基于STEAM教育理念開展科技教育活動(dòng)

尹玉

“探秘戈德堡獻(xiàn)禮70年”活動(dòng)通過“初識(shí)戈德堡”“探究戈德堡”“設(shè)計(jì)戈德堡”“制作戈德堡”“展示戈德堡”等系列活動(dòng)，讓學(xué)生能夠靈活運(yùn)用杠桿、能量轉(zhuǎn)換、力、電路等科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、合作意識(shí)等。以中華人民共和國成立70周年為時(shí)代背景，圍繞愛國主題開展科技活動(dòng)，能夠讓學(xué)生在科技活動(dòng)中提升愛國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

活動(dòng)對象

參加活動(dòng)的為科技社團(tuán)的40名初三貫通班學(xué)生，他們具備一定的動(dòng)手搭建、制作、編程的基礎(chǔ)，掌握力學(xué)、電學(xué)、能量轉(zhuǎn)換等知識(shí)，具有較強(qiáng)的探究能力。通過前期調(diào)查，他們沒有接觸過戈德堡機(jī)械的學(xué)習(xí)，對此項(xiàng)活動(dòng)充滿興趣。

活動(dòng)目標(biāo)

學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)戈德堡機(jī)械，并能夠熟練掌握和運(yùn)用戈德堡機(jī)械中應(yīng)用的科學(xué)原理，例如杠桿、能量守恒、電路、慣性等。

學(xué)生能夠?qū)W會(huì)使用現(xiàn)代信息技術(shù)完成資料查詢，并通過自主、合作、探究的方式設(shè)計(jì)、制作戈德堡機(jī)械。

學(xué)生能夠積極主動(dòng)參與整個(gè)活動(dòng)，體驗(yàn)活動(dòng)中的樂趣，并在活動(dòng)中培養(yǎng)知識(shí)運(yùn)用能力、用學(xué)科融合的方式解決問題的能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提升愛國情懷。

活動(dòng)過程

第1次活動(dòng)：初識(shí)戈德堡

學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單的引導(dǎo)及教師提供的視頻二維碼，利用電腦、手機(jī)等現(xiàn)代信息手段自主學(xué)習(xí)，了解戈德堡，并在組內(nèi)交流，組間分享學(xué)習(xí)成果。學(xué)生觀看教師提供的《哪吒》和《速度與激情》電影中用到戈德堡機(jī)械的片段視頻，找出里面運(yùn)用到的戈德堡機(jī)械的具體關(guān)卡，明確說出所涉及的科學(xué)知識(shí)，并總結(jié)什么是戈德堡機(jī)械。戈德堡機(jī)械即一個(gè)精巧的連鎖反應(yīng)裝置，可以完成1個(gè)或多個(gè)有趣的目標(biāo)，設(shè)計(jì)者必須計(jì)算精確，令機(jī)械的每個(gè)部件都能夠準(zhǔn)確發(fā)揮功用，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都極有可能無法達(dá)成原定任務(wù)。

第2次活動(dòng)：探究戈德堡

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，并用思維導(dǎo)圖的形式表現(xiàn)戈德堡機(jī)械可以用到的科學(xué)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上將知識(shí)進(jìn)行分類。學(xué)生以小組為單位，探究戈德堡常見機(jī)關(guān)裝置，并利用給定材料嘗試制作每個(gè)機(jī)關(guān)。學(xué)生分享、展示探究結(jié)果，歸納戈德堡機(jī)械常見機(jī)關(guān)并命名。

第3次活動(dòng)：選題與計(jì)劃

教師以愛國為主題，引導(dǎo)學(xué)生圍繞主題創(chuàng)意設(shè)計(jì)制作戈德堡機(jī)械，要求國旗能夠升起，過程中只能接受1次外力，路線流暢，不少于5個(gè)關(guān)卡，具有創(chuàng)新性，并根據(jù)路線創(chuàng)編一個(gè)與中華人民共和國成立70周年有關(guān)的故事。

學(xué)生接到任務(wù)后，以小組為單位確定各組故事主題，并根據(jù)任務(wù)進(jìn)行合理計(jì)劃，組內(nèi)成員根據(jù)個(gè)人特長商討各自負(fù)責(zé)環(huán)節(jié)，確定組長、設(shè)計(jì)師、工程師、編程員、美化師、講解員等。

第4次活動(dòng)：設(shè)計(jì)戈德堡

教師指導(dǎo)學(xué)生了解設(shè)計(jì)圖的構(gòu)圖要素、特點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場繪圖，結(jié)構(gòu)圖要有尺寸及材料說明，重點(diǎn)結(jié)構(gòu)要有說明。繪圖是所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本，任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都應(yīng)該從繪制圖紙開始。通過繪制結(jié)構(gòu)圖，深化學(xué)生對自己設(shè)計(jì)的戈德堡裝置結(jié)構(gòu)的理解，鍛煉他們的設(shè)計(jì)能力和繪圖能力。

