STEM视角下的初中科学课堂教学实践研究

师：大家都很聪明！陶瓷比塑料更耐热，所以
题链为驱动，利用多个微探究组合的方式渗透思想
更好一些，今天老师给大家带来了塑料管，让我们
方法，让学生体验工程设计的过程。
一起来完成缠绕吧！
实验器材：棉线、铅笔芯、镍铬合金丝、铜丝、纸
筒、塑料筒、金属筒、学生电源、开关、导线、小灯泡
学生活动：将一根较长的镍铬合金丝缠绕到塑
图 10
支架组装成型
不是合金丝的电阻而是碳膜的电阻，旋转的过程是
触片在碳膜上滑动来改变有效长度。材料的选择
通过一系列问题的设置，开展师生互动和生生
是由实际的应用场景所决定的。再结合电位器的
互动，进行有效的交流和讨论，中间穿插实验和技
连接方式将其和滑动变阻器进行比较，发现两者有
术相关的内容指导，让学生从技术层面一步一步完
工程、数学的教学设计，展示基于 STEM 视角的初中科学课堂教学实践。
［关键词］STEM 视角；初中科学；教学实践；变阻器
［中图分类号］ G633.98
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1674-6058（2023）17-0096-04
一、STEM 及其教学诉求
STEM 是科学、技术、工程和数学英文首字母的
通过探究以及结合原有认知，学生能够确定电
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位器是通过改变电阻大小来实现电路中的电流变
师：
还有没有办法让灯泡变得更暗呢？
化，从而改变音量的大小的。继而引发关键性问
生 5：用更长的镍铬合金丝。
题：这其实就是一个旋钮式变阻器，这么小的一个
计环节和评价标准，让学生通过探究获得结论并总
融合科学、技术、工程的教学设计；运用 STEM 教
解，让学生了解设计的初衷是为了人类的发展，有
设计能力和数学思维，提升创新能力。最后通过
学素养，教师应基于 STEM 视角进行教学设计和实
变阻器的设计上，并且结合应用构造式教学，进行
学，使学生能在构建变阻器模型的过程中提高工程
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变电阻。比如光敏电阻应用于感光的环境中（如光
控开关）、磁敏电阻应用于电磁继电器中、声敏电阻
应用于声控开关、力敏电阻应用于体重秤等。科学
来源于生活、应用于生活。从生活中来，到生活中
去，是我们学习科学的最终目的。
变阻器是一样的。为了让学生体会到仪器的发展
历程渗透文化传承，体验技术创新是一个不断完善
构造、不断发展的过程，丰富学生的情感体验，教师
展示了实验室的滑动变阻器。学生分组观察滑动
变阻器，了解滑动变阻器的铭牌。通过简易模型的
图 12
电位器的实物图和结构示意图
教师接着展示一个完整的电位器（见图 13），
构建，学生对相关知识有了很好的联结和掌握，所
接线柱
灯泡亮度
画出电阻丝电流路径并
电阻变化
变化
标注出 AP、BP、AB
P
滑片的装置，将滑片与电阻丝
AC
C
BC
C
AB
C
B
A
接触部分的漆除去。
教师展示滑片并将鳄鱼
夹夹在滑片上（见图 9）。
图9
装上滑片
师：变阻器已经初步成型了，这样接入电路使
P
B
A
P
B
A
用方便吗？你会如何改进？
通过展示拍摄电影时用滑轨保持稳定，最终引
工作原理。教师将装置接入电路中，灯亮的位置便
器也能实现吗？教师提示学
是电流通过的路径，展示滑动变阻器上有效长度的
位置（见图 11），让学生体会技
生 可 借 助 公 式 R = ρL/S 推 导
和思考。这样，融合了数学的 图 13 完整的电位器
术改进后的变化。通过前期
计算，实现了技术的升华。
模型的构建和后期的实验探
教学的原因有以下几点：第一，可以从生活中找到
相应的现象或者应用场景，所需材料比较容易获
生活中的相关工程技术素材，以电位器作为“暗箱”
取；第二，可以在课堂中模拟场景并进行探究实验，
引入，以揭秘电位器的工作原理作为动力要素；基
使所学知识和工程技术相融合；第三，可以通过设
于 STEM 视角，以问题链为驱动，将重点落在滑动
着异曲同工之妙。显然电位器也是一个滑动变阻
成滑动变阻器模型的构建，体验科学与技术的融合
器，只是形状和材质还有使用场景有所不同。这样
和工程设计的乐趣。
