新加坡《組裝F10賽車比賽》案例與啟示

丁險峰

前不久，我有幸參加了湖北省教育廳組織的湖北省中小學(xué)科學(xué)學(xué)科骨干教師教學(xué)能力培訓(xùn)——赴新加坡南洋理工大學(xué)訪學(xué)活動，為了讓我們更好地理解新加坡小學(xué)科學(xué)教育的具體實施過程與特點，新加坡資深培訓(xùn)專家呂嘉鋒博士以“組裝F10賽車比賽”為課題，“真刀真槍”地演繹了原生態(tài)的新加坡科學(xué)課堂。

案例呈現(xiàn)

1.情境導(dǎo)入

師：新加坡舉辦過一項精彩刺激的賽車活動，你們知道是什么活動嗎？

學(xué)員：F1大獎賽。

師：是的，世界一級方程式錦標賽新加坡大獎賽，簡稱F1大獎賽。我們一起來聆聽發(fā)動機的轟鳴聲，一起來感受F1的速度與激情。

（播放視頻：世界一級方程式錦標賽新加坡大獎賽，之后畫面定格在F1賽車上。）

師：大家覺得這種賽車酷嗎？喜歡嗎？

學(xué)員：很酷！喜歡！

師：F1賽車在賽道上奔馳時最大的特點是什么？

學(xué)員：速度非常快！

師：請大家思考，F(xiàn)1賽車的速度為什么這么快？根據(jù)你自己的理解，可能跟什么有關(guān)系？

學(xué)員：跟賽車的動力有關(guān)。動力越大，速度越快。

學(xué)員：賽車很輕，用特殊材料做成的。

學(xué)員：車型好看，而且是流線型的。

學(xué)員：賽車是一個團隊合作，汽車制造商用到了當(dāng)今世界上的尖端技術(shù)。

學(xué)員：賽車手不能太高，不能太重，身高和體重控制在標準線上，有利于汽車降低自身的重量，提高車速。

師：大家已經(jīng)說了很多，表述得也很好！通過今天這節(jié)課的學(xué)習(xí)，就能驗證你們的說法是否正確，現(xiàn)在我們就一起來研究賽車。我們的活動主題就是組裝F10賽車比賽。

（出示課題：F10賽車。）

2.組裝賽車

（教師給每組分發(fā)材料并提示：每組分發(fā)的材料可以組建6輛不同的賽車。材料盒里有：小電動機、電池、車輪、漏斗型塑料材料、小扇葉、氣球、竹筷、塑料板、塑料棒、紙板、彩紙、膠帶、小刀等，如圖1。）

師：（出示F10賽車評分元素表，見表1）從評分元素表中你們讀出了哪些信息？

學(xué)員：從評分元素表中可以看出，小組內(nèi)的每一名學(xué)員都要組裝一輛完整的賽車。

學(xué)員：組裝的賽車要美觀、牢固、實用，有平衡感，能持續(xù)直線行駛。

學(xué)員：發(fā)揮團隊中每一名組員的特長，合作完成組裝任務(wù)。

學(xué)員：組裝的賽車要體現(xiàn)設(shè)計者的特點，有自己的主題。

學(xué)員：賽車比賽以直線速度為評價標準。

學(xué)員：賽道長3米，要在10秒之內(nèi)完成賽車任務(wù)。

師：大家表述得很好，把F10賽車組裝的要求找出來了。在科學(xué)課的學(xué)習(xí)和科學(xué)探究中，我們一定要認真了解問題是什么，要求是什么，像科學(xué)家那樣去觀察、去探究、去發(fā)現(xiàn)、去驗證。

