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摘要：物理实验由于知识点具有交叉领域，实验资源又与多学科发生联系，可以渗透STEM教育理念，进行实验教学.《超重》教学案例，以“实验”为手段，以“STEM教育”为理念，以“物理实验”为载体，以“创新实验室”为环境，通过“合作学习”“项目探究”等，进行跨学科知识、能力情感价值观的培养，构建STEM理念下的“物理实验教学”的教育新生态.
关键词：STEM课程；超重；模型；仪器
基金项目：2018年浙江省教育科学规划课题“基于STEAM教育理念下的创新学具研究与实践”，项目编号：2018SC099.
作者简介：段雨薇 （1987-），女，黑龙江人，本科，实验师，研究方向：物理教学.
人教版高中物理教材2010第4版必修1第四章 第7节用牛顿运动定律解决问题一节课中，展示了超重现象.自制实验仪器——简易超重演示仪充分运用多学科知识包括科学（science），技术（technology），工程（engineering），数学（mathematics）等知识能够很好地演示超重现象.演示的内容源自科学知识（science）——超重，而在自制教具搭建模型的过程中，需要充分考虑工程学（engineering）中稳定性，充分运用传感器人工智能技术（technology），在读取受力数值后，能通过数学（mathematics）知识精确计算物体加速上升时的加速度，从而进行定量分析，STEM多学科知识相互配合，相辅相成.本文以站在STEM教育视角下的《超重》这一物理实验的教学为例进行物理实验课程实践.
【项目名称】超重
【学习目标】
STEM目标见表1所示.
【项目实施过程】
一、知识铺垫
我们看到指针式表盘读数的方式，能够明显看到指针的变化情况，但存在一个缺点，演示时加速过程较短，体重秤加速过程中示数變化过快，不易察觉表盘上指针变化情况.如果利用新材料——拉伸后的记忆金属弹簧加热后会恢复原状的特性以及数字化传感器制作的简易超重演示仪，将超重现象转化为杠杆的不平衡状态，现象是否更加直观？如果通过传感器又能准确记录拉力数值，是否能够避免了实验过程中指针示数变化快，不容易观察的弊端？
学生对于记忆金属弹簧知识不熟悉（如图2），这是一种新材料，需要对新材料的特性加以说明，同时需要回顾过去学习过的相关概念和理论知识.
（一）关键概念
重力、弹力（拉力）、加速度、坐标系X轴、Y轴、公式运算、方向、正负，小于、大于等.
（二）理论知识
受力分析、牛顿第二定律、传感器技术、电路控制、作图技术等.
二、方案制定
（一）划分小组3—5人，确定小组负责人，小组成员分工.
（二）制定计划，先设计与制定图纸，画出搭建模型草图，再制作超重探究仪，再进行探究计算.
搭建模型：根据所给实验器材，小组设计探究上述实验现象的模型并动手制作.
首先，设计并画出草图，需要解决如下问题：
1.如何让弹簧与物体加速上升？
利用记忆金属加温后恢复原状的特性，带动钩码加速上升.
2.弹簧与物体先处于平衡状态还是非平衡状态？
保持杠杆处于平衡且静止状态.
3.示数变化太快不容易观察如何改进？
将超重现象转化为杠杆的不平衡状态.
4.定量数值如何得到？
通过传感器读取——传感器连接数据采集器通过软件读取.
5.支架处于如何保持稳定？
通过老虎钳固定，拧紧.
实验装置的示意图如图3所示.
设计意图： 学生在设计时可能遇到两个主要问题：一是示数变化太快如何转化；二是弹簧如何带动物体加速上升. 这时教师进行全班巡视，对学生的设计方案给予适当的评价，并帮助他们了解哪些方案可行，哪些方案不可行， 提醒学生在设计时分析可利用的资源和方案的实施难度[1].
三、项目实施
（一）选择材料与工具
选择质量不同的钩码200g、100g、50g、20g、10g等不同规格进行实验.
选择不同温度特性、不同粗细、不同方向的记忆金属弹簧进行实验.
选择不同规格老虎钳、刻度尺等工具.
实验材料如图4所示.
（二）按图纸加工材料
选择合适力矩的杠杆悬挂钩码，称量传感器质量，使得杠杆平衡.
（三）动手制作
1.安装铁架台的底座，旋紧螺丝，确保其稳定性.将轴承放在杠杆的中心点的孔内，然后将轴承固定在铁架台上.
2.杠杆的右端15cm处固定拉伸后的记忆弹簧，下端挂上50g钩码一个，钩码下端悬挂力传感器，力传感器连接数据采集器.
3.在杠杆的左端挂上150g砝码使杠杆平衡.
当制作完成后，小组检验制作效果，能否用来探究课前提出的问题？钩码及支架是否稳定？不能实现探究的小组，教师需提醒他们分析原因并进行改进. 例如，用胶水固定，或者更换零部件.
设计意图：设计与制作是工程技术的核心，也是人们在现实世界制作产品的第一步.通过设计一件作品，让他们了解设计和完成作品的基本过程，让学生将头脑中的设计呈现在纸上，可以促进他们思维的发展.动手制作是本环节，也是整节课的重点和难点.让学生动手做，一方面可以满足他们动手的兴趣和欲望，另一方面在制作、探索的过程中体验和发现科学道理.当学生成功完成一件作品后，一定会体会到“做”成功的乐趣，改变他们对科学与技术的看法，养成通过“动手做”来解决问题的习惯[1].
