邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[追踪]“科技馆活动进校园”项目案例——让运动无所不“能”

冯子娇/黑龙江省科学技术馆

2019-03/总第276期

阅读数1

围绕科技馆若干件关于“小球”的展品,梳理出关于运动、力和能量的科学概念和原理,同时,基于小学科学课程标准中关于“物质科学领域”的相关内容,将这一类展品所体现的科学知识和内涵进行整合,开发了以“运动和能量”为主题的科学教育项目——让运动无所不“能”。

整个项目以情境式教学理论和建构主义理论作为支撑,以基于实践的探究式学习作为辅助手段,设计了头脑风暴、STEM教育活动、PK赛、对比实验、科学表演等形式多样的环节。项目通过横向、纵向整合科技馆展品资源,避免知识碎片化,培养学生利用展品开展创造性探究学习,掌握学科概念和实际应用。

教学对象与学情分析

本教育项目的活动对象为小学高年级和初中低年级学生,这个年龄段学生思维方式开始从具体形象思维逐步向抽象逻辑思维形式过渡,且与直接经验相联系,这就需要教师为学生提供宽松的思考和猜想的空间。教师适当给予引导和鼓励,可以让学生对活动内容保持持续的兴趣。

这一阶段的学生大部分有很强的求知欲、自尊心和好胜心,所以教案在设计过程中充分考虑学生的情绪投入与行为投入,融入了儿童游戏的特征,设计成对比实验和PK赛的形式能更好地加深学生的认知和投入程度,使学生在游戏的环境中学习目标知识内容。

教学过程

第一阶段:暗“箱”球动——从运动说起

引入和猜想 通过情景和道具,利用问题导入,引发学生对暗箱结构的猜想,并让他们画出自己设计的结构。将展品“变身”暗箱后增加了活动神秘感,烘托情境,使学生的知识导向与实际问题紧密联系起来;把展品“补全”可以让学生更好地将想法表达出来,强调对于任何一个问题都有多种解决方案。这样,学生就不会只去寻找那个“正确的答案”,而是更愿意发挥想象力,探索求异。学生在合理的教育情境中更乐于保持好奇心进行思考,这部分内容为学生提供了宽松的想象空间,能体现自己的设计想法,教师适当的引导和鼓励,可让学生对后续的活动产生兴趣。

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展品变身,让学生猜猜展品的结构

构建和测试 利用“斜坡滚球B”展品或磁贴板进行结构设计和建模。在这个环节学生将设计图纸付诸于实物的建模测试,同时对自己的方案进行验证、评估,分析其优势和缺陷。学生在这个阶段对运动的方式了解得还不是很全面,方案有可能存在缺陷,这为下一环节揭秘展品后加深对运动的认识并改进设计作了铺垫。辅导教师根据学生的设计找到需要进行引导的问题,鼓励学生独立完成建模,并练习能够准确表述的能力。

揭秘和思考 揭秘“运动交响球”展品,让学生重新认识物体的运动形式及能量转化过程,并改进设计。揭秘展品放在这一环节,是为了加深学生对展品内小球运动方式的认识。由于很多运动方式在学生的意料之外,这时是让学生了解运动方式的最好时机,教师要让学生带着问题观察,并鼓励学生提出改进设计的想法。教师在演示过程引导学生认真观察展品结构,以及各个运动方式的特点,加深学生对小球在各种轨道完成机械运动和能量转换的认知。

拓展环节 此环节要完成一个难度更高的设计任务——一个主题游乐场要引进“云霄飞车”项目,需要征集设计方案。这个环节是综合利用各种运动方式的建构活动,学生需要了解过山车的特点,需要考虑如何让过山车依靠重力、惯性和向心力实现回环及完成整条轨道的运动。这个环节对参与者的要求更高,同时让学生了解如何开始一个STEM项目。

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“云霄飞车”设计开始,学生调整回环的位置

第二阶段:科学表演——能量家族的“纷争”

此阶段通过表演剧的形式直观地为大家展示看不见、摸不到的能量。表演剧以一个拟人化的小球的视角,为观众带来小球各种运动引起的能量家族的能量“纷争”(此消彼长)、能量“变身”(转化),以及种种有趣的关于能量转化的演示小实验。教师利用表演剧的情境,带着问题一步步引导学生在观看过程中进行思考,发现能量的相关知识。以拟人的形式开展科学表演剧,让学生更易接受和理解有关运动和能量的知识,并将关注点从物体运动的表象转移到内在的能量转化。

第三阶段:碰撞中的科学——能量探秘

此阶段通过3个不同类型碰撞的对比探究实验,将碰撞、能量转化和能量守恒等看似晦涩难懂的原理以生活中随处可见的现象呈现,了解碰撞对运动的影响、超弹性碰撞的特点,以及多米诺效应体现的原理。这个环节将学生兴趣点转移到对能量更深一步的探究,比如势能和动能如何相互转化,了解碰撞会对物体的运动带来方向和速度的改变。

这部分融入儿童游戏的特征,充分考虑学生的情绪投入与行为投入,设计对比实验的形式让学生在游戏环境中学习。教师在能量守恒、能量转化的知识点引入时,充分结合具体的实验现象和生活应用,强调让学生自主思考,不宜将其探究过深。

第四阶段:巧手机械师——小题大“做”

此阶段将运动和碰撞结合起来,将物理、化学和机械等多项科学原理融合,为学生提供充分发挥创意的机会,可以是点亮一个灯泡,或是发动一辆车等。活动提供给学生一个对知识整合的机会,同时在游戏竞赛中,倡导青少年在任务的驱动下,综合运用多学科知识创造性地解决问题。教师在本阶段引入“戈德堡机械”概念,为学生提供一些机关案例作为参考,对感兴趣的学生在比赛前提供必要的培训和训练。

效果评估

本项目对教育活动效果的评价主要采用访谈法、行为观察法和问卷调查法。基于收集到的建议和学校对项目活动的需求,该项目在后期改进过程中,更加注重体现年龄的针对性,充分考虑学习者的已有经验和学习基础,根据受众人群和团体人数的特点,将项目内容模块化,分为不同的活动路线,增加了学校自主选择活动的余地。同时,科技教师在开展活动时目标更加明确,能更好地根据相应年级的课程标准细化不同深度的活动内容,促使学校教育者对于组织和安排连续的馆校学习感兴趣,进而更好地发展馆校资源合作的模式。

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