“科技館活動(dòng)進(jìn)校園”項(xiàng)目案例：齒輪傳動(dòng)之美

管昕 黃嘉健 周達(dá)航

隨著科普?qǐng)鲳^科學(xué)教育活動(dòng)的實(shí)施與推廣，如何利用科普?qǐng)鲳^的展品展項(xiàng)更好地開展校外科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)或課程，是場(chǎng)館科普教育工作人員及學(xué)?？茖W(xué)教師不斷探索與實(shí)踐的問(wèn)題。本文將介紹以廣東科學(xué)中心展品展項(xiàng)“變速器”為基礎(chǔ)，結(jié)合《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中“技術(shù)與工程”領(lǐng)域5-6年級(jí)教學(xué)內(nèi)容，引入5E教學(xué)模式，開展以“齒輪傳動(dòng)之美”為主題的場(chǎng)館專項(xiàng)探究課。本課程是校內(nèi)科學(xué)課的有益補(bǔ)充和拓展實(shí)踐，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)探究過(guò)程，弘揚(yáng)科學(xué)精神，鞏固科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)思維。

課程目標(biāo)

科學(xué)知識(shí)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)齒輪傳動(dòng)的概念、歷史及應(yīng)用;發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)的工作方式、改變運(yùn)動(dòng)方向與速度的特點(diǎn)。

科學(xué)探究目標(biāo)：觀察齒輪的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)齒輪的概念;觀察并動(dòng)手操作，發(fā)現(xiàn)齒輪需在嚙合的情況下才可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，并認(rèn)識(shí)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪;通過(guò)改變齒輪組合，觀察并記錄每個(gè)組合中主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn);分析數(shù)據(jù)，歸納齒輪傳動(dòng)（可改變方向和速度）的特點(diǎn)。

科學(xué)態(tài)度目標(biāo)：仔細(xì)觀察，大膽質(zhì)疑，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)探究;領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)認(rèn)識(shí)事物的價(jià)值;培養(yǎng)協(xié)作探究的小組合作意識(shí);在科學(xué)實(shí)踐中實(shí)事求是，勇于創(chuàng)新。

科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)：認(rèn)識(shí)齒輪在日常生活中的應(yīng)用;知道技術(shù)是人們改造周圍環(huán)境的方法，是人類能力的延伸;認(rèn)識(shí)社會(huì)需求是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力;認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)推動(dòng)著人類社會(huì)的發(fā)展和文明進(jìn)程。

內(nèi)容與實(shí)施

運(yùn)用5E教學(xué)模式，讓學(xué)生了解齒輪傳動(dòng)的概念、歷史及應(yīng)用，并了解齒輪傳動(dòng)的工作方式、改變運(yùn)動(dòng)方向與速度的特點(diǎn)。其中，教學(xué)重點(diǎn)是認(rèn)識(shí)齒輪嚙合傳動(dòng)的工作方式，并探究齒輪傳動(dòng)改變運(yùn)動(dòng)方向、速度的特點(diǎn)。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手及觀察，使之先了解齒輪的工作方式為互相嚙合，再引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向的異同，最后引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究發(fā)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)過(guò)程中齒數(shù)多少與轉(zhuǎn)速快慢之間的聯(lián)系。

引入

基本內(nèi)容：將學(xué)生帶到“變速器”展項(xiàng)前，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)日常生活中的齒輪應(yīng)用，如汽車、電梯、機(jī)械表、變速自行車、面條機(jī)、榨汁機(jī)等。然后介紹與齒輪傳動(dòng)有關(guān)的史料知識(shí)，如我國(guó)山西出土的青銅齒輪、指南車等，闡述齒輪應(yīng)用廣泛且歷史悠久，進(jìn)一步明確活動(dòng)主題，激發(fā)學(xué)生探究興趣。

教學(xué)分析：學(xué)生在日常生活中見過(guò)一般的齒輪應(yīng)用（如自行車），但對(duì)齒輪的歷史和現(xiàn)狀了解較少。通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、制造認(rèn)知沖突激發(fā)他們的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)聆聽講解、對(duì)比觀察、聯(lián)想思考等方式認(rèn)識(shí)齒輪傳動(dòng)的歷史、概念與應(yīng)用。

探究

基本內(nèi)容：輔導(dǎo)員循序漸進(jìn)地提出3個(gè)探究任務(wù)，并以任務(wù)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，運(yùn)用觀察、操作、記錄、分析等方法逐步完成探究任務(wù)。任務(wù)1是利用展品引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察齒輪的齒緣，并對(duì)比觀察2個(gè)齒輪在嚙合和非嚙合2種情況下的傳動(dòng)狀態(tài)，以認(rèn)識(shí)齒輪的概念及嚙合傳動(dòng)的特點(diǎn)，并引入從動(dòng)輪和主動(dòng)輪的概念。任務(wù)2是利用2～3個(gè)齒輪，通過(guò)改變主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的嚙合方式，引導(dǎo)學(xué)生先猜想假設(shè)，而后小組合作動(dòng)手操作，并通過(guò)仔細(xì)觀察不同嚙合方式下的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向，對(duì)猜想假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，最后分享討論得出齒輪傳動(dòng)可改變運(yùn)動(dòng)方向。任務(wù)3是繼續(xù)以小組實(shí)驗(yàn)探究的形式，引導(dǎo)小組成員分工合作，先猜想齒輪齒數(shù)多少與轉(zhuǎn)速快慢之間的關(guān)系，而后動(dòng)手操作，仔細(xì)觀察并記錄每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后分析數(shù)據(jù)，推導(dǎo)結(jié)論;輔導(dǎo)員引導(dǎo)小組間進(jìn)行分享交流并分析歸納，最后引導(dǎo)學(xué)生得出齒輪齒數(shù)多少與轉(zhuǎn)速快慢之間的關(guān)系。

