在工程技术OBE教学“电磁起重机”案例中培养学生发现问题、解决问题的能力
谢云
【学情分析】
本课是基于苏教版小学科学六年级下册第一单元“神奇的能量”第四课《电磁铁》而设计的、体现OBE理念的一堂STEM教学课。在这一单元的前三课中，学生认识了各种各样的能量，包括电能、磁能等，也初步认识了能量之间的转换。这些知识的储备为学习电磁铁的内容打下了基础。但由于小学生的生活经验有限，他们能够举出电能转化为光能、热能的例子，但却说不出电能转化为磁能的例子。
【教学策略】
本课的教学目标是要让学生认识电磁铁构造与应用、能够制作电磁铁并探究它的磁力大小。常态化的教学是采用科学探究的方式，但是我在教学设计中引入了OBE理念，即目标导向教学。为实现教学目标，我重新设计了教学环节，使学生的学习目标更为清晰，课堂环节更加分明。我以“电磁起重机”为学习项目，开展STEM融合教学，通过以下四个环节让学生深入了解电磁铁的结构与应用，并在制作、研究、改进电磁起重机的过程中，培养学生发现问题、解决问题的能力：创设问题情境，激发学生的探究热情;动手制作电磁铁，感受科学的魅力;探究电磁铁磁力，提升电磁起重机的工作效能;总结延伸，不断改进电磁起重机的性能。
【OBE设计目标】
知道电磁铁与磁铁的相同与不同特点，电磁起重机就是利用电磁铁磁性可控、磁力可控的性质工作的。
掌握制作电磁铁的方法，并测试电磁铁的性能。
研究电磁铁，找到增大电磁铁磁力的方法，提升电磁起重机的工作效能。
【主要材料清单】（规格、数量、成本）
每组火柴棒一盒、大头针一盒、粗细铁钉各一根、50cm导线一根、电池（含电池盒）两节、条形磁铁两块、冰棒棍一根。
【教学过程】
一、创设问题情境，激发探究兴趣
出示一堆火柴棒和大头针的混合物。
提问：你们有办法把大头针和火柴棒分离开吗？
板书：磁铁（各组尝试利用磁铁吸出大头针）
讨论：这是利用了磁铁的什么性质？（磁铁具有磁性）
悬念：我这里有一根大铁钉，能吸出大头针吗？导线呢？电池呢？（都不能吸铁）可我能利用这些材料把大头针吸出来，你们相信吗？
演示：电磁铁的制作。
讲解：将导线按照同一个方向紧密地缠绕在铁钉上，导线两端接上电池的正负极，将大铁钉移到大头针上方，你们看到了什么神奇的现象？
探究：大鐵钉的磁性是怎么来的呢？这个装置里面存在着怎样的能量转换呢？（电能转换成磁能）我们把利用电流产生磁性的装置叫作电磁铁。
板书：电磁铁
【设计意图】通过创设问题情境，让学生了解除了磁铁具有磁性，电磁铁也具有磁性，而且神奇的是它是利用电能转化为磁能。在激发学生探究兴趣的同时，也初步渗透了电磁起重机的工作原理。
二、动手制作电磁铁，感受科学的魅力
要做一块电磁铁，需要用到哪些材料呢？（课件出示：铁钉、导线、电池、电池盒）
回顾一下我刚才的演示，思考如何制作电磁铁。
制作三步骤：一是绕线;二是通电;三是吸铁。
讨论：这三步哪两步最关键？为什么呢？是前两步：导线要绕紧，并按照同一个方向缠绕;不通电，就无法产生磁性。
友情提醒：绕线时要注意安全，避免铁钉划伤手指;通电时间不能太长，耗电。
分组实验：制作电磁铁，并且测试吸铁性能。
【设计意图】由于教师之前的制作演示，学生基本上掌握了制作电磁铁的方法。这个环节主要讨论制作过程中的注意点：一是制作关键点，即导线应绕紧并按照同一方向绕;二是安全提醒;三是渗透节能意识。
比较电磁铁和磁铁，它们有什么异同？
相同点：都能吸铁。
不同点：磁铁的磁性不会消失，电磁铁则需要通电才具有磁性。
板书：磁性永久 磁性可控
提问：电磁铁这种特殊的性能在我们的生活中有怎样的应用呢？
如电磁门吸、磁悬浮列车、电铃等。出示图片，让学生找找电磁铁在哪儿。思考：它们是如何利用电磁铁工作的。
引出课题：（板书）电磁起重机
播放视频：电磁起重机搬运钢材
提问：看了视频，你能用所学的知识解释一下电磁起重机的工作原理吗？
磁铁也能吸铁，能用它来搬运钢材吗？为什么？（成本太大，难以卸货）
制作简易电磁起重机，并尝试搬运大头针。
（用一根冰棒棍做机械臂，一头绑上电磁铁，另一头和电池盒一起握在手里即可。要求学生利用简易电磁起重机吸引、搬运、松开大头针。）
