——以电磁铁的应用为例

  摘 要：基于Steam项目学习活动理念下，通过指导学生开展Steam项目学习活动进行电磁铁的结构特点——知识点教学的电磁铁微课设计、电磁铁的应用水位自动报警器——问题解决的电磁铁微课设计、电磁铁的应用电铃——综合归纳的电磁铁微课设计、电磁铁的应用电控锁和校门自动道杠——创新应用的电磁铁微课设计。学生在微课程制作过程中参与Steam项目学习活动，进行电磁铁应用的科学知识的探究，提供微课制作的素材，参与微课制作，做到在做中学和知识马上应用于录制微课，大大提高了知识点的保持率，提升了学生的实验设计能力、探究能力、分析能力、归纳能力、语言表达能力。
　　关键词：电磁铁；微课设计；Steam项目学习；学习保持率
　　通过学生的Steam项目学习活动——寻找生活中的电磁铁，引导学生在学习活动中收集微课素材材料，并让学生来制作系列微课程，实现做中学、不断交流合作、落实和深化电磁铁应用的知识的项目学习活动。在开放真实的电磁铁应用生活情境中，实现电磁铁应用知识的意义化建构，实现更优质、科学的学习过程，激发学生学习的潜能，提高学生学习保持率，促进高阶思维能力提升，突破原先的教学方式和学习方式，实现教学方式的改变。下面以浙教版八年级下册第一章第三节《电磁铁的应用》微课程设计为例，探究基于Steam项目学习活动的微课程的设计。
　　1．制作微课程项目学习的设计理念
　　通过电磁铁的结构特点和应用的实验微项目学习活动，并拍摄学习活动的视频和照片，选出实验微项目学习活动中交流的优秀照片和视频，作为微课程制作的材料的学习过程。激发了学生积极探究电磁铁的结构特点及其应用的热情，提高学生学习电磁铁的兴趣和学习保持率，深度学习了电磁铁的结构特点和应用的实验。在熟练掌握后，学生开展寻找生活中的电磁铁这一拓展应用的微项目学习活动，同样拍摄视频和照片，精心选择作为微课程制作的材料的学习过程。学生积极进行探究和发现生活中的电磁铁，深度学习了电磁铁在生活中的应用，深刻理解了电磁铁在生活中应用了哪个优点，从科学本质上内化了电磁铁在生活中应用的优势，归纳了电磁铁的结构特点和在生活中应用的对应关系，为进一步活化电磁铁的应用，为电磁铁的创新应用埋下基础。围绕电磁铁的结构特点和应用这一主题进行项目学习活动，无论在实验学习活动，还是在实践学习活动中，学生都是积极参与、积极思考，自主的进行扁平化交流，自主的进行知识的整合和建构。对视频进行剪辑制作，制作ppt，录屏制作电磁铁的应用系列微课程活动中，培养了学生的使命感和责任心，更深理解电磁铁的结构特点和应用，提升了学生运用知识制作微课的实践的能力，在学习活动中提高了学生的交流能力、语言表达能力、分析、归纳能力、理论联系实际能力，完善了提升信息技术应用于学习的能力，并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。
　　2．制作微课程项目学习的思路分析
　　电磁铁应用知识来源于生产、生活，电铃、水位自动报警器工作原理凝结着电磁铁的结构特点，由于学生缺乏生活经验，没有见过电铃、水位自动报警器的内部结构，上课时直接拿工作原理图直接进行分析，难以进行抽象联系，通过制作电磁铁应用之一电铃和电磁铁应用之三水位自动报警器微课的Steam项目学习活动，学生主动去研究寻找电铃、水位自动报警器视频，结合工作原理图进行主动学习，收集微课制作的视频素材，主动归纳了电磁铁的特点和深度学习水位自动报警器的工作原理，高质量掌握电磁铁工作原理，大大提高了学习的保持率。电磁铁知识体系学习难度比较大，学生往往学习兴趣还可以，当这类题目深度进行挖掘时，学生往往无从入手。通过制作电磁铁应用之二电控锁和电磁铁应用之四校门自动道杠微课的Steam项目学习活动，深度挖掘了电磁铁在生活中的应用，化难为易，深度学习了电磁铁的特点和生活中的深度应用。