就揭开了电位器的神秘面纱，使学生豁然开朗。
旋钮触片
（四）探究实际应用
探究实际应用，
，体验技术改进
学生在课堂上建立的模型比较简陋，但其原
电阻体
理、功能、主要结构和使用方法等与实验室的滑动
料管上，用胶布固定（见图 4），
连入电路中调节灯泡亮暗，检
和鳄鱼夹等。
师：你认为电位器（旋钮式变阻器）在旋转的过
程中是如何改变电阻的呢？为什么？
生 1：通过改变长度来改变电阻。要改变导体
的横截面积、材料或温度，单纯靠旋转很难改变，只
有改变长度。
师（展示棉线、镍铬合金丝、铜丝和碳棒）：那就
让我们一起来利用这些实验材料连接电路，制作一
“暗箱”揭秘让知识和生活高度融合。STEM 教学让
科学照进现实，使学生在学习过程中了解滑动变阻
器的使用，对滑动变阻器有新的认识，使知识得以
升华。
STEM 教育最大的驱动力在于科学知识中存在
引导探究，
，搭建“支架
支架”
”
师：通过旋转电位器是否真能改变电路中的电
流大小呢？
学生小组合作设计电路。
用导线将电源、开关、小灯泡、
电流表、电位器等实验器材串
联 起 来（见 图 2）。 观 察 电 位
器的结构特点，电位器有三个
图 2 学生连接电位器
接线柱，学生在连接过程中探
究具体的连接方法。连接好后旋转旋钮，观察灯泡
教师现场拆解一个电位器，展示并画出实物图
出轨道的设计。教师展示并
和结构示意图（见图 12）。通过观察，发现电位器
组装成型（见图 10），利用金属
在旋转时确实是改变了电阻的有效长度，但改变的
杆作为滑杆可以当成导线，两
端便是两个接线柱，鳄鱼夹可
以夹在两端的接线柱上。
（五）揭秘“暗箱
暗箱”
”，实现技术升华
把很长的镍铬合金丝塞入这个小巧的电位器，必定
物理学科本身与技术和工程设计有着潜在的
是要缠绕的，那么应缠绕在哪里合适呢？
联系，变阻器的内容就是其中的典型之一。教学
中，教师可将பைடு நூலகம்阻器的设计当作学习情境和动力要
生 7：铜管会导电所以排除，其他三种材料都
不导电，纸筒容易弯折，塑料筒和陶瓷筒都可以。
素，不作为学习目标，而是作为一种教学方法，以问
课堂教学实践。
（一）创设情境
创设情境，
，产生“暗箱
暗箱”
”效应
教师将音响放在学生课桌旁并播放音乐，且故
意将音量开得很大，使学生产生烦躁感，然后让学
生降低音量。
师：为什么旋转旋钮声音会变小？
生：可能是改变了电阻导致电流变小，从而使
声音变小。
师：如何证明？
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学生无法直接测量音箱内
高学生的动手能力；在探究过程中通过数学的定量
描述与逻辑推理提高学生分析与解决问题的能力；
在“制作产品”的过程中实现科学探究向 STEM 的
转变，提高学生的多重素养，培养学生的创新思维，
促进学生全面发展。
二、基于 STEM 视角的“变阻器”课堂教学
实践
下面以浙教版科学教材八年级上册第 4 章第 4
节“变阻器”为例，展示基于 STEM 视角的初中科学
的亮度变化和电流表的变化并将数据记录在表格
（见表 1）中。
（电位器规格较多 ，要 使 实 验 效 果 明
显，需选择最大阻值较小的电位器）
表1
实验数据记录表
把电位器串联到电路中；将 12，23，
13 接入电路中，旋转旋钮观察灯泡
亮暗、电流表大小变化并记录数据
接线柱的选择 能否改变灯泡的亮暗 电流大小是否改变
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表2
且镍铬合金丝的外面有绝缘漆无法导电。
师：为了能够连接电阻丝应该将鳄鱼夹换成什
么装置呢？如何使其与金属丝接通呢？
生 12：可 以 用 一 个 类 似
探究环节和方向的设定
滑片 P 自左向右移动
技术素养，即管理、使用、评价和理解技术的能力。
第三，工程素养，即对技术工程的开发与设计过程
的理解。第四，数学素养，即学生在发现、表达、解
释和解决多种情境下的数学问题的能力［2］。
实施基于 STEM 视角的初中科学教学有利于
改变单一追求科学知识以及验证科学知识的学习
模式，通过设计实验、制作产品、操控仪器等方式提
其旋钮的下方有一个表盘可以显示电阻的大小。
以探究滑动变阻器的使用过程就变得简单了。教
当旋转旋钮时电阻的大小可
