笔者的教学实践在湖南省长沙市某市属公办完全中学初中学段施行，利用创新设计之后的物理实验紧跟教学进度，对初二年级6个班依次实施教学。该校学生的学习基础较好，物理的学习能力强，操作能力有很大的提升空间。考虑物理实验本身就富有趣味性和情境性，能够激起学生的热情和兴趣，因此期待教学能够借助工程思想理念让学生在创新和设计能力方面得到有效的锻炼。在师资方面，由初中物理教研组的一名物理教师、一名STEM校本课程开发教师和笔者共同担任备课、授课教师，这两位教师在业内有资深的水平和丰富的教学经验，在创新设计和完善物理实验教学方案时给予了很多指导。以下展示其中的一个课堂实例。

【课堂名称】“魔壶”与“魔杯”

【学习主题】大气压强

【教学地点】物理实验室

【教学对象】初二年级段学生

【教学目标】深化学生对大气压强的感性认知，学会在实际情境中利用已有知识进行有效分析，激发起学生对于物理探索的兴趣，以及教会学生对一系列工具的使用，给予操作的空间和机会，培养学生活跃的物理思维。

【授课用具】塑料瓶2～4个，吸管5～9根、热熔胶枪、剪刀、两心壶、不同色彩的颜料、酒精灯、钉子、钳子、塑料杯、胶水、透明塑料杯2个。

【课时设置】2课时

【课堂流程】

第一课时：

开始上课，教师拿出提前准备好的“两心壶”，引起学生的注意，并拿出两个透明的塑料杯，说道：“现在大家都看到了我手里拿的这个‘不明物体’了吧。大家看一看它跟一般的容器有什么不一样的地方？”

教师在两个塑料杯中倒入不同颜色的液体之后，学生纷纷露出疑惑的目光，教师继续说道：“刚才有部分同学已经猜到了我会倒出不一样的水。现在老师请大家大胆猜想一下，为什么我能够倒出不同的水呢？”

学生开始了小声的议论，并举手回答教师的提问，有的说是杯子里面放了一些化学原料，发生了化学作用，所以倒出的水不同，有的说是这两种水不相容分为上下两层，所以倒出来不一样……

教师：同学们的猜想很多在条件允许的情况下是成立的，今天老师之所以能倒出不同的水，不妨告诉同学们，奥秘就在这个壶上，这个壶到底有什么来头呢？接下来我们一起来看看。

教师为学生播放“两心壶”由来的视频，其内容主要介绍了“两心壶”诞生的朝代，以及在生活中用到的功能，随着朝代的更替有着不同的功能侧重。

学生认真观看视频，了解“两心壶”这一教具的历史和背景，随后教师再讲关于“两心壶”的小故事，让学生渐渐进入情境之中。

教师：现在大家知道了这个“两心壶”的由来和相关的背景故事，大家最好奇的就是“两心壶”内部构造究竟是什么样的呢？老师先卖个关子，我们先借助一个简单的物理模型，看看能不能找到一些线索。

教师拿出单个的塑料瓶模型，说道：“大家现在看到我手里拿了一个样貌无奇的塑料瓶，然后在两边还各插有一根吸管，这个塑料瓶可以做什么呢？现在老师就让大家看一看。”

教师从塑料瓶中倒出水来，随即悄悄用手按住另一边的吸管，只见水流戛然而止，细心的学生就会发现教师悄悄按住了另一边的吸管，并说出来。

教师：刚才有些同学发现了我按住这一边吸管之后就不出水了，那现在大家一起想一想，为什么会这样呢？给大家1分钟时间，小组讨论一下。（学生开始讨论）

讨论完毕后，教师请学生发表意见，其中不乏有说得对的。

教师：很不错，有几位同学已经得到了正确答案，接下来老师系统地给大家分析一下这个动态过程……

教师：现在大家都了解了这个原理，接下来我们一起动手制作这个塑料瓶模型，我们每组同学做两个，接下来我说说具体的制作流程和注意事项……

学生开始动手制作，教师全程监控制作过程，尤其是热熔胶枪的使用，要防止学生出现安全问题。(www.daowen.com)

现在大家基本做完了这两个塑料瓶模型，它们还会有什么作用呢？大家稍加休息，我们下一节课继续。

第二课时：

我们上一节课做了两个塑料瓶模型，现在老师要大家做的事情很简单，用胶水将这两个塑料瓶的一端吸管口粘在一起，然后将它们的瓶身也粘在一起。

学生按照教师的要求开始动手实践。教师继续监控该过程，确保学生的参与度。

操作完毕后，教师说道：“现在大家已经把两个塑料瓶粘在一起了。大家可以看到，只要我们想要哪一边的水倒出来，按住另一个瓶子的通气吸管就可以了。现在大家再一起来思考一下，为什么“两心壶”能够倒出不同的液体呢？”

