許 佳，信海鳳

近年來(lái)，加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科融合的教育已經(jīng)成為國(guó)際教育界的熱門(mén)話題，同時(shí)也越發(fā)受到人們的重視。STEM教育融合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，其正視了各學(xué)科間的內(nèi)在聯(lián)系，注重了對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。美國(guó)提出在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，STEM是美國(guó)乃至世界都蓬勃崛起的前景學(xué)科，具有STEM素養(yǎng)的人才是全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。［1］2017年《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》提出知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才是具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，并大力加強(qiáng)了對(duì)STEM教育的投入。［2］在英國(guó)、德國(guó)、芬蘭、以色列、日本、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)家，STEM教育同樣受到高度重視，廣泛開(kāi)展促進(jìn)STEM教育和人才培養(yǎng)的項(xiàng)目計(jì)劃。［3］

當(dāng)今中國(guó)STEM教育并沒(méi)有完全模仿國(guó)外做法，而是結(jié)合國(guó)家和社會(huì)需要，匯聚社會(huì)各界力量，不斷探索STEM的實(shí)踐路徑。2017年，中國(guó)教育科學(xué)研究院發(fā)布《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》，提出了2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃。隨著STEM教育理念傳入中國(guó)并逐步被大力提倡，教育部出臺(tái)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出有效利用信息技術(shù)推進(jìn)建設(shè)，探索STEM教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。［4］將STEM課程引入小學(xué)科學(xué)課程中，深入加強(qiáng)學(xué)生的發(fā)明和創(chuàng)造能力，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與工程的學(xué)習(xí)，成為中國(guó)小學(xué)科學(xué)的教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)。［5］

“率性教育”有過(guò)程的歸納教學(xué)理念與STEM教育有著很多共通之處，可以說(shuō)是不謀而合。學(xué)生在STEM教育過(guò)程中經(jīng)歷的就是科學(xué)家不停探究—反思—構(gòu)建—改進(jìn)—再反思的過(guò)程。在每一次的探究和反思活動(dòng)中，都離不開(kāi)“歸納”教學(xué)的方法，可以說(shuō)，有過(guò)程的歸納教學(xué)在科學(xué)課中是無(wú)處不在的。所以“率性教育”有過(guò)程的歸納教學(xué)是可以指導(dǎo)STEM教育的。

一、設(shè)計(jì)原則

課題組選擇圍繞STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的行動(dòng)研究為主，融合科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、美術(shù)、語(yǔ)文等多個(gè)學(xué)科，實(shí)現(xiàn)真實(shí)情境下的小學(xué)STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。目前，小學(xué)科學(xué)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施建議中明確提出，“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，STEM是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式，它將科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)有機(jī)地融為一體，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”。

根據(jù)最新小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“工程與技術(shù)”課程目標(biāo)要求，課題組通過(guò)將STEM課程與我校有過(guò)程的歸納教學(xué)理念融合開(kāi)展系列化STEM項(xiàng)目的研究，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力、科學(xué)探究能力、空間想象能力、工程設(shè)計(jì)能力和綜合應(yīng)用能力，使學(xué)生體會(huì)到工程和技術(shù)產(chǎn)品給生活帶來(lái)的方便和舒適，能將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為模型或?qū)嵨铩W(xué)生通過(guò)按圖裝配、按流程完成等程序性說(shuō)明，完成產(chǎn)品組裝、討論設(shè)計(jì)圖、說(shuō)明書(shū)和成品之間的關(guān)系等。

二、整體架構(gòu)

基于STEM教育理念，依據(jù)有過(guò)程的歸納教學(xué)，設(shè)計(jì)多個(gè)STEM項(xiàng)目的行動(dòng)研究案例，尋找科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、美術(shù)學(xué)科的交叉點(diǎn)。

基于有過(guò)程的歸納教學(xué)梳理、歸納齒輪的工作原理，包括兩個(gè)齒輪和多個(gè)齒輪的原理。利用課堂觀察表來(lái)觀察學(xué)生原理掌握情況。

根據(jù)科學(xué)原理，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品。例如，先剖析一種具有齒輪的物品，如八音盒，了解齒輪是如何應(yīng)用的，分析研究其結(jié)構(gòu)和作用，然后做計(jì)劃，明晰問(wèn)題。

查閱資料，師生共同解決問(wèn)題，進(jìn)一步完善方案，畫(huà)設(shè)計(jì)圖紙。在畫(huà)設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，可以由數(shù)學(xué)老師介入，解決計(jì)算和測(cè)量方面的問(wèn)題。