師：如果在組裝賽車的過程中，遇到困難，你們準備怎么辦？

學(xué)員：在小組內(nèi)交流，綜合團隊的意見，尋求解決辦法。

學(xué)員：如果小組內(nèi)解決不了的問題，也可以讓其他組的組員幫忙解決，或者請教老師。

師：好的！看樣子你們都準備好了，那就開始屬于我們的“偉大創(chuàng)造”吧！

（學(xué)員在組裝的過程中，大體經(jīng)歷了四個階段：一是組裝初階段——無序思考階段。學(xué)員剛開始組裝賽車時，不知道從什么地方著手，他們一會看看這個材料，一會看看那個材料，拿不定主意。二是討論交流階段——理序思考階段。學(xué)員開始交流自己的發(fā)現(xiàn)，隨著第一個學(xué)員的表述，其他學(xué)員好像也找到了研究的方向，紛紛表達自己的看法，場面開始熱鬧起來。比如一個學(xué)員說我發(fā)現(xiàn)材料中有氣球，說明可以用反沖原理作為賽車的動力，但怎么固定吹足了氣的氣球是個問題;還有學(xué)員說我看到材料中有小扇葉，可以用風(fēng)力作為賽車的動力，可以加小電機讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)起來……在討論交流的過程中，當(dāng)學(xué)員提出問題時，其他學(xué)員也在思考，同時也會提出解決的辦法，組裝賽車的思路越來越清晰。在這一環(huán)節(jié)，教師和助教頻繁地在各小組內(nèi)走動，聽小組成員對問題的表述，鼓勵所有組員要積極參與討論學(xué)習(xí)，表達自己的見解，為小組合作做出自己應(yīng)有的貢獻。三是制訂計劃階段——整理思路階段。學(xué)員們根據(jù)小組內(nèi)分發(fā)的材料，結(jié)合賽車的基本構(gòu)造以及學(xué)員們的發(fā)言重點進行合作，制訂本組組裝賽車的計劃，圖2為第五小組的組裝賽車計劃。四是正式組裝階段——執(zhí)行計劃階段。學(xué)員各自領(lǐng)取了不同的材料，根據(jù)賽車的五大組成部分，開始組裝賽車。賽車的五大部分怎么組裝的問題在小組內(nèi)已解決了，但由于材料比較分散，給組裝增加了難度，細節(jié)方面的問題頻頻出現(xiàn)，比如兩個輪子用什么連接在一起？兩輪的間距是寬一些好，還是窄一些合適？用四輪還是用三輪組裝，哪種賽車速度會更快？氣球固定后，在什么部位“放氣”能達到最好的效果等問題。學(xué)員們經(jīng)過獨立思考，再加上中組團隊協(xié)作，都完成了組裝任務(wù)。在整個組裝階段，授課教師拿著相機在各小組間不停地拍照片，偶爾聽一聽組員們的討論和交流。）

3.第一次比賽與研討交流

（教師公布比賽要求：以小組為單位，所有賽車參加比賽;沒有到達終點的賽車重新回到起點再次比賽，但用時累加;以所有車輛用時來計算成績，用時最少的小組獲勝。之后，學(xué)員開始比賽。每組組裝的賽車按順序比賽，從結(jié)果上來看，每組都有沒有到達賽道終點的賽車，完成比賽的賽車很少。）

師：針對第一次比賽的情況，請每位學(xué)員說一說小組內(nèi)賽車的優(yōu)點和不足，重點說一說失敗的原因，再談一談改進的措施，有沒有處理不了的問題，需要什么樣的幫助等。

學(xué)員：我覺得我的賽車能夠順利完成比賽的原因是賽車整體比較牢固;輪子也固定了方向（保證賽車在直道上不走彎）;賽車的高度比較低，避免了因阻力的影響而翻車;充分考慮到了賽車的平衡。

學(xué)員：我的賽車不夠牢固，膠帶沒有固定好車身，比賽的時候賽車散架了，沒有完成比賽。下次，我會認真檢查，將各個連接點都固定好。

學(xué)員：我的賽車走彎了，沒有到達終點。原因是車輪比較靈活，遇到賽道有一點點的凸起，就會偏離方向。下次，我會先清理賽道，保證賽道的平整，另一方面，我會固定車輪的方向。

學(xué)員：我組裝的是氣球賽車，氣球出氣的位置沒有問題，問題是“口子”太小，反沖力量不夠大，試車時，“出氣口子太大”賽車容易翻車，這次我控制了“出氣”量，所以速度比較慢。在下次賽車之前，我要多試車，尋找合適的“出氣”量。

學(xué)員：我的賽車出現(xiàn)的問題在車身上，考慮到環(huán)保因素，我用的是紙板，但紙板易折、易皺，剛開始還不覺得是個問題，但比賽之前，我的賽車試過幾次，導(dǎo)致正式比賽的時候，由于空氣的阻力，車身出現(xiàn)了問題，使賽車偏離了原來的方向。我會用兩層紙板來做車身，這樣應(yīng)該不會出現(xiàn)問題了。