关键词：STEM课程；超重；模型；仪器
基金项目：2018年浙江省教育科学规划课题“基于STEAM教育理念下的创新学具研究与实践”，项目编号：2018SC099.
作者简介：段雨薇 （1987-），女，黑龙江人，本科，实验师，研究方向：物理教学.
人教版高中物理教材2010第4版必修1第四章 第7节用牛顿运动定律解决问题一节课中，展示了超重现象.自制实验仪器——简易超重演示仪充分运用多学科知识包括科学（science），技术（technology），工程（engineering），数学（mathematics）等知识能够很好地演示超重现象.演示的内容源自科学知识（science）——超重，而在自制教具搭建模型的过程中，需要充分考虑工程学（engineering）中稳定性，充分运用传感器人工智能技术（technology），在读取受力数值后，能通过数学（mathematics）知识精确计算物体加速上升时的加速度，从而进行定量分析，STEM多学科知识相互配合，相辅相成.本文以站在STEM教育视角下的《超重》这一物理实验的教学为例进行物理实验课程实践.
【项目名称】超重
【学习目标】
STEM目标见表1所示.
【项目实施过程】
一、知识铺垫
我们看到指针式表盘读数的方式，能够明显看到指针的变化情况，但存在一个缺点，演示时加速过程较短，体重秤加速过程中示数變化过快，不易察觉表盘上指针变化情况.如果利用新材料——拉伸后的记忆金属弹簧加热后会恢复原状的特性以及数字化传感器制作的简易超重演示仪，将超重现象转化为杠杆的不平衡状态，现象是否更加直观？如果通过传感器又能准确记录拉力数值，是否能够避免了实验过程中指针示数变化快，不容易观察的弊端？
学生对于记忆金属弹簧知识不熟悉（如图2），这是一种新材料，需要对新材料的特性加以说明，同时需要回顾过去学习过的相关概念和理论知识.
（一）关键概念
重力、弹力（拉力）、加速度、坐标系X轴、Y轴、公式运算、方向、正负，小于、大于等.
（二）理论知识
受力分析、牛顿第二定律、传感器技术、电路控制、作图技术等.
二、方案制定
（一）划分小组3—5人，确定小组负责人，小组成员分工.
（二）制定计划，先设计与制定图纸，画出搭建模型草图，再制作超重探究仪，再进行探究计算.
搭建模型：根据所给实验器材，小组设计探究上述实验现象的模型并动手制作.
首先，设计并画出草图，需要解决如下问题：
1.如何让弹簧与物体加速上升？
利用记忆金属加温后恢复原状的特性，带动钩码加速上升.
2.弹簧与物体先处于平衡状态还是非平衡状态？
保持杠杆处于平衡且静止状态.
3.示数变化太快不容易观察如何改进？
将超重现象转化为杠杆的不平衡状态.
4.定量数值如何得到？
通过传感器读取——传感器连接数据采集器通过软件读取.
5.支架处于如何保持稳定？
通过老虎钳固定，拧紧.
实验装置的示意图如图3所示.
设计意图： 学生在设计时可能遇到两个主要问题：一是示数变化太快如何转化；二是弹簧如何带动物体加速上升. 这时教师进行全班巡视，对学生的设计方案给予适当的评价，并帮助他们了解哪些方案可行，哪些方案不可行， 提醒学生在设计时分析可利用的资源和方案的实施难度[1].
三、项目实施
（一）选择材料与工具
选择质量不同的钩码200g、100g、50g、20g、10g等不同规格进行实验.
选择不同温度特性、不同粗细、不同方向的记忆金属弹簧进行实验.
选择不同规格老虎钳、刻度尺等工具.
实验材料如图4所示.
（二）按图纸加工材料
选择合适力矩的杠杆悬挂钩码，称量传感器质量，使得杠杆平衡.
（三）动手制作
1.安装铁架台的底座，旋紧螺丝，确保其稳定性.将轴承放在杠杆的中心点的孔内，然后将轴承固定在铁架台上.
2.杠杆的右端15cm处固定拉伸后的记忆弹簧，下端挂上50g钩码一个，钩码下端悬挂力传感器，力传感器连接数据采集器.
3.在杠杆的左端挂上150g砝码使杠杆平衡.
当制作完成后，小组检验制作效果，能否用来探究课前提出的问题？钩码及支架是否稳定？不能实现探究的小组，教师需提醒他们分析原因并进行改进. 例如，用胶水固定，或者更换零部件.
设计意图：设计与制作是工程技术的核心，也是人们在现实世界制作产品的第一步.通过设计一件作品，让他们了解设计和完成作品的基本过程，让学生将头脑中的设计呈现在纸上，可以促进他们思维的发展.动手制作是本环节，也是整节课的重点和难点.让学生动手做，一方面可以满足他们动手的兴趣和欲望，另一方面在制作、探索的过程中体验和发现科学道理.当学生成功完成一件作品后，一定会体会到“做”成功的乐趣，改变他们对科学与技术的看法，养成通过“动手做”来解决问题的习惯[1].