胡海濤

教育部于2017年 2月頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：“科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)（Science， Technology， Engineering and Mathematics， STEM）是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融合為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?？茖W(xué)教師可以嘗試運(yùn)用于自己的教學(xué)實(shí)踐?！比欢?，科學(xué)教師具體怎么嘗試、怎么實(shí)踐，課程標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有詳細(xì)的指導(dǎo)，這給廣大喜歡STEM教育的教師們帶來(lái)了一定的困惑。其實(shí)，“科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)”等學(xué)科彼此間是相互交融、相互影響的，STEM教育的價(jià)值恰恰在于既保存了每一門學(xué)科具備的特殊性，又將其可以相互滲透、相互融合的部分結(jié)合在一起，從而促進(jìn)了各學(xué)科的融合發(fā)展。

青島出版社小學(xué)《科學(xué)》教科書的技術(shù)與工程部分中，多節(jié)設(shè)計(jì)與制作類型的課中都體現(xiàn)了STEM教育理念。例如，《走進(jìn)虛擬世界》一課，讓學(xué)生通過(guò)自制一個(gè)VR鏡來(lái)體驗(yàn)與了解VR技術(shù)，充分展現(xiàn)了STEM的教育理念，使學(xué)生明白“任何工程都需要借助數(shù)學(xué)和技術(shù)來(lái)完成，且不能違背科學(xué)和自然規(guī)律”。

鑒于筆者是《走進(jìn)虛擬世界》一課的編寫者，在這里把這一課的教學(xué)設(shè)計(jì)思路奉獻(xiàn)給大家，希望能讓廣大科學(xué)教師對(duì)“技術(shù)與工程”部分的STEM教育理念有個(gè)詳細(xì)的了解。

針對(duì)VR眼鏡一課的教學(xué)活動(dòng)，筆者設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

一、引發(fā)需求

教師首先播放一壯漢帶著VR眼鏡觀看VR電影產(chǎn)生“害怕”反應(yīng)的視頻。隨后教師問(wèn)學(xué)生：視頻中的壯漢為什么會(huì)嚇得癱倒在地呢？然后，教師再播放一段“過(guò)山車”的VR視頻給沒(méi)帶VR眼鏡的學(xué)生看，看完提問(wèn)：你們覺(jué)得可怕嗎？為什么我們的反應(yīng)和他不一樣？這樣以問(wèn)題解決為導(dǎo)向，讓學(xué)生通過(guò)討論得出，要想看VR電影就需要有VR眼鏡，引發(fā)制作的需求。

二、探究原理

教師出示多種VR鏡的圖片和一個(gè)VR鏡實(shí)物，并引導(dǎo)學(xué)生觀察VR鏡的結(jié)構(gòu)，包括鏡蓋、鏡片、鏡身。接著，就“看VR視頻時(shí)，VR鏡哪一部分起到了重要的作用呢？”這一問(wèn)題展開實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生一只手將放大鏡放到眼前，將另一只手的手掌放到放大鏡前，并前后慢慢移動(dòng)到合適的位置，就能通過(guò)放大鏡看到清晰放大的手掌掌紋（如右圖）。同樣，也正是放大鏡的放大作用使我們看到了放大清晰的VR視頻。

放大清晰的像有了，可是VR視頻中那強(qiáng)烈的立體感是怎么產(chǎn)生的呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，教師帶領(lǐng)學(xué)生做“一只眼睛對(duì)手指”的游戲。游戲規(guī)則：一同學(xué)閉上一只眼睛，用自己的食指從上往下去觸碰眼前另一個(gè)同學(xué)的食指（如左圖）。通過(guò)游戲，使學(xué)生感受到“一只眼睛看物體時(shí)立體感比較差，只有兩只眼睛同時(shí)看物體才能在大腦中形成明顯的立體感”，從而明白VR鏡需要將兩片放大鏡同時(shí)使用才能起到立體的效果。

以上兩個(gè)探究活動(dòng)表明：VR鏡是含有科學(xué)原理的技術(shù)產(chǎn)品，體現(xiàn)了本課的科學(xué)性。

三、創(chuàng)意設(shè)計(jì)

做VR鏡時(shí)首先要做個(gè)長(zhǎng)方體的盒子，由于自制VR鏡是用手機(jī)做屏幕的，手機(jī)要放到盒子里，所以盒子的長(zhǎng)和寬分別比手機(jī)的長(zhǎng)和寬略大。可是盒子的高度怎么確定呢？教師引導(dǎo)學(xué)生再次討論放大鏡的使用方法，用放大鏡看手機(jī)屏幕，量出圖像清晰時(shí)放大鏡到屏幕之間的距離（近似于焦距），這個(gè)距離就是盒子的高度了。這樣，在設(shè)計(jì)盒子的長(zhǎng)寬高的過(guò)程中用到了數(shù)學(xué)學(xué)科的知識(shí)。正是“盒子的高度等于放大鏡到屏幕的距離”，才保證了我們通過(guò)盒子能看到放大清晰的手機(jī)視頻，并能在我們的頭腦中形成立體效果，設(shè)計(jì)很精巧，有技術(shù)含量，體現(xiàn)了本課的數(shù)學(xué)性。

四、技術(shù)制作

根據(jù)自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，用剪刀和卡紙、雙面膠帶剪出并粘貼成一個(gè)帶有蓋子的長(zhǎng)方體盒子，并根據(jù)自己兩眼的距離，在盒子的相應(yīng)部位開兩個(gè)小孔，孔的大小比放大鏡略小，把兩個(gè)放大鏡粘貼在盒子小孔的內(nèi)部，蓋上盒子，VR鏡就做成了。完成后引導(dǎo)學(xué)生理解：“我們根據(jù)需求對(duì)卡紙、放大鏡等材料的利用和改造就是技術(shù)?！睆亩w現(xiàn)了本課的技術(shù)性。

五、應(yīng)用體驗(yàn)

將手機(jī)播放VR電影后，放在自制的VR鏡里，手持VR鏡看VR電影，體驗(yàn)身臨其境的VR效果。看完電影之后，引導(dǎo)學(xué)生理解：“為滿足我們的需要，運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造VR鏡的活動(dòng)就是工程?！?/p>

回顧教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)：首先，通過(guò)為學(xué)生提供視頻情境引發(fā)他們對(duì)VR鏡的個(gè)體需求，并激發(fā)學(xué)生參與制作與設(shè)計(jì)活動(dòng)的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī);其次，放大鏡的“特殊使用”實(shí)驗(yàn)揭示了VR鏡的使用原理（體現(xiàn)科學(xué)），同樣“一只眼睛看物體立體感差，兩只眼睛看物體才能在大腦中形成很強(qiáng)的立體感”的實(shí)驗(yàn)也蘊(yùn)含著科學(xué)原理（體現(xiàn)科學(xué)）;接著，以測(cè)量為主要方式對(duì)VR鏡的外殼進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一個(gè)長(zhǎng)方體盒子（體現(xiàn)數(shù)學(xué)）;然后，各小組根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，利用工具進(jìn)行制作加工，落實(shí)自己的設(shè)計(jì)（體現(xiàn)技術(shù)）;最后，將自己的作品應(yīng)用體驗(yàn)于生活（體現(xiàn)工程）。整個(gè)設(shè)計(jì)通過(guò)科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程四門學(xué)科的融合，讓學(xué)生體驗(yàn)享受完整的STEM活動(dòng)過(guò)程，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行抽象、概括，繼而形成“技術(shù)”和“工程”的主要概念，達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求。

【作者單位：煙臺(tái)市芝罘區(qū)葡萄山小學(xué)? 山東】