【设计意图】通过比较电磁铁与磁铁的异同，让学生发现电磁铁具有磁性可控的特点。人们利用这个特殊的本领将电磁铁应用到生活中，解决了生活中的实际问题。电磁起重机也是利用电磁转换、磁性可控的特点工作的。
三、探究电磁铁磁力，提升起重机的工作效能
发现问题：你们制作的电磁起重机虽然能搬运货物，但是工作效能却不一样，有的一次能搬运好多大头针，有的却搬得很少。这是为什么？
引导学生关注电磁铁的磁力大小问题。
如何才能增强电磁铁的磁力呢？引导学生从电磁铁的构造猜测影响电磁铁磁力的因素，如线圈圈数、电池数量、铁钉粗细、铁钉长短等。
小组合作，围绕一个假设，设计研究方案。
各组汇报交流方案。
教师提供各组所缺的实验材料，小组开展实验，探究增大电磁铁磁力的方法。
各组汇报交流实验结果和发现。
【设计意图】工程的关键在于制造，技术的核心在于设计。要提升电磁起重机的工作效能，关键在于找到增大电磁铁磁力的方法。本环节主要采用科学学习中的对比实验，来探究影响电磁铁磁力大小的因素。先以小组为单位，围绕一个假设进行研究方案的设计和实验，再全班汇报交流。这样既可以节省时间，又可以全面了解其他小组的研究成果。51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A
四、总结延伸，不断改进电磁起重机的性能
小结：通过实验，大家发现影响电磁铁磁力的因素有线圈圈数、电池电量，与铁钉的粗细也有关系。
板书：磁力可控
讨论：那么如何进一步提升本小组电磁起重机的工作效能呢？
课后延伸：请你们利用我提供的材料，或者自己寻找合适的材料，改进小组的电磁起重机。比一比哪一个小组的电磁起重机磁力最大，性能最好。
【设计意图】改进环节延伸到课后，这样有一个好处：让学生的研究不受时空和课堂实验材料的限制，尽可能地发挥主观能动性。尊重学生的自主选择，让学生的思维能力得到更大发展，或许会让学生有更多的发现。
五、板书设计
电磁起重机
磁铁 电磁铁
磁性可控
磁性永久 磁力可控
【专家点评】
OBE是成果导向教育的简称，也叫目标导向教育。用鲜明的教学目标引导教师设计教学过程，课堂思路更为清晰，学生的学习层级更为分明，有助于厘清课堂结构，理顺学生思维，使科学课堂更为高效。本节课的教学内容是制作并研究电磁起重机，进一步让学生理解能量转换的知识。本节课的亮点在于：
首先，从整体上看，教师借助制作和研究电磁起重机这样一个项目式学习的方式，来实现本课的教学目标，体现了跨学科整合的理念。比如，利用磁铁和电磁铁来解决生活中的实际问题，比較磁铁和电磁铁的性质，运用对比思维探究电磁铁的磁力，这些都是科学的范畴;制作电磁铁和电磁起重机，考虑制作的流程，关注安全、节能因素等，这些都是工程的范畴;改进产品，提升其工作效能，这是技术的范畴;实验数据的测量、收集、整理，涉及数学的范畴。项目式学习有助于培养学生的核心素养。
其次，从细节上看，这节课渗透了OBE教育理念，即用学习成果指导教师反向设计教学过程。本节课学生需要学会什么？制作并研究电磁起重机。如何实现这个学习目标，教师是这样分解学习总目标的：第一步要知道电磁起重机的工作原理;第二步要学会制作电磁起重机;第三步要学会改进电磁起重机的工作效能。三个分解后的学习目标螺旋上升、层层递进。如何实现分解后的学习目标呢？教师分别设计了这样几个环节：创设问题情境，引出磁铁与电磁铁，通过旧知的复习和新知的讲解，激发学生探究的兴趣，初步渗透了电磁起重机的工作原理，实现第一目标;教师演示制作和学生自主制作电磁铁，并进行测试，实现第二目标，结合电磁铁起重机工作视频，教师又对第一目标的实现进行了检测巩固;引导学生研究影响电磁铁磁力大小的因素，是为了找到改进电磁起重机工作效能的方法，鼓励学生课后继续开展研究，让思维不止步于课堂，实现第三目标。教学环节紧凑，目标实现度高。
【此文系中国教育学会教育科研课题“基于名师工作室的小学科学OBE项目学习研究”研究案例，批准号：FZ002601】51773987-5690-45A1-97C3-5BA4CC3C9C9A
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