　　3．制作微课程项目学习活动目标
　　3．1科学观念：
　　能准确认识电磁继电器的组成、特点及其工作原理，能熟练使用PPT、视频剪辑软件，熟熟练分析电磁铁的应用原理，融合信息技术能力应用于制作微课程的学习活动。
　　3．2科学思维：
　　通过设计简单的控制电路进一步理解电磁继电器的组成及其工作原理，学会设计和分析简单的控制电路（电磁继电器的控制电路、水位水位报警装置、电铃）。
　　3．3探究实践：
　　通过评选学生的实验活动过程和实践活动过程中典型性过程，作为微课程的制作素材，体验学习过程的快乐，展示学生的学习过程，加强了过程性评价，改变学生学习活动的评价方式。通过项目学习活动，熟练掌握电磁铁的结构特点，熟练分析电磁铁的应用原理，活化电磁铁结构特点和应用，为创新应用电磁铁打下坚实的基础。
　　3．4态度责任：运用项目学习活动的方式设计电磁铁应用——电磁继电器的控制电路、水位自动报警器、电铃的项目学习活动方案，学会社会调查、讨论、交流、展示、表达方式进行学习。
　　4．制作微课程项目学习活动重点与难点
　　4．1重点：
　　4．1．1电磁继电器组成、特点、工作原理——电磁铁的结构特点和应用原理分析。
　　4．1．2PPT、视频剪辑软件的使用
　　4．2难点：
　　4．2．1电磁继电器，水位报警装置，电铃的工作原理的分析，生活中的电磁铁应用（电控锁、道杠）的提炼。
　　4．2．2微课材料选择，微课程的设计。
　　5．制作微课程项目学习活动学情分析
　　学生在小学学习了永磁铁的磁现象知识，在八年级熟练掌握了磁场、磁感线和电流的磁场及一些简单的串联电路等电和磁的知识。本课引入新电学原件电磁继电器”，这是对电生磁的一种重要实际应用，可以实现用低压电、弱电流控制高电压、强电流电路通断的自动开关。学生虽有一定的科学探究能力，但对“电磁继电器”的通断的探究还是存在一定的难度，另外对电磁铁与生产生活实际紧密联系的知识是全新的，水位报警装置中把开关换成用水位控制，这对学生又提出一新的战，是学的一大难点。
　　6．制作微课程项目学习活动策略分析
　　为了更好的理解电磁铁应用的原理，采用以学生为中心的项目学习活动，以电磁铁的结构特点和电磁铁应用为主线，分工合作，相互协调，加强学生间的扁平化交流，降低学习的难度，通过制作微课程，激发学生学习的热情，激发持久的兴趣，提高学习效率和成就感，培养学生的责任感和使命感。既重视电磁铁的结构特点和生活中应用的原理，发展了学生的能力，提升学生的科学学科的核心素养。电磁铁应用微课程项目学习活动共14课时，电磁铁的结构特点、电铃、水位自动报警器实验活动设计和实验活动2课时，学生组内评价选择视频和照片1课时，展示视频和照片，同学们对视频和照片的互评1课时，选出一些代表性的最优视频。寻找生活中的电磁铁2课时，并拍录视频和图片。交流学习生活中的电磁铁，选定电控锁和道杠为微课程学习项目1课时。解读电控锁（拆下学习工作原理）及其说明书1课时，设计电控锁学习活动微课程并拍摄视频和图片的项目学习活动2课时。制作微课程时把班级同学分成5组，每组组内成员相互分工合作完成一个微课的制作。每组只须完成一个微课程的设计方案、一个PPT的制作、一份讲解稿、录制的一个视频、在Camtasia。 Studio软件中录制和修改后的微课（MP4格式），完成此活动共5课时。
　　7．制作微课程项目学习活动准备
