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摘 要：当今社会越来越重视培养综合性人才，所以STEM教育得到了大家的关注.STEM教育是指科学、技术、工程、数学教育的统称.在展示培养学生物理核心素养的基础上，依据STEM教育理念，以高中物理“水火箭”的制作为例，进行教学设计.
关键词：STEM教育理念;水火箭;教学设计
文章编号：1008-4134（2019）19-0030中图分类号：G633.7文献标识码：B
STEM教育理念是由美国国家科学基金会于20世纪90年代提出的，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）教育的统称，是将多门学科知识融会贯通的综合性教育.现在大多数学生认为初高中阶段学习的科目没有太大的意义，这是因为在日常的教学中，常常将不同的科目过度分裂、划清界限.只注重本学科的知识内容，而忽略其他学科与本学科的联系.将科学、技术、工程、数学相辅相成、融会贯通，致力于培养复合型人才.只有真正做到STEM教学实践，才能使得学生实现更有意义的学习.
隨着2017版新课程目标的出炉，提出的物理学科核心素养包含四个方面：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任.核心素养既是知识、方法和态度等方面的整体表现，又是知识、方法和态度等各个方面的融会贯通.标志着不仅要打造以“教师主导，学生主体”的课堂，还要更加注重学生的身心发展.为了使教学课堂更为高效，教师务必在物理学科核心素养的要求下，完善现有的教学课堂.那么如何使得教学课堂更加高效呢？笔者认为，新课程标准中的这些理念和STEM教育理念是一致的.基于物理学科核心素养的培养来开展STEM课堂教学，完善学生知识结构，培养学生创新意识，加强学生动手实践能力.笔者设计了如下体现STEM教育理念的物理教学模型，如图1所示.
本文以“水火箭”为例，阐述“水火箭”的教学目标、设计思路、教学过程，展示如何将科学、技术、工程、数学融入物理课堂的具体流程，使学生充分发展科学、技术、工程、数学的综合素质，提高学生的物理核心素养.
1 基于物理核心素养设定的教学目标
物理观念：运用牛顿第三定律、动量守恒定律、能量守恒定律等物理知识分析水火箭运动原因，进而正确理解“反冲”定义.
科学思维：（1）通过探究水火箭获得速度与哪些因素有关，锻炼控制变量法的思维逻辑;（2）通过设计并制作水火箭培养动手操作能力，形成模型构建思维;（3）通过探讨水火箭制作过程中可能会出现的问题，发展科学推理探究思维.
科学探究：经历“探究水火箭升空原因以及飞行高度、速度与哪些因素有关”的探究过程，能运用控制变量法制定方案，能合理选择实验器材进行实验，并获得实验数据，能正确处理实验数据，最终获得精准的实验结果.
科学态度与责任：（1）通过自己动手操作实验、制作水火箭得到对物理学科的自豪感与满足感;（2）通过观看神州火箭升空视频，加强爱国主义情怀;（3）学会与他人交流合作;（4）发散思维，善于观察生活，将生活中的废品变废为宝.
2 设计思路
本节STEM课程，以“如何制作水火箭”为主线问题，采用小组交流合作的学法，学生在设计实验进行实验探究的同时，将科学、技术、工程、数学四个方面渗透到实验的各个角落.在科学层面上学生能够自主设计方案，并且掌握动量守恒定律、能量守恒定律、力的平衡原理、压强差的知识等，达到学以致用、活学活用的教学效果.在技术、工程层面上，如何让水火箭发射的速度更大、发射的距离更远、发射的高度更高？这些问题都需要在设计实验、制作水火箭时注意，并得到解决.在数学层面上，运用秒表、尺子、量角器、秤等度量工具，用来计算水火箭的具体参数.
3 教学设计
3.1 学生分组
基于以上设计思路，可以将全班40名学生，每组4个人，共分成10组进行授课.
3.2 创设情景，提出任务
视频引入：观看神州火箭发射的视频，聚焦问题，提出任务.
讲述并提问：为什么火箭能够升空呢？
学生回答：依据动量守恒，喷气前的火箭动量为零，喷气后火箭和燃气的总动量仍旧为零.还运用了反冲的原理.火箭是依靠喷气流的反冲作用从而获得巨大的速度.气流给地面向下的力，地面反作用使得气流产生向上的力，从而推动火箭升空.
设计意图：通过视频导入，激发学生的好奇心和学习兴趣.观看神州火箭发射升空的片段也会增强学生的爱国情感.
讲述：首先由教师向学生展示已经制作完成的水火箭（利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼等），并且播放提前录制好的水火箭发射视频.将实物与视频相结合，讲解水火箭的原理：将动力舱中灌入适当质量的水，利用打气筒充入空气超过临界压力值后发射.压力空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，在反作用力下，火箭快速上升.
提出任务：请同学们利用8个不同形状500ml的饮料瓶或矿泉水瓶、剪刀、单面刀片、木（皮、软胶）塞、球类气针、圆珠笔芯、气门芯、订书机、X光片、双面胶、彩色装饰纸等制作简易水火箭.
