融入STEM教育理念，让学生成为探究的主人 科学论文

融入STEM教育理念，让学生成为探究的主人――《摆的研究》实验教学说课实录摘要：通过融入STEM教育理念，从改进实验材料，优化实验方法、创新实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 等方面进行积极探索，探究小学科学实验教学的有效方法，增强实验教学效果，提高学生动手操作和创新能力，培育学生的科学素养，让学生成为科学探究的主人。关键词：Stem教育，设计改进，器材创新引言：STEM是集科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 (Mathematics)于一体的综合教育。和传统的课堂教学相比，STEM更多的强调学科之间的交叉融合，重在培养学生的综合能力，促进学生的全面发展。我在《摆的研究》实验教学中，通过融入STEM教育理念，从改进实验材料，优化实验方法、创新实验设计等方面进行积极探索，取得了一定效果。本课参加六安市科学实验教学说课大赛获一等奖，并将参加安徽省比赛，现将说课内容进行梳理并分享：一、解读教材《摆的研究》是教科版科学五年级下册《时间的测量》单元的第六课，本课主要研究摆的摆动快慢与什么因素有关，通过实验和数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，可以让学生了解科学概念：摆的摆动快慢与摆绳长度有关，与摆锤重量和摆幅大小无关；同一个摆，摆绳越长摆动越慢，摆绳越短摆动越快。二、实验教学设计与实践的改进创新本课是一节经典的实验教学课，在传统教学中，由教师提出“摆的摆动快慢与什么因素有关？”的问题，学生进行假设，学生按照教师提出的实验方案进行实验，教师引导收集数据、分析归纳，然后分析数据形成结论。毫无疑问，这样的教学过程中，学生能顺利的形成科学概念，但是由于教师的引导过多，学生的主动学习不够，不利于学生的有效发展。那如何在保证基础目标实现的前提下，最大程度的促进学生的持续性发展呢?我在认真阅读STEM教育理念的基础上，对本课的教学进行了重构。教学之初，创设了一个情景提出了挑战性的任务，让学生小组合作制作一个15秒钟摆动15次的摆。请注意这个挑战性任务的最终目的并不是让学生一定要做出这样一个摆，而是通过制作摆的过程，学生能够开展自主探究，通过不断调整摆绳的长度和摆锤的重量来自主发现摆的规律。在挑战性任务的激励下，学生的探究热情空前高涨，主动与他人合作，进行自主探究。在解决这个问题的过程中，发展了自主探究能力和与他人交往的能力。和传统的实验教学相比，融入STEM教育理念的实验教学，呈现出以下的优势：学生学习状态的改变：从“要我学”到“我要学”。传统的实验教学中，由于学生是按照教师的指导开展实验，先研究摆锤重量，再研究摆绳长度，学生的主动性不够，所以学生呈现出“要我学”的状态。而融入STEM教育理念的实验教学中，教师提出挑战性任务，学生要自主寻找很多方法，积极主动参加到实验和思考中去，学生呈现出“我要学”的状态。学生的思维发展，从线性到系统。传统的教学当中，由于学生是按照教师指导的步骤开展实验，教师给他指明了解决问题的方法，学生的思维发展呈现线性发展。而融入STEM教育理念的实验教学中，学生在完成探究性任务过程中，他们自主建构解决问题的方法，就犹如我们走迷宫一般，多条路径都可以到达终点，所以学生的思维发展更加全面、系统。学生的实验探究：从验证式到发现式。传统的实验教学是针对教师提出“摆的摆动快慢与什么因素有关？”的问题，学生做出假设，然后通过实验来验证这个假设是否成立，属于典型的验证式实验。而融入STEM教育理念的实验教学，在完成挑战性任务的过程中，学生不断地调整摆绳长度和摆锤重量，能够自主地去发现摆的运动规律，所以这种属于发现式的实验探究，相比而言，发现式的实验探究更加接近我们真实、复杂的生活情境。需要说明的是，在这样融入STEM教育理念的实验教学当中，同样需要给予学生相应的指导，因此，我对实验的《记录单》也进行了改良，不再是传统的记录数据的《记录单》，同时也是记录下来学生调整每个摆的思维过程，我们将实验记录单变成了数据、思维并重的《学习任务单》（如表1）。