高中STEM课程创新设计：硬币叠罗汉实验探究

课程背景

硬币叠罗汉是从幼儿园小朋友到大学生都热衷的娱乐游戏。其操作非常简单，只需硬币若干、磁铁若干，再借助常见的物品，如尺子、玻璃杯、铁架台等等就可以尝试搭出多种多样的硬币罗汉。这个游戏人人都可以玩，同时又极具技巧性和理论性，很多科学家做了大量的研究，真可谓乐此不疲。

课程目标

1.STEM教学目标

（1）科学：知道钕磁铁能磁化硬币，磁化后，硬币与硬币间存在相互的引力。涉及的科学知识主要是力的平衡。

（2）工程：会合理选择一些辅助性的材料，自己设计来完成叠罗汉。学会动手尝试探究，在摸索中不断改进方案。

（3）技术：培养学生合作探究的学习方式，学生在小组讨论的基础上，不断改进实验过程。

（4）数学：培养数学的直观想象能力。直观想象是指借助几何直观和空间想象感知事物的形态与变化，利用图形理解和解决数学问题的过程。在直观想象核心素养的形成过程中，学生能够进一步发展几何直观和空间想象能力，增强运用图形和空间想象思考问题的意识，提升数形结合的能力，感悟事物的本质，培养创新思维。

2.核心素养

（1）物理观念：帮助学生形成正确的“物理观念”。特别是相互作用观念的培养，硬币叠罗汉课题主要是力的平衡问题的分析。

（2）科学思维：在设计实验和改进实验中，不断促进学生科学思维的提高和养成。

（3）科学探究：培养学生的实验探究能力，提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。

（4）科学态度与责任：培养学生实事求是，敢于质疑，敢于动手，积极探索的科学精神。

课时安排

一课时。

设计方案

第一个环节：先提供给学生钕磁铁和硬币若干，钢尺，玻璃杯若干，让学生分组实验，看怎么能把硬币叠高。在第一个环节中，老师不参与，只是观察和记录学生的方法和成果。第二个环节：老师给学生播放几个硬币叠罗汉的视频，激发学生的思维。第三个环节：学生可以按照视频中的方法来叠罗汉，也可以自己创新，把硬币叠得尽量高即可。教师可以指导、协助，要注意记录学生搭的过程，成品要拍照。第四个环节：比一比哪个组叠的层数最多。让学生分组讨论后总结自己组的作品的设计理论，借助了哪些专业的知识（物理知识或数学知识），有哪些值得分享，有哪些需要改进。

合作探究

1.材料

钕磁铁若干、硬币若干、钢尺若干、大小烧杯若干、铁架台若干。

2.活动步骤(www.zuozong.com)

（1）提供材料确定目标（高度）自主发挥，记录和反馈。

（2）统一行动，把磁铁放在硬币上方，在下方尝试把硬币叠的尽量高。

（3）交流与合作，交流与讨论遇到的困难，如何突破。

（4）再次实验，记录成品照片，排名。

3.学生作品进度记录及分析（表12-1）

表12-1

作品展示与交流

自由发挥阶段的成品如图12-1、12-2所示。

图12-1

图12-2

统一任务后的成品如图12-3、12-4所示。

图12-3

图12-4

问题及改进

1.利用铁架台可以很好地调整高度，在实验中要多次调整高度，寻找最佳高度，要多人配合进行实验。

2.排列硬币时，尽量面面相同，注意硬币中心对称，重心处在同一直线上。硬币叠加数量越多，多人操作更为方便，放开硬币时要自上而下依次放开。