经过师生探讨后，确定以下五个关键的问题：
（1）选择哪种类型的瓶子作为水火箭的主体？
学生讨论与交流，动手实验后得到：水火箭的主体应该选择雪碧饮料瓶.因为雪碧饮料瓶的上半体是上下等截面的圆柱体，没有过大的弧度，是较为理想的流线型.并且碳酸饮料的瓶体耐压性比较好，比普通的矿泉水瓶的瓶壁稍厚一些.（提高技术、工程素养）
（2）如何保证喷嘴的密闭性？
学生讨论与交流，动手实验后得到：在制作过程当中，喷口的密封性是最为重要的，密封一定要好，否则将不能为水火箭提供良好的压力，导致水火箭实验失败.即使气针在木塞中，也要同时保证密不透水，所以可以用烧红的针尖穿洞.（提高技术、工程素养）
关键词：STEM教育理念;水火箭;教学设计
文章编号：1008-4134（2019）19-0030中图分类号：G633.7文献标识码：B
STEM教育理念是由美国国家科学基金会于20世纪90年代提出的，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）教育的统称，是将多门学科知识融会贯通的综合性教育.现在大多数学生认为初高中阶段学习的科目没有太大的意义，这是因为在日常的教学中，常常将不同的科目过度分裂、划清界限.只注重本学科的知识内容，而忽略其他学科与本学科的联系.将科学、技术、工程、数学相辅相成、融会贯通，致力于培养复合型人才.只有真正做到STEM教学实践，才能使得学生实现更有意义的学习.
隨着2017版新课程目标的出炉，提出的物理学科核心素养包含四个方面：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任.核心素养既是知识、方法和态度等方面的整体表现，又是知识、方法和态度等各个方面的融会贯通.标志着不仅要打造以“教师主导，学生主体”的课堂，还要更加注重学生的身心发展.为了使教学课堂更为高效，教师务必在物理学科核心素养的要求下，完善现有的教学课堂.那么如何使得教学课堂更加高效呢？笔者认为，新课程标准中的这些理念和STEM教育理念是一致的.基于物理学科核心素养的培养来开展STEM课堂教学，完善学生知识结构，培养学生创新意识，加强学生动手实践能力.笔者设计了如下体现STEM教育理念的物理教学模型，如图1所示.
本文以“水火箭”为例，阐述“水火箭”的教学目标、设计思路、教学过程，展示如何将科学、技术、工程、数学融入物理课堂的具体流程，使学生充分发展科学、技术、工程、数学的综合素质，提高学生的物理核心素养.
1 基于物理核心素养设定的教学目标
物理观念：运用牛顿第三定律、动量守恒定律、能量守恒定律等物理知识分析水火箭运动原因，进而正确理解“反冲”定义.
科学思维：（1）通过探究水火箭获得速度与哪些因素有关，锻炼控制变量法的思维逻辑;（2）通过设计并制作水火箭培养动手操作能力，形成模型构建思维;（3）通过探讨水火箭制作过程中可能会出现的问题，发展科学推理探究思维.
科学探究：经历“探究水火箭升空原因以及飞行高度、速度与哪些因素有关”的探究过程，能运用控制变量法制定方案，能合理选择实验器材进行实验，并获得实验数据，能正确处理实验数据，最终获得精准的实验结果.
科学态度与责任：（1）通过自己动手操作实验、制作水火箭得到对物理学科的自豪感与满足感;（2）通过观看神州火箭升空视频，加强爱国主义情怀;（3）学会与他人交流合作;（4）发散思维，善于观察生活，将生活中的废品变废为宝.
2 设计思路
本节STEM课程，以“如何制作水火箭”为主线问题，采用小组交流合作的学法，学生在设计实验进行实验探究的同时，将科学、技术、工程、数学四个方面渗透到实验的各个角落.在科学层面上学生能够自主设计方案，并且掌握动量守恒定律、能量守恒定律、力的平衡原理、压强差的知识等，达到学以致用、活学活用的教学效果.在技术、工程层面上，如何让水火箭发射的速度更大、发射的距离更远、发射的高度更高？这些问题都需要在设计实验、制作水火箭时注意，并得到解决.在数学层面上，运用秒表、尺子、量角器、秤等度量工具，用来计算水火箭的具体参数.
3 教学设计
3.1 学生分组
基于以上设计思路，可以将全班40名学生，每组4个人，共分成10组进行授课.
3.2 创设情景，提出任务
视频引入：观看神州火箭发射的视频，聚焦问题，提出任务.
讲述并提问：为什么火箭能够升空呢？
学生回答：依据动量守恒，喷气前的火箭动量为零，喷气后火箭和燃气的总动量仍旧为零.还运用了反冲的原理.火箭是依靠喷气流的反冲作用从而获得巨大的速度.气流给地面向下的力，地面反作用使得气流产生向上的力，从而推动火箭升空.
设计意图：通过视频导入，激发学生的好奇心和学习兴趣.观看神州火箭发射升空的片段也会增强学生的爱国情感.
讲述：首先由教师向学生展示已经制作完成的水火箭（利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼等），并且播放提前录制好的水火箭发射视频.将实物与视频相结合，讲解水火箭的原理：将动力舱中灌入适当质量的水，利用打气筒充入空气超过临界压力值后发射.压力空气把水从火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，在反作用力下，火箭快速上升.
提出任务：请同学们利用8个不同形状500ml的饮料瓶或矿泉水瓶、剪刀、单面刀片、木（皮、软胶）塞、球类气针、圆珠笔芯、气门芯、订书机、X光片、双面胶、彩色装饰纸等制作简易水火箭.
经过师生探讨后，确定以下五个关键的问题：
（1）选择哪种类型的瓶子作为水火箭的主体？
学生讨论与交流，动手实验后得到：水火箭的主体应该选择雪碧饮料瓶.因为雪碧饮料瓶的上半体是上下等截面的圆柱体，没有过大的弧度，是较为理想的流线型.并且碳酸饮料的瓶体耐压性比较好，比普通的矿泉水瓶的瓶壁稍厚一些.（提高技术、工程素养）
（2）如何保证喷嘴的密闭性？
学生讨论与交流，动手实验后得到：在制作过程当中，喷口的密封性是最为重要的，密封一定要好，否则将不能为水火箭提供良好的压力，导致水火箭实验失败.即使气针在木塞中，也要同时保证密不透水，所以可以用烧红的针尖穿洞.（提高技术、工程素养）