學(xué)員：我把小風(fēng)扇放在車尾，電池也放在車尾，導(dǎo)致賽車頭輕尾重，在比賽的時候倒了。我準備把電池往中間移動，使賽車能保持平衡。

組長：我覺得，大家很想表現(xiàn)出自己的優(yōu)點，組裝賽車都很快，也根據(jù)組裝計劃進行了試車，但大家試車的次數(shù)太少，觀察得不仔細，所以賽車的問題沒有顯現(xiàn)出來，結(jié)果在正式比賽的時候出現(xiàn)了問題，這個大家要深思！

（交流結(jié)束后，教師鼓勵學(xué)員對賽車進行改進，并在小組內(nèi)試車，檢驗改進后的效果。經(jīng)過反思和組員的幫助，學(xué)員們對賽車的組裝有了更深的認識，全部在指定時間內(nèi)完成了整改任務(wù)。在時間允許的情況下，有的學(xué)員還對賽車進一步美化，給自己的愛車取名，還對賽車的外觀進行了升級，車身更具流線型，更加有利于賽車高速行駛，如圖3。小組成員的理由是，用這樣的材料做車身是為了讓賽車散熱效果更好，車頭微微下傾是為了減小風(fēng)阻。）

4.第二次比賽與總結(jié)

師：你們說一說，速度最快的賽車獲勝的原因是什么？

學(xué)員：賽車的動力用的是小電機，動力越大，速度越快。

學(xué)員：賽車做得扁平，左右車輪距離較大，很平穩(wěn)，很牢固。

學(xué)員：流線型的車身，風(fēng)阻很小，用到了空氣動力學(xué)原理。

學(xué)員：車身的材料用得較少，賽車較輕。

師：跟你們課前的猜想一致嗎？

學(xué)員：是一致的。

師：為什么說開始活動前的表述是猜想而不是結(jié)論？

學(xué)員：因為沒有得到驗證。

師：現(xiàn)在可以說是結(jié)論嗎？

學(xué)員：在這節(jié)課上，通過大家的驗證，可以說是結(jié)論了。但在現(xiàn)實生活中，在真正的賽車比賽中還有很多我們不知道的知識和操作方法。所以我們還要認真學(xué)習(xí)，掌握更多的知識和方法來探究未知的問題，今天我們掌握了基本的學(xué)習(xí)方法和研究技巧，以后的探究之路會更平坦。

（教師和學(xué)員給予掌聲。）

師：說得真好！在這節(jié)課上，除了你們說的這些影響速度的因素外，還有其他的原因嗎？

學(xué)員：我覺得團隊合作是最重要的因素，一個人的能力是有限的，每個人都有不同的特長，在組裝甚至是設(shè)計賽車的活動中，只有發(fā)揮每個人的優(yōu)點，才會創(chuàng)造出更優(yōu)秀、更完美的作品。

師：看來你們的收獲還不??！是的，我們要像科學(xué)家一樣去置疑、去思考、去探究、去解決問題，在解決問題的過程中，大家要依靠團隊的力量來完成任務(wù)，這樣會更輕松，同時也能感受到更多的樂趣，體驗到更多的成功。

（教師根據(jù)兩次賽車比賽的結(jié)果和表2所示的小組活動評價表，選出了速度最快賽車和最佳表現(xiàn)小組。）

案例啟示

1.注重多學(xué)科融合

科學(xué)課是一門綜合性的基礎(chǔ)學(xué)科，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)活動，我們對此有了更多、更直觀的感受。從賽車組裝要求和評分元素可以看出，學(xué)員不僅要綜合運用已有的多學(xué)科知識儲備，考慮賽車設(shè)計的科學(xué)性，注重賽車外表的美觀，還要考慮賽車的平衡力學(xué)、空氣動力學(xué)等問題。組裝賽車的過程中，學(xué)員主動思考，把科學(xué)、美學(xué)、力學(xué)、技術(shù)等各學(xué)科零碎的知識應(yīng)用在解決問題的環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)目的性更強，更貼近生活，更好地提高了學(xué)習(xí)的積極性。

在我們參與的另外一個《玩具展銷》實踐活動中，學(xué)員五人一組，教師要求各小組成立公司，設(shè)計公司LOGO及創(chuàng)意說明，共同設(shè)計或發(fā)明新的產(chǎn)品，然后根據(jù)現(xiàn)代公司的運營職責(zé)和每個人自身的優(yōu)勢，擔(dān)任公司首席執(zhí)行官CEO、首席信息官CIO、首席技術(shù)官CPO、首席運營官COO五個角色，共同完成玩具展銷活動。在活動中，學(xué)員們會遇到寫作、設(shè)計、營銷、財務(wù)、運營、人際交往、新聞發(fā)言等各方面的考驗。整個活動的過程中，學(xué)員們把自己生活中的經(jīng)驗與多學(xué)科知識融會貫通，使每個人的科學(xué)素養(yǎng)得到提升，使個人貢獻得到認可。