動(dòng)手制作產(chǎn)品，小評(píng)委評(píng)估產(chǎn)品，進(jìn)一步改進(jìn)完善。辦主題科技產(chǎn)品展覽會(huì)，展示交流研究成果。

以上過(guò)程為第一輪研究，研制的齒輪產(chǎn)品為第一代產(chǎn)品。課題組選用行動(dòng)研究的方法，進(jìn)行三輪行動(dòng)研究。在第二輪、第三輪研究過(guò)程中，不斷反思、改進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問(wèn)題，以及通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方法了解學(xué)生學(xué)習(xí)后產(chǎn)生的問(wèn)題，再迭代出第二代、第三代產(chǎn)品和實(shí)施方案或方法。

三、以“齒輪”單元為例的STEM單元設(shè)計(jì)實(shí)踐路徑

（一）學(xué)情調(diào)研與分析

課前，課題組針對(duì)齒輪的概念和應(yīng)用問(wèn)題設(shè)計(jì)了紙質(zhì)版的調(diào)查前測(cè)問(wèn)卷，問(wèn)卷主要面向本次參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)生。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)齒輪工作原理有一定的了解，但不懂具體的傳動(dòng)等科學(xué)名詞。這個(gè)項(xiàng)目會(huì)大量使用機(jī)器人零件，多數(shù)學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)VEX IQ組件，但有玩樂(lè)高積木的基礎(chǔ)。參與調(diào)研的學(xué)生多為小學(xué)高年段學(xué)生，對(duì)繪圖并不陌生，但要針對(duì)自己或小組的想法，繪制項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙，多數(shù)學(xué)生沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)于現(xiàn)有的市場(chǎng)上的產(chǎn)品，如汽車(chē)、手機(jī)等產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)制造流程并不清楚，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方面也是零基礎(chǔ)，對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的流程并不清楚。

從以上的調(diào)研結(jié)果可以分析出，STEM教育與日常教學(xué)樣態(tài)有所不同，必然也會(huì)導(dǎo)致在開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)時(shí)，教師要與學(xué)生從零基礎(chǔ)開(kāi)展，要多注重學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。對(duì)于齒輪相關(guān)問(wèn)題，學(xué)生需要補(bǔ)充大量基礎(chǔ)知識(shí)，才能開(kāi)展動(dòng)手制作環(huán)節(jié)。而這些齒輪基礎(chǔ)知識(shí)的補(bǔ)充，一定要考慮學(xué)生的年齡特點(diǎn)和接受知識(shí)的能力。對(duì)于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，學(xué)生沒(méi)有基礎(chǔ)，所以，教師可以選擇與美術(shù)學(xué)科融合，專業(yè)地去指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)。總體來(lái)看，學(xué)生所面對(duì)的是很多個(gè)“零”基礎(chǔ)，教師面對(duì)的是很多個(gè)“零”突破，這就需要科學(xué)地有條不紊地開(kāi)發(fā)課程資源，扎實(shí)走好每一步。這也符合“有過(guò)程的歸納教學(xué)”對(duì)學(xué)習(xí)起點(diǎn)的要求，要從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)。

（二）“齒輪”單元STEM設(shè)計(jì)案例

【單元名稱】小齒輪、大用途——齒輪歡樂(lè)谷的研究

【融合學(xué)科】科學(xué)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、編程技術(shù)、VEX IQ結(jié)構(gòu)搭建

【整體學(xué)習(xí)目標(biāo)】

S——科學(xué)：齒輪的傳動(dòng)、力學(xué)

T——技術(shù)：VEX IQ編程、信息技術(shù)

E——工程：VEX IQ結(jié)構(gòu)搭建

M——數(shù)學(xué)：測(cè)量、計(jì)算

【適合年級(jí)】小學(xué)五、六年級(jí)