　　学生电源、开关、导线若干、电磁铁、电磁继电器、电铃、水位自动报警器、电控锁、能进行ppt制作并播放录屏和能进行视频剪辑的软件（如Camtasia。Studio）的手提电脑、选择的视频和照片、已插入视频和照片的ppt，微课程的教学设计，微课程的讲解稿。
　　8．制作微课程项目学习活动过程
　　8．1项目布置
　　在学习了电磁铁的优点后，引导学生如何把电磁铁的优点应用于人们的社会生活中，提高生活水平，改善人们的生活。参照书本的电磁继电器、电铃、水位自动报警器，同学们自主设计实验微项目学习活动，设计出实验方案，评选最佳的实验方案进行实验活动。提示注意拍摄照片和视频，注意细节（可以完善微课的学习活动），为制作电磁铁的应用系列微课程创造素材。
　　寻找生活中电磁铁的应用，拍摄视频和照片，在科学课堂中展示。通过大家的评价分析拓展生活中电磁铁应用，确定大家一起进行拓展应用电磁铁的微项目学习活动的主题，合作讨论查找资料挖掘电磁铁应用的结构分析和工作原理，设计学习活动方案，收集活动视频和照片。
　　班级分5组，讨论出最佳的实验展示活动微项目方案和拓展应用学习活动微项目方案，整理、调整微项目学习活动方案，表达不够到位，学习活动不够理想的学习视频和照片，重新进行学习活动。设计ppt和微课程，讨论出讲解稿，接着，录屏完成微课程项目学习活动。
　　8．2项目实施
　　下面剖析当时电磁铁微课程项目学习活动设计时，从下面四个角度进行知识体系的完善，让学生透彻、准确、全面的掌握电磁铁的知识体系。微课制作项目学习的设计类型如下：
　　8．2．1知识点教学的电磁铁微课设计
　　生活中的电磁铁种类很多，开展电磁铁及结构特点的Steam项目学习活动，指导学生在学校物理实验室、自己买的电路实验器材、探究实验室中的实验器材中寻找各类电磁铁，收集到各类电磁铁后，进行电磁铁的结构特点的实验活动，及时进行实验活动视频或图片拍摄。Steam项目学习活动素材收集后进行筛选，发现不清晰的、需要其它角度拍摄的指导学生重新进行拍摄。以学生的活动素材设计制作ppt，供录制微课的基本素材，ppt首先展示生活中不同的电磁铁实物图，通过寻找和标注电磁铁确定各部分结构，根据原理图解释电磁铁的工作原理。播放学生多次连接、实验操作规范的电路连接视频，将电路原理图转化为实物图。再通过三个实验活动播放以及现象的描述由归纳出电磁铁的特点：电磁铁磁性的有无可以通过开关控制，磁性的强弱可以通过电流大小调节，磁场的方向可以通过改变电流方向实现。还增加了电磁铁磁场方向还与通电线圈的绕线方向有关。电磁铁磁性的有无、磁性的强弱由通过吸引回形针的多少来显示，电磁铁磁场方向利用磁场间相互作用规律来显示，实验活动中小磁针的选择尝试了很多种小磁针，发现长条形的磁针现象最明显。电磁铁的磁性有无的实验做了好多遍，终于出现了断开开关，回形针掉落的现象。最后出现在微课中的的实验视频是多个视频剪辑而成的，每次实验都有某点不经意的不如意，实验操作过程中有的过程没有显示需要表达的实验现象，减短作为ppt中的视频，磁性强弱时突出电磁铁吸引回形针的多少，磁性有无时突出断开开关的画面迅速切到电磁铁吸引大量的铁钉到铁钉全部掉下的画面，为制作微课做好准备。微课讲解的语言根据ppt老师写好，让学生进行讲解时，让学生在讲解中理解电磁铁的结构特点，根据需要商量、探讨完成，达到熟溜琅琅上口这种感觉。
　　8．2．2问题解决的电磁铁微课设计