2.體現(xiàn)多元化評價

與我國傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)中重結(jié)論、重知識、輕過程的傾向明顯不同的是，在F10賽車比賽中，教師對小組的評價主要分三個方面：

第一，小組成員合作的態(tài)度、技巧和參與度。在討論交流和制訂計劃環(huán)節(jié)，教師對學(xué)員的參與度、有效的發(fā)言、有價值的解決問題的方法等給予了非常明確、積極的評價指向。

第二，賽車的設(shè)計與效果。教師引導(dǎo)不同組的學(xué)員互評，評價內(nèi)容主要是使用環(huán)保材料的搭配、賽車整體的美觀、車身的牢固（耐震撞）、平衡感、能否持續(xù)直線行駛等。

第三，初賽后的交流、分析、改進、總結(jié)。新加坡小學(xué)科學(xué)課程標準指出：從評價結(jié)果中，教師要做出明智的決定，怎樣去加強學(xué)生的學(xué)習(xí)或者改進自身的教學(xué)。這種評價導(dǎo)向，不僅關(guān)注認知和結(jié)果，同時也重視行為和過程，切實著眼評價的改進功能，使教師的教學(xué)得到反饋并及時調(diào)整，實現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化，進而促進學(xué)生的全面發(fā)展。

3.著眼深層次感悟

在整個學(xué)習(xí)活動中，教師雖然語言不多，但很精練，特別注重方法的指導(dǎo)，保證了學(xué)員們在學(xué)習(xí)中傾情投入。針對探究過程中出現(xiàn)的問題，教師不是直接給出答案，而是拋出新的問題讓學(xué)員思考，或者給出一點提示，始終讓學(xué)員處于積極思考的狀態(tài)，培養(yǎng)學(xué)員的科學(xué)思維。

小組準備列出組裝F10賽車的計劃時，教師沒有給出固定的模式，他認為只要小組內(nèi)每個組員都認可，有可操作性，就是合適的組裝計劃。教師認為，讓學(xué)員經(jīng)歷猜想、制訂計劃、合作探究、驗證，最后得出結(jié)論的探究過程，是非常有意義的。當(dāng)學(xué)員一開始面對整盒材料不知所措時，教師提出問題：你們知道賽車是由哪幾部分組成的嗎？學(xué)員的思路一下子就清晰了。在讓學(xué)員找最快速賽車獲勝的原因時，教師更多的是讓學(xué)員通過觀察、對比、思考、交流，找出明顯的特征，鼓勵學(xué)員學(xué)著用科學(xué)家思考問題的方式來解決問題，起到了非常好的效果。

4.強調(diào)項目式統(tǒng)領(lǐng)

在組裝F10賽車比賽的活動中，我們可以明顯地感受到，活動強調(diào)項目統(tǒng)領(lǐng)學(xué)習(xí)，注重任務(wù)實現(xiàn)的全過程。不管是組裝F10賽車比賽，還是玩具展銷活動，每個學(xué)習(xí)內(nèi)容都有明確的、完整的任務(wù)，都是以任務(wù)為統(tǒng)領(lǐng)，以設(shè)計和探究為手段，運用科學(xué)與工程設(shè)計的思想，注重團隊合作參與，并積極分享觀點、計劃和結(jié)論，提升解決實際問題的綜合能力和跨學(xué)科的思維能力。在實踐體驗中，學(xué)員們充分感受到項目式統(tǒng)領(lǐng)學(xué)習(xí)的快樂以及更多積極的心理情感體驗。

（作者系《科學(xué)課》雜志承辦的2019年湖北省“小學(xué)科學(xué)專業(yè)知識技能專題提升培訓(xùn)項目”學(xué)員。）

前不久，我有幸參加了湖北省教育廳組織的湖北省中小學(xué)科學(xué)學(xué)科骨干教師教學(xué)能力培訓(xùn)——赴新加坡南洋理工大學(xué)訪學(xué)活動，為了讓我們更好地理解新加坡小學(xué)科學(xué)教育的具體實施過程與特點，新加坡資深培訓(xùn)專家呂嘉鋒博士以“組裝F10賽車比賽”為課題，“真刀真槍”地演繹了原生態(tài)的新加坡科學(xué)課堂。