【材料準(zhǔn)備】全套VEX IQ零件、素描紙、超輕黏土、鉛筆等

【實(shí)施計(jì)劃】本單元計(jì)劃安排6~8課時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，主要涉及科學(xué)、信息、數(shù)學(xué)、美術(shù)三個(gè)學(xué)科內(nèi)容，其他技術(shù)作為輔助內(nèi)容。第一課時(shí)先明確齒輪的工作原理，認(rèn)識(shí)和應(yīng)用VEX IQ結(jié)構(gòu)組件。學(xué)生通過(guò)搜集大量資料，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，為之后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第二課時(shí)，學(xué)生要在教師指導(dǎo)下體驗(yàn)齒輪陀螺實(shí)驗(yàn)中，齒輪的工作原理，進(jìn)行更加深入的研究。第三課時(shí)，根據(jù)任務(wù)和情境，學(xué)生以小組為單位選定本組的游樂(lè)場(chǎng)項(xiàng)目，將自己心目中的想法繪制成草圖。第四課時(shí)，學(xué)生要依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行VEX IQ搭建，形成第一代產(chǎn)品。第五課時(shí)，學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)圖，進(jìn)行搭建改進(jìn)。第六課時(shí)，學(xué)生要針對(duì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行反思，發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，再次反思。例如，如何調(diào)節(jié)摩天輪的旋轉(zhuǎn)速度？如何使大擺錘可以360度旋轉(zhuǎn)，而不是180度旋轉(zhuǎn)？航天飛機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)速達(dá)到多少才能夠起飛？如何利用身邊材料彌補(bǔ)VEX IQ零件的不足？如何用編程技術(shù)讓自己的游樂(lè)設(shè)施具有更多的功能？第七課時(shí)和第八課時(shí)可以用來(lái)開(kāi)一個(gè)產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，并邀請(qǐng)全校師生參與產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，一起進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【教學(xué)實(shí)施】

1.補(bǔ)充齒輪基礎(chǔ)知識(shí)，奠定STEM研究基礎(chǔ)

在開(kāi)展項(xiàng)目研究之前，課題組針對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行了前測(cè)，利用調(diào)查問(wèn)卷形式了解學(xué)生對(duì)齒輪的前概念。通過(guò)對(duì)收集到的調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)齒輪工作原理有一定的了解，但不懂具體的科學(xué)名詞；多數(shù)學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)VEX IQ組件；對(duì)于現(xiàn)有的產(chǎn)品項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)制造流程并不清楚，如智能手機(jī)等。

學(xué)生已搜集了游樂(lè)設(shè)施相關(guān)資料，了解常見(jiàn)游樂(lè)設(shè)施的工作原理。在常規(guī)課堂中，學(xué)生已經(jīng)開(kāi)展了齒輪相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)齒輪之間的傳動(dòng)作用，認(rèn)識(shí)了齒輪的特點(diǎn)，對(duì)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和傳動(dòng)有了初步感受。

在VEX IQ機(jī)器人零件中，具有非常典型的五種齒輪模型，教師將這五種模型介紹給參與研究的學(xué)生，能夠使他們的思維更加發(fā)散，也能夠使他們初步了解VEX IQ機(jī)器人零件的齒輪組合方式，為之后的歡樂(lè)谷項(xiàng)目設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。這些組合方式包括圓柱齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，它們可以帶動(dòng)結(jié)構(gòu)件形成不同的運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中的傳動(dòng)需求。

2.探究齒輪工作原理，激發(fā)研究興趣

體驗(yàn)齒輪陀螺活動(dòng)是用兩個(gè)大小不同的齒輪在同一平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，然后將陀螺轉(zhuǎn)出并且自行旋轉(zhuǎn)的過(guò)程。體驗(yàn)?zāi)康模后w驗(yàn)VEX IQ零部件組裝的技巧；體會(huì)齒輪傳動(dòng)中如何能夠使所需齒輪在一個(gè)平面上；熟悉結(jié)構(gòu)板的孔狀結(jié)構(gòu)，會(huì)通過(guò)數(shù)孔的數(shù)量來(lái)計(jì)算軸和齒輪等零部件安裝位置；對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行把握；思考如何能夠使陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)更長(zhǎng)時(shí)間。

這個(gè)環(huán)節(jié)引入了有過(guò)程的歸納教學(xué)中的原理歸納。學(xué)生通過(guò)猜想—實(shí)踐—記錄數(shù)據(jù)—分析結(jié)果—得出結(jié)論這樣的過(guò)程，最終歸納出齒輪的工作原理。不同于以往教學(xué)中教師給出原理，學(xué)生通過(guò)一定方式驗(yàn)證的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生通過(guò)“玩”齒輪歸納出原理，像科學(xué)家一樣模擬了“知識(shí)再發(fā)現(xiàn)”的過(guò)程。通過(guò)課堂觀察量表可知，學(xué)生非常有研究興趣，學(xué)習(xí)難度不大，卻很有成就感。

3.設(shè)計(jì)項(xiàng)目草圖，描繪未來(lái)場(chǎng)景

學(xué)生可以想象自己心目中的游樂(lè)場(chǎng)，設(shè)計(jì)草圖。值得注意的是，學(xué)生在設(shè)計(jì)中需要標(biāo)注主要部分尺寸及所需零件數(shù)量，多關(guān)注VEX IQ機(jī)器人零件尺寸，這樣能夠縮小設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)物尺寸差距。在繪制草圖時(shí)，可以是素描手繪圖，也可以選擇電腦3D建模繪圖，只要能夠畫(huà)出具備尺寸且有一定比例的設(shè)計(jì)圖即可。

