楊舟　田成良

摘 要：隨著新課程改革的推進，教學從“以教育者為中心”向“以學習者為中心”轉變.在新課改的背景下，本案例將STEAM教育在物理課堂中進行實踐.旨在以學生常見的問題情境（改變臺燈的亮暗程度）入手，引導學生根據自己的需求運用科學方法制作滑動變阻器，并對自制滑動變阻器進行檢測與評價，最后通過實驗歸納出滑動變阻器的用法.

關鍵詞：新課程改革;STEAM教育;滑動變阻器

文章編號：1008-4134（2020）12-0027中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

常規(guī)滑動變阻器教學為教師介紹儀器的結構及原理，只重視對學生知識與技能的培養(yǎng)，不重視對思維和能力的培養(yǎng).STEAM教育在實施中，要求學生應用科學、技術、工程、藝術以及數學等知識來解決生活中遇到的實際問題，旨在培養(yǎng)懂科學技術、了解社會，善于將科學技術應用于生活中的高素質學生.STEAM教育恰好能彌補常規(guī)教學中存在的不足，因此將STEAM教育應用于物理教學非常有意義.

1 STEAM教育在物理教學中應用的必要性

學科核心素養(yǎng)[1]是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，物理核心素養(yǎng)與STEAM教育理念是統(tǒng)一的[2].STEAM教育可以讓學生更深刻地認識與物理有關的科學、技術、工程、藝術、數學等問題，有利于學生形成科學思維.STEAM教育注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性和自主性，引導學生在實踐中去發(fā)現問題、探究問題和解決問題，養(yǎng)成嚴謹的科學態(tài)度與責任.因此，將STEAM教育理念引入到物理教學中，有助于提高學生的物理核心素養(yǎng).

2 教學內容與學生分析

2.1 教學要求與理解

“變阻器”是北師大版義務教科書《物理》第十一章“簡單電路”的重點內容.本節(jié)研究的變阻器包括兩類，分別是滑動變阻器和變阻箱.根據學生的情況，將內容分為兩課時去講.本案例選取的是第一課時，主要內容包括滑動變阻器的結構、原理及用法.本課以開發(fā)能調控臺燈亮暗程度的產品為主題，在STEAM教育理念指導下設計內容.針對滑動變阻器正確使用這一教學重點和了解滑動變阻器結構這一教學難點開展教學.教學過程中結合學生實際情況，把理論知識與動手實踐相結合，讓學生根據自己的需求一步一步開發(fā)出滑動變阻器[3-4].

2.2 學習者特征分析

學習者為理工附中初中三年級學生，他們已經具備了一定的觀察、分析、研究、歸納和概括物理現象以及總結物理規(guī)律的能力，但在科學探究中某些操作細節(jié)還不夠嚴謹，還需要教師的精細指導.學生能夠通過教師預設的實驗操作步驟和探究思想來培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度.在知識層面上，通過前面物理課的學習，已培養(yǎng)了學生學習物理知識的濃厚興趣，而本節(jié)又含有較多有趣的物理現象及加入了變阻器的內容，所以學生不會覺得本節(jié)的學習枯燥無味.

3 教學設計與實施

3.1 教學目標分析

（1）了解滑動變阻器工作原理、結構，能將所學的知識應用于實踐.

（2）通過經歷以問題引領的方式開發(fā)滑動變阻器的過程，培養(yǎng)創(chuàng)新能力及發(fā)散思維.

（3）通過實驗探究活動，探究滑動變阻器正確使用的方法，體驗對比、歸納等科學思維方法.

（4）領悟團隊協(xié)作的力量，體驗科學、技術、生活的緊密聯系，享受物理學習中的樂趣.

3.2 教學環(huán)節(jié)設計

本案例按照“情境創(chuàng)設引入問題”“基于需求確定原理”“問題引領逐步完善”“實踐檢驗梳理規(guī)則”4個階段進行，教學流程如圖1所示.

4 案例描述

4.1 情境創(chuàng)設 引入問題

活動：立足生活實際需求，提出需要解決的問題，引發(fā)學生思考.

問題情境：圖2為某同學家的不能調節(jié)亮暗的普通臺燈.夜晚該同學想把自己的普通臺燈由亮變暗.請你幫他想一個解決的方案.

學生活動：基于生活經驗和物理知識，提出方案一：接入外接電阻;方案二：增減電源電壓;方案三：串聯電阻可變的器材.經過討論多數同學認為方案三最為合理.

設計意圖：基于生活需求創(chuàng)設情景，激發(fā)學生的興趣.提出本課的主題“開發(fā)能調節(jié)臺燈亮暗的器材”，引發(fā)后續(xù)研究.

