金子龍

課程概述

系列課程針對(duì)小學(xué)5年級(jí)學(xué)生，以齒輪傳動(dòng)為主題，綜合利用上?？萍拣^“智慧之光”展區(qū)“飛翔的公?！薄皠?dòng)力傳遞”等互動(dòng)展品、展項(xiàng)，以審辯式思維、基于實(shí)物的學(xué)習(xí)和做中學(xué)為教學(xué)理念，開展基于科學(xué)、工程實(shí)踐、藝術(shù)人文的跨學(xué)科探究式學(xué)習(xí)。通過展覽參觀、互動(dòng)體驗(yàn)、實(shí)踐探真、設(shè)計(jì)制作相結(jié)合的形式，激發(fā)青少年對(duì)機(jī)械工程的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)知識(shí)目標(biāo)：了解齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式和嚙合條件；了解齒輪傳動(dòng)的作用和特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)并運(yùn)用齒輪比；認(rèn)識(shí)不同的齒輪變形及組合，了解齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用。

科學(xué)探究目標(biāo)：培養(yǎng)自主探究能力，形成審辯式思維；培養(yǎng)邏輯力及創(chuàng)造力；培養(yǎng)勇于不斷試錯(cuò)的探索精神。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)：培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，能聽取與分析不同意見；樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；樹立團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，養(yǎng)成分享與協(xié)作的習(xí)慣。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)：感悟齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用及如何推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步；懂得科學(xué)技術(shù)能夠?yàn)槿祟愒旄?，科學(xué)技術(shù)也需要不斷創(chuàng)新發(fā)展；科學(xué)與藝術(shù)人文相結(jié)合可以激發(fā)大眾的學(xué)習(xí)及探究熱情。

教學(xué)過程

第1階段：齒輪初探——認(rèn)識(shí)齒輪的作用及特點(diǎn)

以齒輪發(fā)條玩具及日常生活中齒輪的應(yīng)用為導(dǎo)入，利用齒輪實(shí)物激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲得直接經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)一步利用不同齒輪的組合，引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)齒輪的作用及特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，拆解并制作手搖風(fēng)扇，進(jìn)一步加深對(duì)于齒輪比的認(rèn)知，認(rèn)識(shí)到多級(jí)傳動(dòng)能進(jìn)一步提高傳動(dòng)比。

教學(xué)分析：學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道齒輪傳動(dòng)的作用，能夠搭建一些簡單機(jī)械，但是還不夠全面，對(duì)于齒輪傳動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用知之甚少，并且學(xué)生也很少有機(jī)會(huì)能拆解及觀察一些機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

第2階段：實(shí)踐探真——探究齒輪的變形形式

帶領(lǐng)學(xué)生參觀上?？萍拣^“智慧之光”展廳中“飛翔的公?！焙汀皠?dòng)力傳遞”展項(xiàng)。觀察“飛翔的公?！背岚蜚暯犹幍臋C(jī)械結(jié)構(gòu)；體驗(yàn)“動(dòng)力傳遞”展項(xiàng)，觀察不同箱體中的齒輪變形的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并記錄各自的應(yīng)用。之后，讓學(xué)生觀看介紹中西方古代機(jī)械的視頻，觀看古代運(yùn)用到齒輪傳動(dòng)的機(jī)械，發(fā)現(xiàn)視頻中的古代機(jī)械與展項(xiàng)中機(jī)械結(jié)構(gòu)的相似與關(guān)聯(lián)。最后，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用材料還原達(dá)·芬奇的撲翼結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生思考撲翼結(jié)構(gòu)與“飛翔的公?！钡年P(guān)聯(lián)。過程中要求學(xué)生探究如何使翅膀的揮動(dòng)角度盡可能最大。

教學(xué)分析：學(xué)生在第1階段的學(xué)習(xí)中，對(duì)于齒輪傳動(dòng)的作用和特點(diǎn)及齒輪傳動(dòng)比有了一定的認(rèn)知，具備了進(jìn)一步探索齒輪傳動(dòng)的熱情?！爸腔壑狻闭箙^(qū)的2個(gè)展項(xiàng)及達(dá)·芬奇撲翼結(jié)構(gòu)的還原，二者具有關(guān)聯(lián)性，并且具有知識(shí)點(diǎn)的遷移性，能夠展示齒輪的多種變形形式，對(duì)于學(xué)生而言能夠獲得直觀經(jīng)驗(yàn)并反思。

第3階段：探尋鐘表——鐘表里的機(jī)械與文化

向?qū)W生展示機(jī)械鐘和機(jī)械表機(jī)芯，展示鐘表內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。講述“擊潰牛頓的鐘表匠”的故事。以鐘表為例播放視頻，以直線排列的全新方式展示機(jī)械表機(jī)芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生組裝透明的機(jī)械鐘，認(rèn)識(shí)機(jī)械鐘各部分分別由動(dòng)力、傳動(dòng)、調(diào)速3部分組成。組裝過程中制造沖突并提出反思。最后，指導(dǎo)學(xué)生正確校時(shí)，認(rèn)識(shí)多級(jí)齒輪減速的運(yùn)用。