4.根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，搭建實(shí)物產(chǎn)品

學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)搭建，搭建過(guò)程可以設(shè)計(jì)為兩節(jié)課的大課時(shí)，為學(xué)生提供足夠的時(shí)間和空間，這樣更有利于學(xué)生思維的連續(xù)性。搭建過(guò)程中常常遇到實(shí)物與圖紙尺寸不符的情況，學(xué)生要學(xué)習(xí)工程師的工匠精神，精益求精，不斷修正，最后呈現(xiàn)作品與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)。這也是本項(xiàng)目評(píng)價(jià)方式中的重要部分。

5.完善最初設(shè)計(jì)，交流反思提升

在展示交流過(guò)程中，學(xué)生要互相討論去解決遇到的問(wèn)題。比如，如何調(diào)節(jié)摩天輪的旋轉(zhuǎn)速度？如何使大擺錘可以360度旋轉(zhuǎn)，而不是180度旋轉(zhuǎn)？航天飛機(jī)的螺旋槳轉(zhuǎn)速是多少才能夠起飛？如何利用身邊材料彌補(bǔ)vex零件的不足？如何用編程技術(shù)讓自己的游樂(lè)設(shè)施具有更多的功能？

項(xiàng)目評(píng)價(jià)也是STEM項(xiàng)目中的重要一環(huán)，課題組設(shè)計(jì)了分層的評(píng)價(jià)量規(guī)供學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)、生生評(píng)價(jià)及師生評(píng)價(jià)。主要評(píng)價(jià)的項(xiàng)目包括：齒輪結(jié)構(gòu)中，能否很好地體現(xiàn)游樂(lè)項(xiàng)目的細(xì)節(jié)，能否較為細(xì)致地表現(xiàn)項(xiàng)目裝置是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的；規(guī)劃邏輯性中，能否有目的地組合零件，能否提供些許支持性設(shè)施，結(jié)構(gòu)規(guī)劃安排是否合理，有無(wú)漏洞等；分工合作時(shí)，有無(wú)明確的分工，每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員能否按照既定的任務(wù)有組織有條理地進(jìn)行研究；藝術(shù)性上，設(shè)計(jì)有沒(méi)有一定的藝術(shù)性，是否美觀、簡(jiǎn)潔、大方，制作是否具有美感；材料的選擇上，能否運(yùn)用身邊易得材料進(jìn)行搭建，材料的選擇是否恰當(dāng)、巧妙，有無(wú)依據(jù)；最后的展示說(shuō)明環(huán)節(jié)，小組展示語(yǔ)言是否清晰，描述是否準(zhǔn)確，能否有效地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置三種評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，通過(guò)評(píng)價(jià)過(guò)程獲得分?jǐn)?shù)。學(xué)生在互相評(píng)價(jià)、交流中，也能學(xué)習(xí)他人設(shè)計(jì)的優(yōu)長(zhǎng)之處，進(jìn)一步完善作品。

四、結(jié)語(yǔ)

（一）STEM教育理念與“有過(guò)程的歸納”教學(xué)思想的有機(jī)結(jié)合，探索出STEM教育實(shí)施路徑

本項(xiàng)目通過(guò)將STEM教育理念與“有過(guò)程的歸納”教學(xué)思想的有機(jī)結(jié)合，探索出了STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施路徑，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—搜集資料—頭腦風(fēng)暴—嘗試設(shè)計(jì)圖紙—討論改進(jìn)圖紙—搭建實(shí)物—再次改進(jìn)—完成作品—不斷完善迭代的過(guò)程。有過(guò)程的歸納教學(xué)強(qiáng)調(diào)“從特殊到一般”，強(qiáng)調(diào)從學(xué)生個(gè)體和已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)開(kāi)展教學(xué)，課堂教學(xué)立足情境—具象、操作—體驗(yàn)、對(duì)話—省思三個(gè)著眼點(diǎn)，盡可能還原知識(shí)產(chǎn)生、發(fā)展的情境，讓先驗(yàn)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生可經(jīng)驗(yàn)、可體驗(yàn)、可發(fā)展、可探究的過(guò)程。［6］在本項(xiàng)目中，學(xué)生通過(guò)多種實(shí)踐途徑，了解齒輪的構(gòu)造和工作原理，從原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，可認(rèn)為是有過(guò)程歸納教學(xué)的起點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)歸納出科學(xué)原理，再次驗(yàn)證科學(xué)家的研究結(jié)論，還原了知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的情景。STEM教育的研究流程與“有過(guò)程的歸納教學(xué)”流程是可以有機(jī)結(jié)合在一起的，也是可以相互完善的兩種教育思想。正是在這樣的思維碰撞下，課題組探索出了STEM教育的實(shí)施路徑，將STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)落實(shí)在本土教學(xué)活動(dòng)中，對(duì)今后的STEM中國(guó)本土化研究奠定基礎(chǔ)。

