优秀STEAM案例 | 浮力

浮力是初中物理中非常重要的教学内容，本文结合STEM环形教学模型，以初中物理教材“浮力”这节课的教学内容为例，建立以问题为中心的STEM教学设计。

课堂导入

创设问题情境，引导学生发现问题

问题情境的引入是要学生自己发现问题、提出猜想。这里我们使用最常见的物品设计问题情境（如图２所示）：

图２ 问题情境

左边是一罐啤酒，右边沉入水底的和中间的两罐是相同的饮料。首先，要求学生观察现象并从中发现问题。学生通过操作会发现啤酒罐无论以怎样的形态放在水中都不会下沉，而饮料罐只有在底部的凹槽中有部分空气未排出时才可能浮起来。这时，学生自然就会想到一个问题：物体在水中的沉浮与哪些因素有关？

合作探究

以问题为中心，开展实践研究

教师要求学生联系所学的知识，通过分组实验来说明物体所受浮力与可能的影响因素之间的关系。此时，不同的学生会提出不同的方案，教师应鼓励他们完善实验设计，将实验付诸实践，检验假设的合理性。其中一组采用易拉罐本身进行实验来验证浮力与体积之间的关系（图３）：测量其高度ｈ和截面直径ｄ，并将高度均分为４份。

图３ 实验探究

实验过程中，缓慢地将易拉罐浸到水中，每到一个刻度线，读出弹簧秤的读数。根据力的平衡条件，浮力Ｆ的大小等于饮料罐的实际重力与弹簧秤的示数之差。在得出浮力与排水体积的４组数据后画出其在坐标图中相应的点，计算得出浮力与排水体积之间的函数关系式。有学生提出直接使用相关软件对数据进行拟合（如图４），最终得出浮力与排水体积间存在线性关系：F=9.6875V+0.175，忽略实验误差，最终得出F=9.69Ｖ。

图４ 拟合数据

STEM教育提倡以小组合作的形式解决问题或者完成项目，教师根据每个学生的不同特点进行分组，每个组有善于规划的学生、数学成绩突出的学生或是设计实验能力较好的学生。这样分组有利于学生学会如何在团队中展现自己的特长，培养学生的团队协作能力。此外，教师要鼓励学生运用STEM方面的知识来解决问题，如上述小组的学生运用了数学公式和计算机辅助工具表达出浮力和排水量之间的关系。

组间交流

讨论不同观点，拓展研究领域

STEM教育体现了“整合”的理念，这里的整合不仅包括学科知识间的整合，广义上来讲，也包括不同观点的整合。在实验探究过程中，每个小组的实验设计和结果存在差异。教师需要针对存在的问题组织学生进行讨论，让学生相互交流实验过程，通过分析反思等一系列过程得出一致的结论。此外，讨论的范围不局限于本节课研究的浮力问题，也可以延拓到其他知识点甚至其他领域，例如针对为什么体积相同的啤酒比饮料重的问题，有学生通过对比发现饮料的配料中含有大量的糖，而啤酒中含有酒精，一般情况下糖的密度要比酒精大，因而饮料罐会下沉，啤酒不会。再如，有学生根据易拉罐的沉浮构想出制作简易潜水艇的想法。总之，交流环节应尽量做到在不偏离教学目标的条件下，让学生自由发表观点，而对别人的观点也能做到合理公正的评判，这才能体现STEM教育的开放性。

评价反思

纠正错误观念，深化研究内容

在评价环节，教师要对整节课进行评价总结。除了对新颖的探究方案、创新观点提出鼓励之外，还要对此过程中出现的错误观念进行分析。学生的思维中有很多先验的观念，这些观念大多来自学生日常的经验，有些带有明显的科学性错误。通过以学生为主导的探究和交流讨论过程，可以初步判断出学生在哪些概念上仍然存在错误的认识，例如有一部分学生始终认为重的物体如铁和铜等金属在水中不受浮力的作用。因此，在学生进行研究和讨论的过程中要善于发现他们在知识上和方法上存在的不足、如果在讨论环节结束之后，学生在某一问题上仍然存在异议，教师可以采用做实验或举例子等不同的方式来纠正学生认知中的错误。此外，本节课的研究重点是在水中探究影响浮力的因素，为了更深入地研究，可以对初始的问题情境提出反思：如果将水槽中的清水换成油或者其他物质，易拉罐状态是否会变化？

与传统教学相比，STEM教育的优势在于充分认识到真实的研究过程的多元性和灵活性，认识到跨学科知识的重要性。在全球科技不断进步的今天，选择正确的教育发展道路对于学生的未来乃至国家的发展都是至关重要的。STEM教育结合当代最先进的教育理论将学生的学习过程方法化、系统化、多元化，通过学生之间的合作，以探究实验的方式充分调动学生学习的自主性，培养学生的科学思维品质，提高学生的STEM素养。

文章来源：中国知网

文章原名：《凸显STEM教育的初中物理教学设计初探——以“浮力”教学为例》

作者：王玥月 陆建隆 南京师范大学教师教育学院

转自：STEAM教师

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原标题：《优秀STEAM案例 | 浮力》

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