STEM教育理念下的綜合實踐課程教學案例

曾雪芬

摘 要：STEM教育是近年來世界各國中小學教育中新興的創(chuàng)新課程?；赟TEM教育理念融入課堂的一個教學實踐案例，站在促進學生創(chuàng)新精神和實踐能力的基礎上，以學生活動為主，以教師指導為輔，結合多個螺旋遞進式教學環(huán)節(jié)，推動多學科整合以應對現(xiàn)實問題。

關鍵詞：STEM;齒輪;綜合實踐

一、課程內容

“齒輪里的秘密”以小學數(shù)學六年級下冊“自行車里的數(shù)學”以及機械鐘表、帶多齒輪四驅車的簡單拼裝為課程主體內容。基于STEM的教育理念，結合綜合實踐課程的需要，本案例設計了多個螺旋遞進式教學環(huán)節(jié)和情境。了解自行車前后齒輪里的秘密，觀察分析機械鐘表內部結構，組裝帶多齒輪的四驅車等活動，都是學生喜聞樂見的實操活動。

二、課程適用年級

六年級

三、教學建議

1.教師課前準備兩輛自行車，多個實物機械鐘表以便觀察研究，準備好8組四驅車零件。

2.教學時適時引入實際生活情境，重視學生的理解，引導學生自行探索，把知識結構靈活運用以達到真正的學習。

3.要體現(xiàn)多學科的綜合性、實踐性、實操性。本活動需要用到測量、圓的周長、反比例關系、排列組合等數(shù)學知識;物理中的運動原理;需要將四驅車設計構思轉化為模型，并進一步組裝成實物，提升學生科學操作能力方面的技術核心素養(yǎng)。

四、評價方式

“自行車里的數(shù)學”研究的是通過數(shù)據(jù)分析讓學生了解普通自行車的速度和內在結構的關系以及變速自行車的原理及能變化出多少種速度。通過知識性教學為下面認識機械鐘表里齒輪的奧秘，以及拼裝帶齒輪四驅車做了技術鋪墊。能綜合應用所學知識尋求解決問題的思考方法，在解決問題的過程中獲得全方位的發(fā)展。

五、課例內容呈現(xiàn)

教學目標：

知識與技能：通過觀察自行車的結構、分析其行進原理，運用所學的圓、排列組合、比例等知識解決實際問題，加深對所學知識及其相互關系的理解。

過程與方法：使學生經(jīng)歷解決實際問題的過程，初步掌握合作能力、實操能力、運用多學科知識整合解決問題的思考方法。

情感態(tài)度與價值觀：初步認識合作學習的價值，初步形成對綜合技術問題的探究欲望，感受綜合學科支撐的重要性。

教學過程：

（一）創(chuàng)設情境環(huán)節(jié)

教師播放一段視頻“齒輪的世界”，使學生發(fā)現(xiàn)生活中用齒輪生產(chǎn)的生活用品比比皆是，人們的生活已離不開帶有齒輪的工具。

設計意圖：視頻中自行車、鐘表、拖拉機、生產(chǎn)機床、動力汽車、火車等，各式各類用品都用到齒輪，用視頻情境激發(fā)學生的學習興趣。本課采用生動情境引入的形式，符合STEM教育的情境性特征。

（二）“自行車里的數(shù)學”環(huán)節(jié)

教學片段：

1.提出研究問題，了解自行車的結構和行進原理

課前教師準備兩輛自行車，一輛普通自行車，一輛變速自行車，以輔助教學。

師：自行車是人們常用的交通工具，請同學們仔細觀察齒輪是怎樣帶動車輪的。

請學生腳踏自行車進行演示，學生分組討論交流、匯報。

小結：（1）腳踏板蹬一圈，前齒輪也轉一圈。（2）前齒輪轉過一個齒，后齒輪也一定轉過一個齒，鏈條間的孔與前后兩個齒輪的每一個齒是一一對應的。（3）車輪轉一圈，后齒輪也轉一圈。

2.分析問題，建立數(shù)學模型，研究普通自行車的速度與其內在結構的關系

（1）分析問題

師：怎樣才能求出自行車蹬一圈可以走多遠？學生分小組，討論解決問題的方案。

方案一：直接量，自行車蹬一圈，用軟尺量一下就知道了。

方案二：用計算的方法，通過車輪的周長乘后齒輪轉的圈數(shù)。

師：通過實踐發(fā)現(xiàn)方案一不準確，存在誤差。我們應該用更精確的計算方法解決問題。怎樣知道前齒輪轉一圈，后齒輪轉多少圈呢？前后齒輪的比與前后齒輪轉動的圈數(shù)有關系嗎？