（二）基于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷工程設(shè)計(jì)之路

從學(xué)習(xí)原理到設(shè)計(jì)圖紙，最后學(xué)生看到自己設(shè)計(jì)的游樂(lè)項(xiàng)目，學(xué)生親身經(jīng)歷了從游客到設(shè)計(jì)者的轉(zhuǎn)變，完整地感受了一次工程設(shè)計(jì)之路。齒輪歡樂(lè)谷的研究進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)生對(duì)身邊事物的了解，激發(fā)了學(xué)生對(duì)身邊事物的研究熱情，比如對(duì)齒輪相關(guān)機(jī)械物件的關(guān)注。參與本項(xiàng)目研究的學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從VEX IQ零基礎(chǔ)到搭建出自己的項(xiàng)目的“零”的突破。在整個(gè)STEM項(xiàng)目的體驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生體會(huì)到了學(xué)科融合帶來(lái)的思考方式上的轉(zhuǎn)變和沖擊，對(duì)思維的培養(yǎng)有一定促進(jìn)。

（三）科學(xué)有效地開(kāi)發(fā)課程資源，彌補(bǔ)學(xué)科不足

六年級(jí)學(xué)生在科學(xué)教材中已經(jīng)學(xué)過(guò)自行車(chē)上的齒輪作用，了解了齒輪的基本結(jié)構(gòu)，但對(duì)于齒輪的工作原理及應(yīng)用部分知之甚少。而齒輪在人類日常生活或工業(yè)制造中都有廣泛的應(yīng)用，所以，將“齒輪”相關(guān)內(nèi)容作為一個(gè)項(xiàng)目深入研究是非常有必要的。對(duì)于“齒輪”課程資源的開(kāi)發(fā)，緣起于學(xué)生的業(yè)余生活，歡樂(lè)谷即游樂(lè)場(chǎng)，深受學(xué)生喜愛(ài)，基于學(xué)生對(duì)游樂(lè)設(shè)施的體驗(yàn)，讓他們了解其中機(jī)械制動(dòng)這些游樂(lè)設(shè)施的關(guān)鍵部位——齒輪的作用，經(jīng)歷設(shè)計(jì)并制作齒輪歡樂(lè)谷，學(xué)習(xí)齒輪的作用。課題組在STEM教育與“有過(guò)程的歸納”兩種思想指導(dǎo)下，根據(jù)現(xiàn)有問(wèn)題，科學(xué)有效地開(kāi)發(fā)了“齒輪”課程資源，彌補(bǔ)了學(xué)科內(nèi)容不足。

（四）打破學(xué)科界限，融合多學(xué)科教學(xué)

在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生圍繞“齒輪”這一項(xiàng)目和創(chuàng)設(shè)情境下產(chǎn)生的問(wèn)題，展開(kāi)研究。研究過(guò)程涉及科學(xué)、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、編程等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)，不同于常規(guī)課堂教學(xué)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程打破了學(xué)科界限，由問(wèn)題引導(dǎo)綜合多學(xué)科和多門(mén)技術(shù)進(jìn)入教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，進(jìn)行有邏輯、有方法、有目的的虛擬建設(shè)活動(dòng)，不再是游客而是游樂(lè)設(shè)施的建造者，能夠培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目意識(shí)、知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

“齒輪”項(xiàng)目設(shè)計(jì)把學(xué)科融合的重點(diǎn)放在關(guān)注工程設(shè)計(jì)和實(shí)際生活的聯(lián)系，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中的工程設(shè)計(jì)問(wèn)題不是把各個(gè)學(xué)科知識(shí)技能割裂開(kāi)，而是綜合運(yùn)用它們?nèi)?shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)?，F(xiàn)實(shí)生活中，解決實(shí)際問(wèn)題也是沒(méi)有學(xué)科界限的，但是現(xiàn)在學(xué)生課堂依然是嚴(yán)格的分科教學(xué)，那就更需要這樣的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)去補(bǔ)充日常的分科教學(xué)。在提高綜合運(yùn)用能力的同時(shí)，也要拓寬教師和學(xué)生的視野，對(duì)此，STEM項(xiàng)目就成為一個(gè)典型的綜合多學(xué)科教學(xué)的案例，為融合課程的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。