（一）实验设计

1.实验原理

听话的“小精灵”实验涉及的物理学原理主要是摩擦力，由于展现的作用效果不同而出现了多样神奇的现象。在单根绳索上控制“小精灵”的停止和下落部分中，当绳子处于自然状态时，物体受到的摩擦力小于重力，所以下滑；当绳子处于绷紧状态时，物体间的压力增大，产生的摩擦力增大，此时摩擦力等于重力，物体就可以静止在绳子上。在两根绳子上控制“小精灵”部分中，当拉动右侧的绳子时，右侧绳子与孔的摩擦力增大，左侧绳子与孔的摩擦力减小，所以物体的左侧向上运动；当拉动左侧的绳子时，左侧绳子与孔的摩擦增大，右侧绳子与孔的摩擦力减小，所以物体的右侧向上运动。如此交替拉动绳子，整个物体就会左右摇摆着向上运动。“明日环”魔术的原理是手指捏住环的位置连线，并非环的直径线，而稍微偏向了一侧，这会使得另一侧的重量大于这一侧。在下落过程中，环会紧贴项链，同时向后偏转，对项链施加一个向后的力，项链和环之间的摩擦力也让环翻转的时间延长。当环翻转一周后快到末端时，会从项链微微翘起形成的小孔中钻过去，最终被项链拴住。在“猴子爬绳”实验中，当拉动与小猴下肢连着的绳子时，整个下肢会沿着逆时针方向转过一定角度，同时拉紧下肢与身体相连的橡皮筋，到一定程度时上肢夹住绳子的滑轮就会打滑，带动上肢向上攀爬一小段距离。此时，再松开连着下肢的绳子，让下肢恢复原状，整个猴子就向上攀爬了一段距离。这样，将绳子一紧一松地拉动，猴子就会慢慢向上爬。

2.实验材料

细绳（50～70cm）3条、圆柱形口香糖瓶子、质地硬的纸片、钳子、钉子、酒精灯、卡通人物卡片4张、刻度尺、剪刀、透明胶带、长方体纸盒、金属圆环、项链、红色垫片、小猴上身木片、小猴上肢木片2个、小猴下肢木片2个、橡皮筋2根、塑料堵头12个、细短金属棒6根。

3.STEM理念的融合

STEM理念的融合如表3-3所示。

表3-3　STEM理念的融合

续表

（二）教学编排

1.教学过程

（1）演示单根绳控制的“小精灵”在细绳上的停止与下落，并请学生猜想原理，讨论步骤并动手制作。(www.daowen.com)

（2）演示两根绳控制的“小精灵”在细绳上渐渐上升的过程，再请学生分析原理，讨论步骤并动手制作。

（3）展示生活中可见的利用摩擦力的工具，比如开瓶器、皮带传动，再探究讨论摩擦力的作用效果。

（4）演示“猴子上爬”的模型，引发学生猜想，分组合作进行制作。

2.基于STEM理念的6E设计型学习模式

基于STEM理念的6E设计型学习模式如表3-4所示。

表3-4　基于STEM理念的6E设计型学习模式

续表

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3.小结

该实验利用听话的“小精灵”展现摩擦力的效果，是人教版初中物理八年级的教学内容。课本上的实验意在让学生感受到摩擦力的存在，并通过探究压力和粗糙程度对滑动摩擦力的影响。让摩擦力的概念更加具体。为了更加清晰地凸显摩擦力的作用效果，而不是停留在概念上，就基于STEM理念做出了一定的拓展，希望借此发散学生的思维，让学生亲历设计、制作、评估、改进等过程，在解决实际问题的过程中实现整合学习。听话的“小精灵”乍一看就像是一个简易的玩具，但其中所包含的力的动态变化过程原理如果得到翔实的剖析，那么对学生而言是获益良多的，挖掘其内在的教学价值，并设计为一堂具有协作性、体验性的课是一次可行的尝试。该实验的教学目的是让学生的意识不要停留在感性分析的层面，而是从玩乐心态思考深入到更理性地分析和看待其过程。在教学设计上选择了6E教学法是出于系统性的考虑，为了在6E教学模式的不同环节中给学生以层次感的学习体验，教师需要考虑的是如何吸引学生的眼球构建情境，给学生安排多少操作空间，并对该教具进行怎样的拓展，其实可以选择的方式是非常自由的，再联系生活实际，将“小精灵”原理在生活用具上进行表达，如开瓶器、传动皮带等。在设计该节课堂时，同样要从整体上把握STEM课程的设计原则，做到每一步都在主题的范围之内，保证课堂内容的完整性和统一性。