小結：轉的總齒數(shù)一定時，齒數(shù)和圈數(shù)成反比例。

（2）構建數(shù)學模型

解決新問題并歸納構建數(shù)學模型。

①一輛自行車前齒輪有48個齒，后齒輪有16個齒，車輪直徑為80 cm，蹬一圈能走多少米？②如果前齒輪有26個齒，后齒輪有16個齒，車輪直徑為60 cm，蹬一圈又能走多少米？

師：上面兩輛自行車，各蹬同樣的圈數(shù)，哪輛自行車走得遠？對比問題①②，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？

在師生共同探究中得出：蹬一圈的路程=車輪周長×（前齒輪齒數(shù)∶后齒輪齒數(shù)）

設計意圖：本課的活動過程關注課堂生成性和學生的體驗，利用“反比例”等數(shù)學知識求解普通自行車的速度與其內在結構關系，把單純的知識點轉變?yōu)檎莆战鉀Q問題方法的過程。活動中學生主動探究、自主學習、合作分析數(shù)據(jù)，得到綜合能力的提升。

3.研究變速自行車能變化出多少種速度

教師推出課前準備的變速自行車。

師：通過剛才的研究和分析總結，我們知道了蹬一圈自行車的路程與車輪直徑、前后齒輪的比值有關系。仔細觀察這輛變速自行車的變速系統(tǒng)，它能變化出多少種速度呢？老師提供相關數(shù)據(jù)以協(xié)助研究，小組間討論交流，完成書本第67頁的表格并匯報情況。

師：蹬同樣多的圈數(shù)，哪種組合使自行車走得最遠？

結論：當車輪大小不變時，前后齒輪齒數(shù)的比值越大，蹬一圈自行車走的距離就越遠，速度也就越快，這就是變速自行車的工作原理。

設計意圖：本環(huán)節(jié)是明了變速自行車技術方面的問題。教師在學生建立數(shù)學模型的基礎上，讓學生運用已獲得的知識體系，解決新的實踐問題。在實踐中，學生可能出現(xiàn)錯誤的情況，要讓學生敢于犯錯，在對比不同數(shù)據(jù)信息、觀點和方法中，選擇優(yōu)化方案，找出糾正途徑，在活動體驗中學會反思運用。

（三）觀察發(fā)現(xiàn)“機械鐘表里的秘密”環(huán)節(jié)

學生拆下機械鐘表里的核心結構部分，分組觀察秒針、分針、時針背后的對應齒輪有哪些，多齒輪間是如何咬合與帶動的，思考齒輪齒數(shù)和尺寸大小與什么有關系，齒輪間的關系怎樣。教師適時引導學生進行交流討論。

設計意圖：本課在教學環(huán)節(jié)上，還選擇了一個與生活息息相關的“機械鐘表里的秘密”的問題。課上教師注重團隊的不同思路，引導學生積極思考，主動與同伴合作，積極與他人交流，體現(xiàn)跨學科知識的交叉融合，具有開放性，結果多樣性，活動方式實踐性。

（四）組裝帶多齒輪四驅車環(huán)節(jié)

學生分組組裝四驅車零件，動力馬達需要連接多個齒輪，如何帶動轉速，如何拼組齒輪間的咬合等都由小組討論產(chǎn)生并實操。課上，教師幫助有困難的小組分析遇到的問題，引導解決的方法，使學生建立使用技術解決問題的信心，增加對科技的向往。

（五）歸納總結環(huán)節(jié)

活動結束之時，通過總結深化“齒輪里的秘密”，促進學生把他們學到的零散知識系統(tǒng)化，梳理多學科知識成為一個互相聯(lián)系的綜合體。課程的最后，教師播放一段“時代的巨輪”微視頻，進一步激發(fā)學生探索創(chuàng)新的愿望和興趣。

六、教學效果與反思

本課例立足于通過解決自行車里的數(shù)學問題、觀察分析機械鐘表、帶多齒輪四驅車的簡單拼裝等一系列實踐活動，教師合理選擇教學內容，創(chuàng)設一環(huán)扣一環(huán)的教學環(huán)節(jié)，在課堂伊始學生一片雀躍又漫無目的的活動中，教師適時點撥學生發(fā)現(xiàn)問題、尋找著力點，引導學生有目的地思考，通過動手動腦、合作思考，注重學習的過程和課堂中生成性體驗，應用多學科綜合知識實現(xiàn)情境性問題的解決，從而達到綜合素質的提高和多方面能力的協(xié)調發(fā)展。

參考文獻：

汪宏.《自行車里的數(shù)學》教學設計[J].中國信息技術教育，2010（13）：48-50.