4.2 基于需求 確定原理

活動：提供小燈泡、導線、開關、電池、鉛筆芯、鎳鉻絲、康銅絲、鐵絲等實驗器材，學生自選器材組裝電路，實現改變小燈泡的亮暗程度的目的.引導學生通過自主探究的方式，確定變阻器的工作原理.

學生根據已有的物理知識和探究結果，發(fā)現可以通過改變電阻材料種類、長度、橫截面積等方法，來改變連入電路的電阻，進而控制小燈泡的亮暗.學生設計電路進行探究并展示作品.經過比較發(fā)現，通過改變導體長度來改變電阻的方法是最佳的，從而確定變阻器原理.通過實驗還發(fā)現鎳鉻絲是制作變阻器最合適的材料.

設計意圖：以學生為主體地位，引導學生通過自主探究的方式確定變阻器原理.為下一步開發(fā)滑動變阻器提供理論依據.

4.3 問題引領 逐步完善

活動：搭建問題階梯，用一個個小問題引領學生逐步完善滑動變阻器，直到開發(fā)出性能良好的產品.

問題引導1：鎳鉻絲太長如何才能節(jié)省空間？

問題引導2：如圖3（a）所示，把鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣橡膠管上有沒有發(fā)現新的問題？怎樣解決？

問題引導3：金屬絲上涂絕緣漆之后，同學們又發(fā)現了什么問題？怎樣解決？

學生活動：根據生活經驗和物理知識，逐步優(yōu)化產品.在制作變阻器過程中，解決了前面問題，又發(fā)現新問題，繼續(xù)尋找解決方法，直到開發(fā)出一個合理的、性能良好的滑動變阻器.圖3（c）為制作變阻器的過程，圖3（d）為開發(fā)的滑動變阻器的照片.

問題1：如圖3（a）所示，可以將鎳鉻絲緊密纏繞在絕緣管上，以實現節(jié)省空間的目的.

問題2：又發(fā)現了緊密纏繞的金屬絲之間會相互接觸，出現了短路的現象.可以在金屬絲上涂絕緣漆，阻止它們相互接觸.

問題3：涂絕緣漆之后，只能將金屬絲兩端接入電路無法改變金屬絲的長度，不能實現變阻的目的.如圖3（b）所示，可以利用砂紙將金屬絲上的絕緣漆刮掉一部分.

設計意圖：引導學生經歷開發(fā)變阻器的過程，讓學生深刻理解變阻器是怎樣一步一步設計而成的.通過做中學的方式，讓學生更好地了解滑動變阻器的結構和作用.

4.4 實踐檢驗 梳理規(guī)則

活動：引導學生通過實驗檢驗產品，并對產品進行評價.啟發(fā)學生將產品與實驗室的滑動變阻器進行對比，歸納滑動變阻器的用法.

學生活動1：如圖4所示，分組測試產品的功能及用法.按照4人一組進行分組，對產品進行評價.表1為產品評價表，評價規(guī)則為：不能實現調節(jié)小燈泡亮暗的產品為0分;能實現調節(jié)功能的產品為10分;能實現調節(jié)功能且外形美觀的產品為20分.

設計意圖：通過分組實驗、分組評價的方式，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生小組合作的能力.采用對比、歸納等科學思維方法，讓學生有效地掌握了滑動變阻器用法這一教學重點.

5 教學反思

本課為一節(jié)講授儀器的課程，傳統(tǒng)方式僅僅由教師介紹儀器的結構，并介紹原理，比較枯燥.一些學生上課不能集中精力，學生學過以后很快忘記，對儀器的原理理解不到位，不會使用，學生學業(yè)成績不理想.本教學結合了STEAM教育理念，將傳統(tǒng)的授課方式改進為讓學生動手開發(fā)變阻器.在教師的層層引導下，學生們像真正的創(chuàng)造者一樣，經歷了發(fā)明創(chuàng)造的過程，利用科學的思維逐一解決了存在的問題，最終實現了調節(jié)小燈泡亮暗的目的.在此過程中培養(yǎng)了學生的科學思維能力、科學探究能力以及嚴謹求實的科學態(tài)度，提升了學生的物理核心素養(yǎng)[5].

參考文獻：

[1]曾茂林.農村初中STEAM課程本土化的策略與路徑[J].教學與管理，2020（09）：92-94.

[2]池晶晶.STEAM教育提升學生自主學習能力的探索[J].中國信息技術教育，2020（Z2）：93-94.

[3]田成良.對中學物理儀器教學的思考——談物理儀器構造式教學研究[J].物理教學，2018，40（10）：22-24+17.

[4]李彤彤.創(chuàng)客式教學：面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學新范式[J].中國電化教育，2018（09）：40-47.

[5]郇兆鵬，朱翠芹.自制變阻器模型 實現教學做合一——例談全國青年教師優(yōu)課大賽一等獎“變阻器”教學[J].物理教師，2017，38（08）：32-34.

（收稿日期：2020-03-10）