教學(xué)分析：融入情境教學(xué)，以鐘表匠的故事展現(xiàn)工匠精神的內(nèi)涵。解構(gòu)、重組鐘表結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生掌握一種解構(gòu)的學(xué)習(xí)方法，將復(fù)雜的機(jī)械原理化繁為簡。利用透明的機(jī)械鐘組件安裝，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯能力和審辯式思維，從而認(rèn)識(shí)到鐘表內(nèi)各個(gè)輪系的傳動(dòng)順序與齒輪比，并能真切獲得一次作為“鐘表匠”的體驗(yàn)。

第4階段：放飛創(chuàng)想——制作機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，詮釋機(jī)械原理

學(xué)生利用材料在A5面積的底板上完成一套齒輪聯(lián)動(dòng)裝置，讓齒輪講故事。利用不同齒輪，結(jié)合其他簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)不同場景，以此豐富設(shè)計(jì)內(nèi)容，比如1個(gè)故事場景、1個(gè)日常生活場景、1個(gè)實(shí)用小創(chuàng)意等。教師從設(shè)計(jì)性、美感、順暢度、難易度、機(jī)械組合數(shù)量等多方面評(píng)分，選出優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品，從創(chuàng)意和機(jī)械傳動(dòng)的合理性角度出發(fā)，作為綜合評(píng)定依據(jù)。

教學(xué)分析：經(jīng)過前3個(gè)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)于齒輪傳動(dòng)及各種變形形式有了全面的認(rèn)知，經(jīng)過做中學(xué)，具備了一定的動(dòng)手能力。學(xué)生渴望將學(xué)習(xí)成果及創(chuàng)意在各自的作品中呈現(xiàn)。點(diǎn)評(píng)環(huán)節(jié)以鼓勵(lì)為主、糾正指導(dǎo)為輔，鼓勵(lì)學(xué)生將課程中所學(xué)到的知識(shí)延伸至生活中，解決更多實(shí)際問題。

特色分析

課程設(shè)置靈活，作為系列課程可供學(xué)生團(tuán)體于假期實(shí)施，亦可根據(jù)不同年齡受眾及側(cè)重點(diǎn)獨(dú)立實(shí)施前3項(xiàng)子課程。

以探究為目的進(jìn)行實(shí)踐，基于科技館展覽資源，融合文化內(nèi)涵，真正體現(xiàn)利用科技館展覽資源的STEAM+課程的意義。

用重組與解構(gòu)的理念，將復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)化繁為簡，突出齒輪傳動(dòng)的實(shí)用性及重要性，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑及試錯(cuò)，在實(shí)踐探索中培養(yǎng)審辯式思維能力。

在創(chuàng)設(shè)的情境中，將科學(xué)與藝術(shù)相融合，完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，體現(xiàn)以學(xué)生為主的理念。

效果評(píng)估

課程對(duì)學(xué)生的考評(píng)記錄包括過程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)兩方面內(nèi)容。館內(nèi)科學(xué)教師全程參與學(xué)生的課程實(shí)踐，記錄學(xué)生過程中的表現(xiàn)。每次活動(dòng)后，學(xué)生填寫課程實(shí)施過程記錄表，記錄活動(dòng)過程中的收獲、困惑、反思，館內(nèi)導(dǎo)師回收記錄表，填寫學(xué)生活動(dòng)中存在的問題和改進(jìn)建議，每個(gè)學(xué)生形成一套實(shí)踐過程記錄表，作為過程性評(píng)價(jià)的內(nèi)容。

評(píng)估發(fā)現(xiàn)，參加本課程的學(xué)生在審辯思維能力、表達(dá)能力、問題解決能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等維度上都有所提高。在最后的項(xiàng)目總結(jié)中，學(xué)生提到自己對(duì)設(shè)計(jì)成果的看法、在設(shè)計(jì)中存在的問題，以及與生活中遇到問題的聯(lián)系等，這些都讓科學(xué)教師感到融入審辯式思維的重要意義，并認(rèn)為這些學(xué)生未來可期。

總結(jié)與思考

“齒輪大不同”系列課程是STEAM+融合新時(shí)代下審辯式思維教育的全新實(shí)踐。課程以齒輪傳動(dòng)為核心，通過課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)技能解決具體問題，尤其是解決日常生活中的各種實(shí)際問題。

在教學(xué)過程中，通過提問和總結(jié)激發(fā)學(xué)生審辯思維的發(fā)展。每個(gè)階段都從基于實(shí)物的學(xué)習(xí)、基于實(shí)物的探究中得到答案，最后的成果設(shè)計(jì)制作和匯報(bào)，類似于學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)，形成一個(gè)微成果。課程提高了學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生思維的鍛煉，為學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然，每個(gè)階段課程的順利實(shí)施也與學(xué)生原有的知識(shí)儲(chǔ)備，以及對(duì)相關(guān)知識(shí)之間的理解程度息息相關(guān)，這就要求課程整合相應(yīng)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容，整合學(xué)習(xí)內(nèi)容也更有利于學(xué)生審辯式思維的發(fā)展。