教學(xué)分析：小學(xué)五六年級(jí)學(xué)生已有一定的動(dòng)手能力，對(duì)于齒輪傳動(dòng)的工作方式也有一定了解。輔導(dǎo)員以任務(wù)為導(dǎo)向，通過(guò)實(shí)物展示、比較觀察、猜想假設(shè)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手操作、探究記錄、分析數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生親歷完整的科學(xué)探究過(guò)程，完成任務(wù)并得出結(jié)論，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力，提高科學(xué)興趣和探究信心。

解釋

基本內(nèi)容：輔導(dǎo)員進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生，充分利用并分析數(shù)據(jù)，進(jìn)一步討論歸納齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，用數(shù)據(jù)驗(yàn)證并解釋“齒輪傳動(dòng)能改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度”的結(jié)論，學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)說(shuō)話。

教學(xué)分析：學(xué)生通過(guò)親身體驗(yàn)和探究等，對(duì)齒輪傳動(dòng)已有實(shí)質(zhì)性的了解，掌握了一定的數(shù)據(jù)，但仍需要仔細(xì)梳理，歸納總結(jié)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用并分析數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步驗(yàn)證并解釋結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)據(jù)說(shuō)話，尊重事實(shí)，樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

遷移

基本內(nèi)容：利用“齒輪傳動(dòng)之美”專題探究學(xué)習(xí)單，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用探究所得知識(shí)和結(jié)論，解決實(shí)際問(wèn)題，并對(duì)知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行拓展和延伸。

教學(xué)分析：該年齡段的學(xué)生有較強(qiáng)的觀察能力和學(xué)習(xí)探究能力，并渴望表達(dá)自己的觀點(diǎn)。通過(guò)探究學(xué)習(xí)單練習(xí)，讓學(xué)生運(yùn)用探究所得知識(shí)和結(jié)論解決實(shí)際問(wèn)題，并進(jìn)行拓展延伸，有助于提升學(xué)生運(yùn)用技術(shù)解決問(wèn)題的能力。

評(píng)價(jià)

基本內(nèi)容：輔導(dǎo)員對(duì)活動(dòng)的各環(huán)節(jié)、知識(shí)點(diǎn)和信息加以回顧、整理和總結(jié)，評(píng)估學(xué)生對(duì)齒輪知識(shí)的理解認(rèn)識(shí)，以及對(duì)科學(xué)方法的掌握運(yùn)用等，了解課堂質(zhì)量，以便進(jìn)一步修改完善環(huán)節(jié)和內(nèi)容。

教學(xué)分析：通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生一起回顧活動(dòng)的主要內(nèi)容、觀察到的現(xiàn)象、獲取的知識(shí)、掌握的科學(xué)方法（如觀察、實(shí)驗(yàn)操作、記錄、分析等），使學(xué)生進(jìn)一步鞏固科學(xué)知識(shí)，掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)思維。

總結(jié)與思考

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與新媒體技術(shù)的興起與發(fā)展，網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上課堂逐步興起?？破?qǐng)鲳^科學(xué)教育活動(dòng)的開展，也需緊跟時(shí)代要求，在初步開發(fā)設(shè)計(jì)階段綜合考慮網(wǎng)上課堂與線下體驗(yàn)探究相結(jié)合的可行性及實(shí)施方式。該課程原本只在展館內(nèi)開展現(xiàn)場(chǎng)探究，2020年上半年，在新冠疫情期間，場(chǎng)館開發(fā)并錄制了線上教學(xué)視頻《名師帶你“玩”科學(xué)——齒輪傳動(dòng)之美》（時(shí)長(zhǎng)約11分鐘），開展線上線下結(jié)合的探究與拓展實(shí)踐課。學(xué)生先在網(wǎng)上學(xué)習(xí)錄制的教學(xué)視頻，并回答3個(gè)問(wèn)題以鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手制作與齒輪傳動(dòng)相關(guān)的創(chuàng)意手工作品，以視頻、照片、文字等形式提交，并參與評(píng)選，然后再自行選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間到廣東科學(xué)中心交通世界展館完成線下體驗(yàn)和探究。

結(jié)合中小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的場(chǎng)館專項(xiàng)探究課，是校內(nèi)科學(xué)課的有益補(bǔ)充和拓展實(shí)踐，學(xué)生在親身體驗(yàn)和探究的過(guò)程中鞏固了科學(xué)知識(shí)，掌握了科學(xué)方法，培養(yǎng)了科學(xué)思維和科學(xué)精神，激發(fā)了科學(xué)興趣和熱情。建議有關(guān)教育部門鼓勵(lì)中小學(xué)科技教師走進(jìn)科普?qǐng)鲳^，主動(dòng)聯(lián)合場(chǎng)館展教人員合作開發(fā)該類課程，并實(shí)施應(yīng)用。