设计。以“利用电能设计机器解决问题”主题为脉络，在教学中通过物理学史的渗透，引导学生主动探究物理问题，并利用所学知识解决生活中的问题，旨在提升学生的物理素养，激发学生对电气自动化等领域的兴趣。

关键词：大单元；综合实践活动；STEM课程；调光灯

基金项目：本文系江苏省苏州市教育科学“十四五”课题“基于大单元的STEM课程模型的构建与应用研究”（课题编号：2022/LX/02/104/03）的课题成果。

作者简介：陆楚雅（1995—），女，江苏省太仓市沙溪第一中学。

唐晓挺（1975—），男，江苏省太仓市沙溪第一中学。

自新课标发布以来，围绕物理学与工程实践及社会发展的研究逐渐成为热门课题。许多学者、教师在项目化学习与STEM课程的研究基础上，提出跨学科实践的概念。跨学科实践适用于中小学一线教师的教学实践，注重在单一学科课堂上融入其他学科的知识，促进学生的实践与学习。跨学科实践的知识体系具有系统化的特点，有助于整体构建学科间的知识网络。

跨学科实践与STEM课程和项目化学习一样，强调主题式的学习，其将基本问题作为课堂设计的基础，通过表现性任务来考查学生对大概念的理解和解决问题的能力。威金斯和麦克泰格指出，以活动为导向的课程能够激发学生的兴趣，并展现学科之间的关联性［1］。在实际教学中，有的学生在课程结束后并未感受到项目的实际价值，或未能认识到这些活动对知识或技能学习的意义。跨学科实践针对这一问题做了进一步改进，强调学生对知识的深度理解以及知识在生活情境中的迁移应用。

一、从电学史中挖掘教育素材

（一）通过电学史创建教学情境

1.亮起一盏灯——从能源角度引入课程

“初识家用电器与电路”是苏教版初中《物理》九年级上册“电路初探”单元的第一节。传统教学通常通过介绍日常电器的能量转换特性以及简单电器——手电筒的电路，来探究电路的组成。在这样的教学中，学生虽然能够了解知识，但缺乏探究动力。为了增强学生的学习动力，我们可以换一个角度引入电学课程：古代，人们在黑夜里主要依靠灯油照明；进入工业时代后，煤气灯成为主要的照明工具。接着，教师可以引导学生思考：如果你生活在17世纪，想寻找一种比煤气灯更安全、更明亮的光源，你会选择什么能源？

由此，整个电学单元便有了主题：寻找煤气、汽油以外的优质能源，并利用这种能源制造机器以满足人们的需求。当教师明确地为学生提供了一个既需动手又需动脑的探究主题时，学生对电学的学习热情会大大提高。在这一大主题下，课程内容可以细分为三个子主题：制作一盏能安全发光的调光灯（学习欧姆定律和变阻器的知识）、制作三挡电热炉（学习焦耳定律以及串并联电路的知识）、制作手摇电风扇（学习电与磁的知识）。这样一来，“设计一盏调光灯”不再仅仅是一节可有可无的综合实践活动课，而是贯穿整个电学单元的核心主题活动，并作为考查学生对电学核心概念理解程度的表现性任务。

2.欧姆定律和变阻器

现在，如果要制作一盏调光灯，人们大多不会选择白炽灯，而会选择荧光灯或LED灯。通常情况下，LED灯主要用于低压电源的便携灯具，而家庭照明电路中的主流灯具则是荧光灯。为什么爱迪生制作灯泡时选择钨丝而不是铜丝作为灯丝？灯丝的选择有哪些要求？为什么我们如今正在逐步淘汰白炽灯？荧光灯有哪些优点？这些问题都可以通过实验来研究。在选取合适的灯丝时，教师可以通过对比碳丝和钨丝，让学生了解灯丝需要具备的一个重要物理属性是高熔点。然后，学生可以进一步思考如何使灯丝变得更亮。

对于白炽灯WynFI85/21uAcENiaNt39VzfxIFpNJTOJsbhe6M1CDo=而言，其发光的原因是灯丝由于热量的散发而达到白炽状态。那么，什么样的灯丝更容易达到白炽状态？学生探究这个问题，实际上也是在探究电阻的影响因素。在通过实验探究并总结出电阻的影响因素后，教师可以引导学生利用铅笔芯制作一个简单的变阻器，用来改变电路中的电流。白炽灯很容易烧断，那么，如何保证它安全发光呢？电路的三要素——电压、电流、电阻之间存在什么样的关系？学生在探索这三者之间的关系时，将理解串并联电路的电流电压特性以及欧姆定律的具体应用。

二、基于UBD逆向设计框架的电学单元设计

（一）阶段1——预期成果

结语

通过创设一系列教学情境，不仅能够让学生更加深入地了解电灯行业发展的历史，还能引导他们将欧姆定律相关知识学以致用，从而实现以大概念为核心的大单元教学目标。在下一章中，教师可以继续通过法拉第的电动机、发电机以及电报的发展史创设物理学史情境，围绕核心概念进一步展开大单元教学，同时将机械制作与物理学知识相结合，培养学生的工业技术素养和发明创造的创新精神。

在电学大单元中，许多物理学史中的实验可以在课堂上再现。教师沿着“电气时代”发明家和科学家们探索电力、应用电能进行生产实践的脉络进行教学，能够帮助学生完成多项实物制造的表现性任务，提升他们的跨学科实践能力和工程素养，培养未来社会所需的创新型人才。

［参考文献］

格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）［M］.闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2017.

中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022.