学中教师采用表格的方式给学生设定探究的环节
以通过表盘读出。电位器为
和方向（见表 2）。学生自主探究得出结论，并归纳
什么能实现电阻大小的精确
滑动变阻器的使用方法和技巧，掌握滑动变阻器的
变化？实验室里的滑动变阻
部的电流。教师拆解音箱的调
音旋钮，发现里面有一个电位
器（见图 1）。于是提出问题：电
位器是如何工作的？
设计意图：立足生活，挖掘
与教学内容相关的工程技术素
图 1 音箱的电位器
材，让科学知识融入现实生活，
体现科学知识与技术的融合。以
“暗箱”
模式设计教
学能更好地激发学生的学习兴趣，快速引出教学主
题。
（二）引导探究
生 8：
密的好，
密一点可以卷更长的镍铬合金丝。
生 9：不能太密，因为会碰
到一起从而造成短路。
师：手工缠绕往往比较粗
糙。
（展示工厂制作缠绕好的镍 图 5 紧密缠绕的镍
铬合金丝，如图 5 所示）有没有 铬合金丝
办法既能缠绕得紧密又不会
短路？
生 10：包上绝缘层，比如橡
胶（见图 6）。
图6
橡胶外壳
教师肯定学生的回答，并
（六）科学来源于生活
科学来源于生活、
、应用于生活
究，学生突破了滑动变阻器的 图 11 有 效 长 度 显
使用难点，并成为一个小小设 示实验
在生活中也有不同形状和用途的变阻器。随
着科技的发展，人们发现不同的材料（如半导体）可
计师，获得了成就感。
以通过光、声音、压力、磁场等外界因素的变化来改
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介绍漆包合金丝（见图 7），采用
涂上绝缘漆的方法既能绝缘又
不明显增加厚度。
（展示工厂制
图7
漆包合金丝
作缠绕好的镍铬合金丝并且
固定两端形成两个接线柱，
如图 8 所示）
师 ：如 果 把 这 个 装 置 接
入电路应该如何改变电阻
图8
两端装上接线柱
呢？
（教师演示鳄鱼夹无法夹住）你们有没有发现什
么问题？
生 11：鳄鱼夹无法夹住上方的镍铬合金丝，而
结构是如何实现电阻大小的连续性变化的呢？这
为本节课的核心变阻器的设计搭建了支架，让学生
从实际应用场景中回到科学知识本身。
师：镍铬合金丝太长有什么弊端呢？有没有办
法可以解决这个弊端？
生 6：携带不方便，可以缠绕起来。
师（呈示纸筒、铜管、塑料管、陶瓷筒）：如果要
（三）以问题链为驱动
以问题链为驱动，
，体验工程设计
图3
学生利用不同材料制作滑动变阻器
师：你会选择哪一种材料来制作滑动变阻器
呢？请说明设计意图。
生 2：选择碳棒。因为灯泡的亮度变化明显，
而且碳的价格便宜。
生 3：我不同意生 2 的说法，因为碳棒加长容易
断裂。
生 4：选择镍铬合金丝。因为镍铬合金丝具有
一定的延展性，柔韧性也比较好。当改变接入电路
的有效长度时，灯泡的亮度变化明显。
缩写，科学的目的是认识世界并解释自然现象的本
质规律；工程和技术是在尊重自然规律的基础上对
世界进行改造，从而实现与自然界和谐共处、解决
社会发展过程中遇到的难题；
数学则是基础工具［1］。
STEM 课程重点加强学生如下四个方面素养的
培育。第一，科学素养，即运用科学知识理解自然
界，并参与影响自然界所表现出来的能力。第二，
个通过改变长度来改变电阻的变阻器吧！
学生分组实验（见图 3）。观察实验现象并讨
论得出实现结论：棉线是绝缘体，铜丝电阻很小无
法改变亮度，镍铬合金丝和碳棒都能改变亮度，电
流表的示数也有明显变化，但变化程度不同。
验是否可用。学生汇报并展
示活动成果，不同小组的缠绕 图 4 缠绕镍铬合金丝
疏密程度不同。
师：是疏的好还是密的好？
三、教学实践反思和可行性分析
在本节课的教学中，教师深度研读教材，挖掘
组合，而是将 4 门学科相互贯穿和融合。相对初中
科学而言，物理部分更适合于进行 STEM 教学，比
如滑动变阻器［3］、磁场、电磁继电器、光的反射、光
的折射、平面镜成像、凸透镜成像、电路分析和应
用、大气压强、浮力等。这些内容更适合进行 STEM
科学·教学研究
STEM 视角下的初中科学课堂教学实践研究
浙江省温岭市第四中学（317500） 刘
锋
［摘 要］文章以“变阻器”教学为例，以电位器（变阻器）作为“暗箱”引入，将揭秘电位器的工作原理作为动力要
素；以问题链为驱动，围绕滑动变阻器的制作过程展开教学；基于 STEM 视角，结合构造式教学，进行融合科学、技术、