　　电磁铁在生活中有很多应用，水位报警器在生产和生活中应用比较广泛，如在家用太阳能热水器，锅炉，水塔，水库自动检测仪等水位不易观测的装置上安装维护简单、运行可靠的水位报警器，就能在水位过高或过低时能自动发出警报，起到提醒作用。由于学生缺乏生活经验，没有见过生活中电磁铁的内部结构，直接拿工作原理图直接进行分析，难以进行抽象联系。开展水位自动报警器的结构和工作原理微课制作的Steam项目学习活动，有助于理解水位自动报警器的组成和工作原理非常重要，使他们日后生活中更好、更安全的使用太阳能热水器，使用中可以排除可能出现的故障，解决生活中水位控制问题。引导学生在生活中的家用太阳能热水器，锅炉，水塔，水库自动检测仪说明书、课本和作业练习中寻找水位自动报警器工作原理图，并比较分析哪个适合在微课中呈现。展示水位自动报警器的工作原理图，运用红色字体圈画出各部分结构并标注。水位自动报警器的结构和工作原理微课制作的Steam项目学习活动的设计时，为了显示水位变化，在水中加了红墨水，水的红色尝试调整成最明显看出水位的红色，太浅水位上升到铜片位置看不清，太深水位漫过铜片的多少看不清。在微课视频中展示红墨水与未加红墨水的加水过程对比，突出显示作用，增加了可见度，渗透实验方法。学生进行了这样的实验活动，直观的感受到水位自动报警器的原理，再在微课中设计一个学习小项目解读说明书中的水位控制原理。学生通过此项目学习活动，基本上能参透水位报警器的原理，解决太阳能热水器，锅炉，水塔，水库自动检测仪等工作原理问题。
　　8．2．3综合归纳的电磁铁微课设计
　　电磁铁生活应用原理问题的学习活动中，还可以从综合应用中归纳出电磁铁的工作特点，如在电铃的内部结构和工作原理图问题解决的微课制作Steam项目学习活动时，学生们还发现电铃工作原理学习活动中融合着电磁铁的结构、工作特点（优点）和一些以前物理知识。他们在微课设计中，增加了从电铃接响后，利用书本配套的电子光盘中电铃的结构和工作原理图的视频动画（慢动作）分析电磁铁的工作特点，视频中电铃的动作太快看不清断电，铃不响，通电，铃响的画面。展示了磁性有无由电流的通断来控制的画面，归纳这个特点。在微课制作中提醒学生增加实验活动，移动滑动变阻器减少电阻的大小，发现铃声逐渐变响，增大电阻铃声减弱的活动，归纳出电磁铁的特点电磁铁的磁性大小由电流大小来控制的特点。  
　　在实验活动中增加了电铃包含的科学知识归纳：①通电电磁铁具有磁性。②衔铁能被电磁铁吸引。③弹簧片受力发生形变。④小锤敲打铃盖，铃盖振动发出声。⑤声音的传播需要介质（空气）。实验活动中设计了其他条件不变，改变电流方向，比较铃声响度是否变化实验学习活动，发现改变电路中的电流方向，电铃能工作，铃声响度不变化，说明电路中的电流方向不会影响电磁铁的磁性强弱。在电铃的内部结构和工作原理图问题解决的微课制作Steam项目学习活动中，综合归纳了有关的科学知识，培养了学生的普遍联系精神，学以致用精神。培养了学生的发散思维、勇于探究的精神。
　　8．2．4拓展应用的电磁铁微课设计
　　近年来，电磁铁在生活实践中有很多创新应用，人们很难从外表上发现电磁铁的存在，但确实属于电磁铁的应用，如电控锁和校门自动道杠。说白了有些生活应用老师们也未必能清楚明白属于哪个科学知识点，这就需要老师同学生一起学习，与时俱进。学生中有大量的智囊团，父母兄弟、亲戚朋友在各行各业中是科学课堂教学活动的资源库，人群个体不断可持续学习，是教学的科技园地，是科学学习的百科全书。当时只是开展电磁铁应用Steam项目学习活动，通过全班同学的共同努力，开展了制作电磁铁创新应用之二电控锁和之四校门自动道杠微课的Steam项目学习活动。设计时先是收集网上有关的资料（见电磁铁微课程应用之二电控锁和之四校门自动道杠的教学设计），网购电控锁和定时器各一只，大家一起拆锁、装锁中先学习它的结构原理。