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从《我的LED》探STEM理念-科学论文

从《我的LED》探STEM理念

袁洋

STEM教育综合了科学、技术、工程与数学等学科，具有跨学科、跨领域的

特点，以及学习情境的生活性和真实性的特征。将STEM教育引入中小学科学

课堂的有效策略就是融合：基于一个真实的项目主题，将科学、技术、工程与数

学形成一种相互支撑、相互补充、共同发展的关系，在不同学科和领域的碰撞、

交互中，帮助学生实现深层次、理解性的学习，从而培养儿童各个方面的技能和

知识。那么，围绕什么样的项目主题，以及衍生出什么样的教学设计才能体现

STEM教育理念呢？

在中国科协“做中学”科学教育改革实验项目教学中心（东南大学）和玄武

区科学教研组的指导下，在苏教版《科学》五年级上册第三单元《简单电路》的

基础上，我进行了STEM课程的改编，形成了LED项目，现就项目中的一节试

水课——《我的LED》，来探讨STEM理念。

一、教学设计

本课以发光二极管(LED)为主题，从科学、数学、工程和技术的角度对LED

的电路特性进行研究和应用。从课程内容的角度来说，LED的电路特性与小灯泡

差异较大，需要分解出合适的教学活动作为脚手架，支撑整体项目研究；从学生

学习的角度来看，学生虽然没有接触过LED这种电子元件，但是对其在电路中

的特性和应用的掌握，可以参照已经完成了的简单电路中的学习。于是，围绕本

课主题，我制定了4个领域具体且有针对性的教学目标和教学流程图（图1）：

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S（科学）：知道LED的特性（单向导电性）；认识电路中LED与小灯泡在

电路中的区别；巩固对闭合回路的认识。

T（技术）：能用简单的方法连接多个LED的并联电路，完成作品，在制作

过程中考虑元件之间连接的技术问题。

E（工程）：能够设计并联电路，完成让LED电路板亮起来的项目作品。

M（数学）：能够计算电路所需耗材。

二、教学过程

1．导入：生活情境代入，聚焦研究对象

开设公开课时，正值圣诞节临近。我选取了一些LED灯装饰的圣诞树图片，

还原节日气氛，将学生引入生活情境，聚焦本课的研究对象-LED。对新的对象

如何去研究？我调用学生在《简单电路》单元学习时获得的已有经验和方法。“最

近我们这个单元学了什么？”“在简单电路中，你做过什么有成就感的研究？你

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是怎么做的？”这些引导性问题，一方面可以帮助学生明确学习的起点，增添信

心和兴趣；另一方面，为学生在后续任务中，对LED和小灯泡间的差异而产生

的认知冲突做铺垫，激发学生思维，解决新问题。

在实践前，学生已经通过简单电路的学习，获得电路的基本知识和技能。学

生表示，不仅能让1个小灯泡亮起来，还能设计电路让2个甚至3个小灯泡同

时亮起来。因此，学生对LED的研究表现出很强的兴趣和信心。

2．任务一：点亮一个LED

我给各组发放了1只LED让学生充分观察，聚焦LED的结构。与之前学习

的小灯泡做类比，学生很容易发现LED上面的部分和灯泡很类似，下面却有两

个金属丝，一长一短。“猜一猜，这两根金属丝是做什么用的呢？”不少学生能

够预测LED的金属丝是引脚，用来接人电路。教学过程自然过渡到第一个小任

务。“如果这两根金属丝是用来连接电路的，老师给各个小组发1个纽扣电池，

你试试能不能让这个LED亮起来？”学生在动手实践中发现LED在电路中的单

向性特点。

因为选择的随机性，学生动手实践时，全班出现了两种结果。当LED的长

脚接触电池正极，短脚接触电池负极时，LED会亮，反之，LED不亮（图2）。

LED与以前学习的小灯泡的电路特性完全不同，使学生的学习过程始终处在“产

生冲突、解决冲突”的过程中。新问题的不断产生，刺激学生持续思考。借助微

视频的动画演示，学生能够进一