学生经过一番思考之后，恍然大悟，纷纷回答道：“因为‘两心壶’里面不是只有一个空间。”

教师：大家很聪明，都猜到了这一步，没错，两心壶的内部确实不是只有一个封闭的空间，而是两个空间，它们是相互隔离的。那“两心壶”对应的两个通气孔在哪里呢？大家仔细观察一下它（教师下去展示“两心壶”的两个通气孔）。教师回到讲台说道：“由此可见，我们借助塑料瓶作为物理模型认识“两心壶”的内部原理是不是非常清晰也非常方便呢？今天教师在“魔壶”之后，还准备了一个“魔杯”。随即教师拿出公道杯，说道：“这个“魔杯”有什么神奇之处呢？老师也先倒点水进去吧。”

倒少量的水进去之后，教师说：“现在大家还没看到这个杯子有什么奇怪的地方，我再倒一点水进去，大家看看有什么不同。”教师随即再倒入一些水，只见杯子里所有的水都消失不见了。

学生纷纷发出疑问，教师随即说道：“大家现在都在猜水为什么消失了，首先我们要来认识一下这个‘魔杯’。”

教师播放公道杯的介绍视频，包括其历史背景和由来，并讲述其涉及的故事。

学生在听完故事之后，再次发问：“那为什么杯子里的水不见了呢？”

教师拿出公道杯简易模型，说道：“现在老师拿这个简单的透明模型再给大家演示一遍。”（教师再次向模型杯里倒水，只见水从杯子底部漏出）

学生：原来水是漏到下面去了，但是为什么水加多了就漏下去了呢？

教师：同学们都疑惑为什么水会漏到下面去了，明明没有东西在里面对水起作用，水是怎么漏下去的呢？这就涉及我们今天要学习的虹吸原理。然后，教师配合板书的讲解细述虹吸原理和杯子漏水的过程。

教师一边讲解一边解答学生的疑惑，讲解完再次发问：“同学们还有哪些存疑的地方，大胆举手提出来。”

部分学生举手发问后，教师回答其问题，并进行系统性的重申。

教师：现在我们都知道了公道杯的原理，我们今天就自制公道杯。然后，教师详述简易公道杯的设计思路，以及制作中需要注意的地方。

学生们开始制作简易公道杯，教师监控全程，并适时提供引导和帮助。

待学生制作完毕后，教师说道：“刚才大家在制作过程中遇到了哪些问题呢？可以分享一下。”待学生回答完毕后，教师再发问：“现在老师请同学来总结一下，两心壶和公道杯的原理都是什么？它们有哪些共同点呢？”

学生分别回答两心壶和公道杯的原理，指出其共同点是都有压强的作用。

教师对学生的说法进行适当的补充之后，请几位表现优异的学生上来展示他们的作品，说说上课的体验和心得。随后教师对其他学生进行鼓励，并总结课堂。

【课堂总结】

基于STEM理念设计实验的课堂氛围非常活跃，以古色古香的宫廷用具作为课堂开篇引发学生极大的好奇和探索欲望，在用两心壶倒出不同颜色的液体时，有部分学生能够猜到实验的结果，却不能直接明白其中的原理，有的非常好奇想要细致地观察两心壶，有的甚至会从化学的角度出发思考是不是杯子中有特殊的物质……因此，有了展示的效果和两心壶的别致造型，使得情境的构建较为容易，此时教师卖个关子让学生保持好奇心和高涨的学习热情，之后初步了解两心壶，学生的学习动机就被循序渐进地调动起来了。由此可见，基于STEM理念设计的实验能够使课堂氛围处于很好的水平，同样能使学生在设计型教学环节中渐入佳境。此后，为了利用好学生的好奇心逐步设计课堂流程，并不直接向学生陈述宫廷用具的原理，而是借助物理模型及实践操作，让学生亲历理论和实践相统一的课堂，整个课堂显得完整而活络，是考虑了STEM理念课程的体验性和协作性，并解放学生的双手和大脑。最后，教师让学生从亲手制作的物理模型再回到宫廷用具的原理上来，学生经过逻辑的推理和对两心壶的细致观察，就能够将所制作的物理模型的作用效果和真正的原理联系起来，给他们恍然大悟的感觉，高度体现了STEM课堂的关联性以及实证性，整个课堂总体来说是开放而完整的，既在规定情境之中，又不乏创新性。