本文以高中“回滚筒”实践活动为例，开展STEM教育理念下项目驱动式实践活动。结合生活中有趣、具有挑战性的问题，把问题项目化，让学生通过问题解决完成学习任务，获得成就感。

设计思路

STEM教育要求以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能进行灵活迁移，解决真实问题。基于STEM的中学物理实践活动应当具备以下核心特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等。

“回滚筒”实践活动面向高一学生，他们刚刚学习了“机械能及其守恒定律”的内容，对弹性势能、动能以及机械能守恒定律已有一定的认识和理解，能够满足完成此活动的知识要求，据此笔者确定此活动的教学目标和设计思路如下。

教学目标

（１）理解动能、势能以及机械能守恒定律，培养综合利用所学知识解释实际问题的能力。

（２）体验“回滚筒”的制作过程，能将生活中较为复杂的实际现象转化为物理模型，并进行分析和推理，获得正确的结论并给予合理的解释。

（３）从不同角度对“回滚筒”提出可探究的物理问题，制定有一定创意的探究方案。

（４）体会合作学习的重要性，体验探索过程，享受学习物理的乐趣。

教学思路

在STEM实践活动教学中，通过回滚筒项目来达到学习拓展的目的，将科学、技术、工程、数学等方面充分融合并加以运用。在对工程的学习和了解过程中，不断发现、提出问题，利用科学、数学知识寻找解决途径，最后运用技术将解决途径具体化，通过小组分工配合，达成教学目标。

在具体活动设计中，主要从四个层次进行剖析：

科学层次。需要学习机械能及其守恒定律的相关知识，例如回滚筒的回滚过程中蕴含能量转化与守恒的原理；

技术层次。主要涉及回滚筒制作和3D打印技术；

工程层次。要让学生学会发现问题、提出问题并通过实验解决问题，不断对回滚筒进行改进，最终完成一个精美的成品；

数学层次。主要体现在数据测量、计算与统筹方面，例如回滚筒的尺寸、质量的计算以及滚动距离的估算等。教师在整个STEM活动中为学生提供了橡皮筋、螺母、塑料瓶、3D打印机等实验器材。

教学过程

创设情境，导入新课

教师带领学生回忆生活中的具有弹性的物体，引领学生仔细体会生活，对生活中常见的物体进行功能性的联想，并使学生自主将材料的特点总结出来，导入新课。

教师提问：在生活中，大家一定能接触到各种各样有弹性的物体，比如弹簧、海绵、橡皮筋等。

这些具有弹性的物体，可以用来做什么？如果再加上一个圆筒，大家想怎样制作？

学生回忆生活情境进行回答，在教师的启发下联想到滚动的筒，从而引出课题：“回滚筒”。

猜想与设计

让学生提出猜想并动手实验，在探索中获得知识，体验科学的无穷魅力。此过程可培养学生的选择、规划、创造能力，猜想各个材料在“回滚筒”中的作用，并在不断的自我否定中得到最终的答案，体现了STEM教育的体验性。

教师提出任务：请同学们利用橡皮筋、螺母和塑料瓶制作一个能够自由滚动的筒。要求学生提出猜想，理清设计思路。提醒学生在设计过程中注意以下事项：

（１）在设计过程中，要保留作图痕迹，不能使用给定材料范围之外的材料进行实验；

（２）设计图纸要有尺寸规定。

实际制作

在制作过程中，尽可能地让学生独立完成初步作品，但是教师要在方法上引导学生，在对STEM项目的探究过程中要注重经验的积累、对事实规则的认识和运用科学思维方法。在设计作品的过程中，不仅是对机械能及其守恒的知识夯实过程，更是对学生统筹规划能力的整体锻炼。力求在学生动手动脑做项目时，能掌握并熟练应用科学规律，体验科学规律对我们生产生活的指导作用，此过程体现了STEM教育的实证性。在此过程中，学生思考并制作“回滚筒”，以表格形式记录实验过程，以便日后总结、反思。

团队协作

团队协作环节不仅是对作品的反思与改进，更是对学生交流能力以及团队协作能力的提升，此过程体现了STEM教育理论下创新课程的协作性。

教师引导：当用你制作好的回滚筒进行实验时，你是否已经注意到，不同人制作的成品，它的滚动距离是不同的，那么究竟哪些因素会影响到滚动的距离呢？让我们一起来探究一下！

学生通过探究，发现影响滚动距离的因素有：筒的形状、橡皮筋的数量等。

客体与模型的转化

在上一环节中，学生归纳出影响回滚筒滚动距离的因变量之后，再次进行了探索。在实验过程中并不能保障每个回滚筒的外形和尺寸一样，无法彻底消除误差，但是我们可利用技术手段尽量减小误差，例如通过3D打印技术解决回滚筒的尺寸问题。在STEM教学中引入3D打印技术，可满足学生对未知科技领域的好奇心。利用新技术激发学生的创新兴趣，从而让学生体验学以致用的成就感，体现了STEM教育的技术性；模型的转化过程其实就是学科间的一种联系和转化，体现了STEM教育理论下创新课程的跨学科性。

使用3D制图软件进行绘图

现阶段的STEM教育模式已将传统的“废物利用”式的实践思路，拓宽为利用技术手段激发和简化学生创新过程的新思路。就“回滚筒”来说，3D打印技术的应用解决了学生在完成作品中的繁琐步骤和困难，使得作品更美观。图1为学生利用3D制图软件绘制的“回滚筒”设计图。

利用模型再探究

利用模型再研究的过程，不仅仅是完成作品后的反思，更是加深对科学规律理解的重要一步。

利用3D打印机打印出来的模型（如图２），再重新对前面的实验进行探究，记录回滚筒滚动的距离，改变相关参量，探究影响因素。引领学生结合所学知识进行讨论，并得出相应的结论。

改进装置

在活动的最后阶段教师提出改进装置的任务，引领学生从作品的美观性、艺术性以及实用性角度进行改进。在改进环节，学生以数学为工具，从工程和艺术角度对作品进行改进，这种模式更能促进创新型人才的培养。

在“回滚筒”活动中，教师针对学生初步制作的装置，提出以下问题：用牙签来固定你的橡皮筋看起来不是很美观，如何改进？对筒滚动的距离有没有影响？你可以与同学进行讨论、交流。

学生认真思考改进方法并积极尝试，在改进过程中遇到问题会与同学沟通，寻求老师的帮助。

文章来源：中国知网

文章原名：《基于STEM的中学物理实践活动创新设计——以“回滚筒“项目为例》，文章有删减

作者：刘通 罗茜 天津师范大学

转自：STEAM教师

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原标题：《优秀STEAM案例 | 回滚筒》

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