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:钢铁是怎样炼成的

于 舰 宋 震/辽宁省科学技术馆

2019-06/总第279期

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“钢铁是怎样炼成的”课程是依托辽宁省科学技术馆馆校结合综合实践活动平台,以工业摇篮展厅特色展品“钢铁小屋”为主题,借助其中的“近距离观测金属”“高炉技术”“转炉技术”“连续铸造”“铁的科学”“产品展示”几件展品,以基于实践的探究式学习为教育理念,以探究式学习、情景教学为主要教学方法,辅以角色扮演、趣味实验、展品体验等活动形式开展的课程。与学校教育不同,本课程借助展品的直观性,侧重培养学生的综合实践能力。在活动中学生不但可以了解相关科学知识,还可以认识辽宁省工业历史和产业布局,激发学生对物质科学的兴趣,培养学生的科学思维。

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设计思路

“钢铁是怎样炼成的”课程充分结合科技馆资源,每一个环节都有对应的展品:以展品“金属的结构”为切入点,学生由观察开始逐渐深入,借助展品“高炉技术”“转炉技术”使学生化身为“钢铁小工人”完成加工任务,结合展品“铁的科学”对比学习金属材料和其他非金属材料在生活中的应用,最后一个展品“产品展示”不仅仅展示产品,也是学生的自我展示和交流。课程采用的教育理念、教学模式和教学方法可随着学生年龄的变化适当改变,最大限度地让学生自己带着问题找寻答案。

课程目标

科学知识:了解金属结构特性,知道金属材料在生活中的应用,了解钢铁冶炼的过程。

科学探究:能在观察比较中提出可探究的科学问题,基于所学知识制订简单的探究计划,依据证据运用分析、比较、概括等方法,分析结果,得出结论,并与他人交流,作出自我评价与调整。

科学态度:乐于尝试运用多种思路、多种方法完成科学探究,体会创新实践的乐趣;能分工协作,进行多人合作的探究学习,分享彼此的想法;引起热爱家乡的情感共鸣。

科学、技术、社会与环境:了解科学技术对人类生活方式的影响,以及自然资源在产业分布中的作用。

课程介绍

课程结合小学科学课程中的物质科学内容,以金属和非金属特性、钢铁的冶炼加工流程、金属工业的发展为主要学习内容,采用5E教学模式,让学生在体验展品、探究实验等过程中了解钢铁在日常生活中的应用,培养学生的科学探究能力、科学思维方法及勇于探索的科学品质。

第一阶段:引入

问题引入,什么是金属?简单介绍金属的特性,以及在当地具有代表性的钢铁文化。不同的金属,它们的颜色、延展性、导电性、导热性都是不一样,金属的晶体结构决定材料的性能。在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属例如金、铂、银,以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。

通过工业摇篮展厅“近距离观测金属”展项,对不同的金属形成初步认知,针对学生年龄可创设情境,以漫威电影钢铁侠打造“反浩克战甲”片段作为课程引入,进而结合学习单上观测任务完成本阶段学习,让学生自己找出不同金属的结构有什么不同。

第二阶段:探究

结合工业摇篮“铁的科学”展项完成以下实验,进而全面了解金属特性。

热传导实验 引导学生操作展项,启动加热器和红外热成像摄像机,观察铝锅和铁锅的温度变化速度有什么不同。记录不同时间段内铝锅和铁锅的温度,分析为什么不同的金属具有不同的导热性能。

导电性测试 引导学生操作展项,观看尺寸相同、材料不同的导线在不同电路中电流大小的区别。学生观察并且记录数值,从而了解不同金属的导电性不相同,其导电性与其电阻率有关,电阻率的大小取决于导体的材料、长度、温度和横截面积。

弹性实验 在物理学上,弹性是指物体在外力作用下发生形变,当外力撤销后能够恢复原来大小和形状的性质。引导学生操作展项,用手分别按压2个弹簧,感受不同材料的弹性区别,分别用2种不同材料的夹子夹起重物,看看哪个夹得更牢固。

电磁性能测试 无线电波是一种电磁波,当它在空间传播过程中遇到导体时,可使导体中产生感应电流。感应电流与无线电波的变化相同。因此,利用导体制作的天线,可以接收到无线电波,实现无线接收的功能。金属天线是导体,能接收电台发送的无线电波,而木头和塑料天线是非导体,不能接收无线电波。引导学生操作展项,转动转盘,为收音机选择不同材料的天线,看看哪种天线可使收音机接收到信号,并记录观察结果。

声音测试 声音由物体振动产生。形状相同的物体,硬度越高,频率越高,音调就越高。引导学生操作展项,分别按下用金属和其他材料制作的车铃,听听它们的声音有何不同。结合自己所学声音的相关知识进行解释,并记录和分析结果。

通过以上对展项的操作,引导学生归纳金属的几大特点,并结合展项中的变量总结金属各种性质的相应规律。在此环节中,使用“钢铁侠”标志作为答题奖励,增加学生的积极性和专注度。

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第三阶段:角色扮演

学生化身“钢铁小工人”操作展项,模拟钢铁生产过程。

借助“高炉技术”“转炉技术”和“连续铸造”展项,学生分组对教师下达的生产任务进行实地操作。按照车间生产工序把学生分成3组,第1组负责操作高炉,主要任务是主产品铁水制造和副产品矿渣收集;第2组负责转炉技术,主要任务是在得到第1组的铁水后炼制钢铁;第3组负责连续铸造,主要任务是进行成品加工。学生可记录每一步的操作流程。

第四阶段:知识迁移

帮助学生了解钢铁铸造的发展历程,以及辽宁本地工业发展历程和产业布局。

铸造在我国约有6 000年历史,进入20世纪,铸造业发展的速度很快,其重要因素之一是生产技术的进步。辽宁是新中国重要的工业基地,有“共和国长子”之称。辽宁之所以能成为重工业实力雄厚的省份,不单单有产业基础好、产业工人队伍庞大成熟的特点,更因为辽宁各种矿产资源丰富,铁、菱镁矿、金刚石、硼等矿产保有储量居我国首位,石油、滑石等矿产保有储量居我国前5位,人均矿产资源拥有量居全国第1位。正是结合这些天然优势,辽宁形成了以沈阳为中心,辐射鞍山、抚顺、本溪、营口等地的工业城市群,产业链完整、布局合理,且具有铁路、海运、航运的交通物流优势。随着时代的发展,辽宁的工业布局和工业模式也在发展,很多工厂搬迁,也让我们的城市和环境发生了变化。结合这些特点让学生举出身边的变化,更深刻地认识自己家乡的特点。

第五阶段:评价

教师引导学生到达展项“产品展示”,在这里不仅要完成展品学习的成果汇报,还要完成综合实践活动评价表,评价包括参与合作态度、发现探索问题、实验探究态度3方面,帮助学生作出自我评价与调整。

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