魏羽飞 马开春

摘要：本文先从STEM角度分析其适应物理实验教学，并展示了“乒乓球发射器的制作，运用《自由落体运动》知识计算乒乓球速度”的课堂教学设计，然后进行了STEM课堂效果反馈并进行分析。

关键词：STEM ;高中物理;实验教学;应用策略

一、STEM适用于物理实验教学课堂的原因分析

从课程实施角度来看，STEM教育能够体现物理教学的实践性，能够体现物理规律与现实生活的关联。STEM教育的理念更希望学生能够拥有思考力，面对问题时通过对问题的分析研究，灵活运用知识来解决实际问题，这个过程有利于学生运用到自身所学知识，觉得知识是有用的。

从认知发展来看，STEM教育能促进学生思维的发展，有利于开放式思维、系统思维的形成。对于一个综合问题、或实际生活中遇到的物理相关问题，往往看上去简单，解决起来困难，学生解决问题的时候需要的思维层次较高。

二、案例展示

（一）实验前介绍

1.教学地点：物理实验室

2.教学任务：完成乒乓球发射器的制作，运用《自由落体运动》知识计算乒乓球速度。

3.教学目的：亲自动手拼装套材;解决真实情景中的物理问题;利用实际数据与理论数据进行计算、比较，分析其误差原因。

4.教学准备：14套拼接套材，《加油向未来》2016-9-16视频材料，秒表，米尺。

（二）第一课时

1.教师将学生们分为14组，每组2人，每组学生发一套拼接套材。教师为学生播放央视大型科学实验节目《加油向未来》中视频片段，其内容主题为：能否利用物体的重力加速度准确击中目标？

2.具体内容为：10米高处的一把宝剑，旁边有一个橄榄球发球机，问：当橄榄球和宝剑同时启动，会发生那种情况？答案有三个选项，分别为：从剑上方穿过、击中剑、从剑的下方穿过。

3.看过视频，此时，让学生猜测答案为哪个选项，并展开讨论。学生经过讨论过后，问题集中在：橄榄球的速度、橄榄球与剑的距离等问题上，带着疑问，继续观看视频。

4.视频中，橄榄球的是时速为80公里每小时，与宝剑呈45度角发射，结果为正好击中宝剑。学生发出了惊讶的感叹，这是为什么？节目中予以粗略解答后，教师再进行讲解。此种情况若动笔计算有些复杂，涉及到斜抛运动，请有兴趣的同学课后利用自由落体的知识进行解答。如果以简单的方式，由于参照物的变化，可以以宝剑为参照物。让学生想象在宝剑的角度看橄榄球是什么运动，由于橄榄球与宝剑有相同的重力加速度，所以以他们所在的系统做参考系的话，不考虑空气阻力，看到的橄榄球就直直射过来的。

（三）第二课时

1.开始上课，教师用上节课看的视频引出此次的主题内容：制作乒乓球发射器，并根据高度计算乒乓球的理论落地速度。

2.学生两两一组，开始拼接乒乓球发射器套材。

3.由于拼接需要较长时间，所以先制作完成的学生自可以已发射乒乓球玩，下节课大家统一计算乒乓球速度

（四）第三课时

1.开始上课，教师与学生明确此次课的主题：计算乒乓球的速度并与实际速度进行对比。

2.学生两两一组开始计算，先计算乒乓球的理论速度，从课桌上发射乒乓球，需要测量实验桌高度，学生用米尺进行测量，高度为75cm。

3.学生根据课桌高度计算出乒乓球下落时间为：0.39s，竖直速度为3.83m/s，在地面测量乒乓球发射后的水平速度，水平速度每位同学都不同，测量多次计算速度平均值并记录。

4.每组学生将发射器置于桌子上水平放置，将乒乓球上涂满粉笔灰，一人发射乒乓球，一人用秒表计时，记录多次计算平均值。实际实验得到的数据与之前进行对比。

（五）第四课时

1.学生继续整理自己的实验数据，自己分析误差原因，每组同学发言。

2.主要分析误差原因来自：手动计时、空气阻力、声音传播需要时间等等。

3.教师对课堂进行总结，每组同学的数据都是不同的，根据自己制作的乒乓球发射器计算出的，真实的实验数据受很多因素影响，必然与理论数据存在误差，在分析误差原因过后，提问学生：我们可以做出哪些改进呢？

4.学生进行讨论、思考。

5.学生答：不要开窗，同学不要走动，减少空气阻力的影响;让乒乓球在更高的平台上发射，延长落地的时间会更准确;用更多皮筋发射乒乓球，让球走更远等等，教师鼓励学生多多作答。

6.教师对学生答案进行合理性分析，总结课堂。

三、STEM课堂效果反馈

课堂上，学生分组进行，积极思考，在教师引导下，能够动手计算实际问题，并主动分析误差存在原因，课堂效果非常好。

（一）STEM融入的物理课堂与传统课堂的区别

STEM融入的物理课堂与传统课堂相比，最大的区别在于真实情景中的问题。以往物理课堂中提出的情景，可能是离我们现实生活比较远的，而这种课就不同了，发射器也是学生自己做的，你让他算起来，就显得很有意义，他能通过对速度的计算，比较自己的发射器和别人的差在哪，区别在哪，也能知道理想情况和现实情况的差别在哪，自己分析误差，这个很有意义。

（二）融入STEM的教育对学生发展的帮助

这个帮助，短期内无法体现出来，因为我们短期内看见的只能是成绩，真正理解也行，但是背公式答题也能完成。但这对学生长期发展是有影响的，学生做过、体验过，亲手和别人搭伴解决问题，这对他未来的成长一定会有帮助，其实也是在锻炼他与别人沟通解决问题的能力。还有一点很重要，就是他得真正思考才能发现问题、解决问题。

（三）长期性的发展对STEM教育的考量

我们可以对教学理念进行好坏的评价，但是在考察的而过程中，教师需针对小班教学，让教师去对学生进行评价，其实目前来看并没有相对较好的评价方式。但针对上述案例，教师可以组织学生比賽，学生通过对自身设置的发射器的调节，能够让乒乓球射的更远，但这种比赛一定是要在物理教学活动之后的，也就是计算速度之后。其实课程重点在于这后面运用、计算的过程，但我们花了很多时间去准备、首先引起学生的注意，让他先觉得我们做的事情有实际意义，再让他计算，这样就很容易让他接受、对这堂课印象也会很深刻。