三、实验教学器材的改进与创新（一）教材中实验的不足实验一：摆的快慢与摆绳长度的关系。缺点：需要系两次绳子，耽误一些时间，误导学生认为不是同一个摆。实验二：摆的快慢与摆锤重量的关系。缺点：需要加两次重物，重新系绳子，难以保证摆绳长度一致，摆绳的长度直接影响实验数据，可能导致学生得出不正确结论。实验三：调节摆锤重心来调节摆的快慢。缺点：金属圆片的固定和移动操作复杂，摆动时不平稳，而且实验材料过轻（重心不明显），不便于分组探究。（二）第一次改进实验器材材料：有铁架台、塑料管、直尺、自制摆专用量角器，塑料管两端和中间位置各打一个孔。用细线一端固定在调节插销上，细线穿过最左端的小孔，下端固定一个环形磁铁，以10cm为单位调节摆绳的长度。另一端用细线固定在管材上，下端固定带孔钢锯条。如图1：图1:第一次改进的实验器材改进后的实验实验一：摆的快慢与摆绳长度的关系。只要调节插销在直尺上的位置，就可以改变摆绳的长度。一倍绳长、二倍绳长、三倍绳长。实验二摆的快慢与摆锤重量的关系。只要将第二块磁铁轻轻地吸在第一块的侧面,就可以改变摆锤的重量。演示原来摆重、两倍摆重，三倍摆重；实验三：用调节摆锤重心来调节摆的快慢；直接将磁铁吸在铁片上，即可用磁铁的位置来改变摆锤的重心。改进后实验的不足改进后的实验，操作简便，数据准确，取得了一定效果，但也存在不足。（1）磁铁的摆动受地磁的影响，最后总是在南北方向摆动。（2）教材设计为测量15秒内摆动次数，但常出现时间到了，摆没有正好完成一个来回的摆动周期,最后这次怎么样记录常引发争论。（三）制作新的摆的研究测量工具通过对实验器材的不断改进和思考，最终我和科技公司合作，制作了一套新的摆的研究测量工具（图2）。图2：新的摆的研究测量工具光电门传感器。它不仅能够自动计次，而且能在摆锤第一次通过光电门时与倒计时同时开始，这种设计有效的防止了我们传统实验当中，摆锤放手和我们倒计时必须同时开始产生的误差，同时也降低了学生在实验当中配合的难度。计算机测量软件，它能够精确的计时和计次。量角器，它能够精确的控制摆幅的大小，使我们的实验更加的科学有效。有刻度的摆绳，不仅可以灵活调整绳长，而且通过绳上不同颜色的刻度，直接读取它的示数。下面我们通过一段视频记录来具体了解，学生是如何借助这套新的摆的测量工具来完成挑战性任务，以及他们在实验过程中的思维发展变化。生1：今天我们要来做一个15秒内摆动15次的摆，现在我们来了解这个摆的摆动次数吧。生2：好的，根据颜色刻度可以读出摆绳的长度是30cm，摆锤是金属制的，软件准备好了吗？生3：嗯，准备好了，第一次准备，开始，（计算机显示次数的变化）13次，学生记录，同样的实验做了3次。师为了保证实验的有效性，所以，同样的实验做了3次，3次测量数据完全一致。生1：三次实验都是13次，还没有达到15次，现在我们来尝试增加摆锤的重量。生2：换摆锤。生3:第一次准备、开始，同样的实验做了3次，测量软件屏幕显示13次。师：换了摆锤仍然是13次，下面的关注点会放在哪里呢？生1：3次实验的结果都是13次，和上次的一样，说明摆锤本身的重量和摆的次数没有关系。那现在让我们尝试一下，改变摆绳的长度吧？生2：现在是30厘米，试一下20厘米吧，生动手操作到20厘米。生3：第一次准备开始，计数软件显示次数变化，同样的实验做了3次。屏幕显示3次的结果16次.生1：3次实验的结果都是16次，说明改变摆线的长度是有效的。生3：对，既然摆动16次的摆是20厘米的摆绳长，而上一次摆动13次的摆绳长是30厘米，那么摆动15次的摆的摆绳长应该在20厘米到30厘米之间，那么就让我们试试25厘米吧。师：学生最后确定了一个区间范围，这里只是展示学生众多探究活动中的一种，由于不同小组他们的研究情况和策略有所不同，所以他们的研究思路也是不同的。通过刚刚的视频展示，大家可以看到这套软件，它的实验测量是比较准确的，而且实验操作比较灵活，可以很好解决传统实验中测量不准确、不灵活的问题，提高实验教学效率。情境性任务的提出，可以很好地激发学生的探究热情，同时提高学生的自主探究能力。学生在自主建构解决问题的方法的过程中，能提高学生的科学素养，同时我们设计了数据与思维并重的实验记录单，可以激发学生的深度思考。在这样融入STEM教育理念的实验教学中，能够让我们的学生真正成为探究的主人。