STEM教育理念下中学校本课程的研究与实践
黄勇
STEM教育已成为全世界的教育潮流。近年来，我国的创客教育和STEM教育也在各地学校如火如荼地开展，条件较好的学校还开设了3D打印、无人机、机器人等课程，但是大部分学校特别是农村学校在硬件设备方面还存在很大不足。因此，教师需要思考怎样在学校现有条件下，开发具有本地特色的STEM项目，实现STEM教育的本土化。为此，笔者所在学校进行了基于STEM教育理念的校本课程的研究与实践。以下，将以 “跳眼测距法”一课为例加以说明。
一、课程重点
在空旷的野外活动时，人们有时需要估测一下远处某个目标物的距离，这时可以用到一个简单的方法——跳眼测距法。在军事设备不发达的年代，这一方法是军队（尤其是炮兵）经常使用的，即便在21世纪的今天，仍然有其重要的应用价值。“跳眼测距法”的原理与应用涉及初中阶段的物理、数学、生物等方面的知识，可以用STEM教育倡导的学习方式，引导学生进行跨学科探究与学习，促进理论与实践的结合。
二、课程任务
这节课的任务，是引导学生了解光的直线传播、相似三角形等方面的知识，并能够应用这些知识解决生活中的实际问题，激发学生探究学习的兴趣。
学生要先听教师讲解相关的物理、数学、生物方面的知识;然后，分组讨论如何运用所学知识探测距离;接着，在室外测量一个目标物的距离，期间需要小组成员相互合作，尽量减少测量误差，得出较精确的结果;最后，小组要再次讨论，进一步优化设计方案。
【涉及领域】物理、数学、生物
【适合年级】八、九年级
【建议时间】45分钟
三、课程步骤
1.导入（5分钟）
播放电视剧《亮剑》中的一段令人振奋的视频：团长李云龙命令炮手柱子用迫击炮炸掉几百米外的日军指挥部，只见柱子架好炮，伸右臂，眯左眼，调整炮口角度……只用了两发炮弹，就端掉了日军指挥部，使敌人成了没头的苍蝇，使我军胜利冲出了敌人的包围圈。
看完视频，教师请学生讨论：柱子为什么能百发百中呢？他开炮前的一系列瞄准动作背后有什么原理？学生讨论后得出结论：柱子能准确地目测炮轰目标的距离，所以能百发百中。
2.知识传授（10分钟）
用视频引出本课的主题后，教师请学生思考：为什么柱子能用这样简单的动作确定距离，其中的秘诀是什么？接着，教师介绍与此相关的物理、数学、生物方面的知识。
物理知识。光在同种均匀介质中沿直线传播，通常简称为光的直线传播。这可以解释生活中很多现象，例如影子的形成、射击时的“三点一线”等。由于被观察物体反射的光线可沿直线进入人眼，人眼就能根据光的直线传播来确定物体或物像的位置。因此，在模拟图例中，可直接用直线来表示光线。
数学知识。三个角分别相等、三条边成比例的两个三角形叫做相似三角形。相似三角形是几何中重要的证明模型之一，是全等三角形的延伸。全等三角形可理解为相似比为1的相似三角形，对于非全等的两个相似三角形，它们的三个内角完全相等，只是对应边之间的相似比是不为1的常数。在这节课中主要应用的是相似三角形任意对应边长的比等于相似比的知识。
生物知識。不同的人两眼瞳孔间的距离不等，手臂长短也不同，但同一个人两眼瞳孔的间隔约为自己臂长的十分之一，这是相对固定的。
3.讨论探究（10分钟）
让学生分组讨论测量目标物距离的方法，然后根据视频中的动作提示构建两个相似三角形（见图1），并从已知的两个相似三角形中认识到：人的手臂长度/双眼间距离=10，目标物到人的距离/两眼分别目测时目标物横向移动距离=10。那么，测距的关键就是要根据目标物的大小估算出两眼分别目测时目标物横向移动的距离，这样就能根据比例关系推算出目标的实际距离。
4.确定步骤（5分钟）
经过讨论，师生总结出以下操作步骤。第一步，水平举起右臂，大拇指竖直向上，伸直手臂并与身体垂直。第二步，闭上左眼，转动腰部调整角度，使大拇指瞄准被测物体（即恰好挡住目标或部分目标）。此时，右眼、拇指、被测物在一条直线上。第三步，闭上右眼，睁开左眼。此时，将看到被测物出现在拇指左侧，与拇指有一段横向距离，可估测被测物的大小。第四步，估算距离，根据被测物的大小，判断被测物到大拇指所指位置的横向距离，将这段横向距离乘以10，得到的就是被测物与自己的距离。
5.室外测试（10分钟）
让学生在室外选定一个远处的固定目标，采取以上步骤进行反复练习与测量，并就目标物估算的结果进行交流，最后每组选出一个误差最小的结果，将各组的测量数据汇总在表1中，与用米尺实测的距离进行对比。
6.总结与改进（5分钟）
一是对实测过程进行反馈和总结。学生普遍认为：估测目标物横向移动的距离误差最大，也最难以控制;需要多次练习才能得到比较准确的数据。二是进一步思考如何更准确地得到两地之间的距离。学生讨论后回答：采取相同的测量原理，在目标物处放置一个有刻度的长杆，右手处也放置一个能够精确看出横向移动距离的尺子，就能得到更准确的测量结果。
综上，本课例在较少使用现代教育设备的前提下，整合了不同学科的知识，设计了恰当的流程，为学生创造了更多合作与动手的机会，让学生体验了如何运用跨学科知识解决实际问题，提高了综合科学素养，切合了STEM教育倡导的核心理念。这为硬件条件有限的学校开展STEM教育提供了借鉴参考。
参考文献（编者略）
（责任编辑? ?郭向和）