有一定理解后，安排住小区的同学拍摄小区楼上楼下门控控制楼下开门的视频，多名同学及家人的合作完成。由于知识藏得深，于是微课设计时先呈现社会实际活动视频，展示原理图（网上和自画的）进行分析，紧接是分析各个结构与功能及控制工作状况。进而设计了电控锁和校门自动道杠开门的形式有红外遥控式，语音识别式，密码键盘式、刷卡式、手机网络控制式等，随着系统功能的发展，其功能不断地趋于完善，“互联网+”概念的问世，对于这些系统的发展是一个机遇，更是自动控制系统发展的必然趋势。随着蓝牙，WIFI，NFC等技术的不断成熟，可以真正地实现“智慧城市”。
　　9．制作微课程项目学习活动实践反思
　　9．1单单音频效果制作的微课学习效果比较差，微课刚刚开始兴起制作时比较多。现在最多的微课是音频和讲解写字的视频结合进行边讲解边标注状态的微课，其中一类是借助于ppt通过播放ppt和进行讲解，然后用ppt录制功能进行录播的课堂实录（只能按事先ppt设计的思路进行讲解，虽有指针选项的各类笔可写，但书写不流畅，写字困难，线划下挺好使的），现在有直接屏幕书写的电脑，但绝大多数电脑无法完成这样的操作；另一类是信息化教学学校通过智通云中的云作业每个题目后面的录制按钮进行录制（只能就这一道题进行讲解并可边讲边写，操作方便）；还有一类是通过智通云中的云课堂或联云课的录制功能可以添加几个体现同类题目的题目图片或结合一系列图片，解决某类问题的微课录制，讲解的同时可以书写，音频与视频同时传送。
　　9．2这类微课制作简单方便，类似于课堂讲解，是课堂实录，缺乏科学学科的知识情景和科学知识本身从生活中提炼的活力，缺乏知识的亲切感。讲课方式呈现的微课学习保持率只有20%，书写板演就算示范和演示类学习的保持率也只有30%。通过Steam项目学习活动，让学生参与微课制作的项目中，寻找微课制作的素材，参与微课制作的设计，学习保持率就可以达到75%。进一步让学生来参与微课讲解，录制微课，学生的学习保持率就提高到90%。在此过程中学生的学习兴奋点被激活，学习的热情会持续高涨，学生间的扁平化交流，提高了学生间知识发交互交流效率，激发了学生学习的动力和活力。
　　9．3选题是教学中典型、重点和难点问题、是传统教学中不能很好解决或解决不好的问题。一个微课程，总体设计时实验活动、画面没呈现必要的删。实验活动经过多遍活动，同学讨论设计出最佳的实验活动方案，Ppt中的视频经过剪辑拼合达到最佳画面和表达效果，关注细节，追求精炼。
　　9．4微课的制作技术充分利用信息化技术和手段，尽量使用音视频动画等多媒体的特性展示教学内容，形象直观，有效解决实际教学问题，促进学生思维的提升，能力的提高。精选学生在电磁铁结构特点、应用项目学习活动中的代表性和典型性的材料应用于微课程中，优选的项目学习活动精心重新拍摄视频，重新准备讲解材料，制作讲解的ppt，录制微课程的视频。
　　9．5在展示和评选最佳视频、照片、设计方案、项目学习活动方案、讲解材料时，激发学生的成就感和仪式感，赋予更强的使命感和责任心。在学生的扁平化交流中知识快速扩散和传递，提高学习效率，学习兴趣的保持性提高，实现了学生的可持续学习。在学习的互评和交流学习活动中，成长了学习经验，提升了语言表达能力，铸就了学生学习的品格和意志，在生活中不断克服困难，坚持学习生活中的科学，为人民的生活服务。
　　参考文献：
　　[1]缪仁票.基于项目学习的高中生物学教学设计——“遗传病与人类健康”的教学，生物学通报，2012年第47卷第10期：23-26
　　[2]邵媛.“红外传感器”项目学习教学设计，中国信息技术教育，MAY.2021 NO.10：26-28