第5次活動(dòng)：制作戈德堡

教師出示為學(xué)生準(zhǔn)備的材料，引導(dǎo)學(xué)生思考每種材料的用途，并思考除了給定的材料外還需要哪些材料。每組分配15元?jiǎng)?chuàng)客幣，學(xué)生可以用創(chuàng)客幣在本次活動(dòng)特設(shè)的材料超市購買所需材料，也可以組間交易。通過創(chuàng)客幣的方式，讓學(xué)生有規(guī)劃、有計(jì)劃地完成任務(wù)，培養(yǎng)他們的節(jié)約意識(shí)。

學(xué)生撰寫工程方案，進(jìn)一步明確任務(wù)。通過小組分工合作，學(xué)生進(jìn)行自己組戈德堡裝置的創(chuàng)意制作。制作完成后，進(jìn)行自測運(yùn)行，調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)關(guān)裝置，保障關(guān)卡運(yùn)行流暢。

第6次活動(dòng)：展示戈德堡

學(xué)生展示自己組的作品，對設(shè)計(jì)制作的機(jī)關(guān)進(jìn)行演示，并講解創(chuàng)編的故事，分享活動(dòng)過程中的問題與收獲。每組將自己的裝置運(yùn)行過程錄制成小視頻，通過微信公眾號(hào)平臺(tái)進(jìn)行展示。

第7次活動(dòng)：評(píng)價(jià)與反思

教師及學(xué)生從方案設(shè)計(jì)、裝置運(yùn)行、創(chuàng)意程度、藝術(shù)效果、創(chuàng)意寫作方面對各組的裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)和打分;各組剩余的創(chuàng)客幣也折合成分?jǐn)?shù)計(jì)入最終成績;微信公眾號(hào)展示作品過程中采取投票方式，投票結(jié)果計(jì)入最終成績。綜合各方面因素，教師評(píng)選出優(yōu)秀戈德堡裝置，并對各具特色的優(yōu)秀裝置進(jìn)行表彰。最后，教師還要引導(dǎo)學(xué)生說一說此次探秘戈德堡活動(dòng)的收獲與感悟，并進(jìn)行記錄。

第8次活動(dòng)：實(shí)踐與提高

學(xué)生在探秘戈德堡活動(dòng)中有了很大收獲，但設(shè)計(jì)制作活動(dòng)的結(jié)束并不代表本次活動(dòng)結(jié)束，教師要為學(xué)生搭建更多平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展延伸和運(yùn)用。

參與市級(jí)競賽根據(jù)評(píng)價(jià)展示階段的作品得分，以學(xué)生自愿為原則，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與市級(jí)競賽，給學(xué)生更多展示空間。

“大手牽小手挑戰(zhàn)戈德堡”活動(dòng)本次學(xué)習(xí)后為學(xué)生搭建了“大手牽小手挑戰(zhàn)戈德堡”實(shí)踐活動(dòng)平臺(tái)?？萍忌鐖F(tuán)的學(xué)生走進(jìn)幼兒園，將難懂的科學(xué)知識(shí)通過簡單易懂的方式為幼兒園的孩子講解，教孩子們制作戈德堡玩具，活動(dòng)培養(yǎng)了他們的細(xì)心、耐心和責(zé)任心。本次活動(dòng)是對社團(tuán)學(xué)生的考驗(yàn)，讓他們將課上所學(xué)所做進(jìn)行了拓展運(yùn)用。

評(píng)價(jià)方式

觀察法通過活動(dòng)現(xiàn)場觀察，了解學(xué)生對整個(gè)活動(dòng)的參與性與積極性;觀察小組合作時(shí)組員之間的溝通合作狀態(tài);通過觀察，了解學(xué)生對于戈德堡機(jī)械方面知識(shí)的掌握程度;通過觀察學(xué)生設(shè)計(jì)和制作過程，了解學(xué)生動(dòng)手操作、知識(shí)遷移、解決問題、創(chuàng)造性思維、表達(dá)交流的能力。

訪談法了解學(xué)生參加活動(dòng)的感受與收獲，了解學(xué)生在制作機(jī)械過程中遇到的困難及解決困難的方法，了解學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)程度。

反饋法通過所有參與活動(dòng)的組織教師的反饋，了解學(xué)生參與的態(tài)度，以及在活動(dòng)中與人溝通、交流的表現(xiàn)。

成果展示通過學(xué)生現(xiàn)場展示的機(jī)械制作的成果，了解學(xué)生本階段活動(dòng)的學(xué)習(xí)效果。

預(yù)期成果

科技社團(tuán)的學(xué)生能夠在科學(xué)知識(shí)層面認(rèn)識(shí)戈德堡裝置，綜合運(yùn)用重力、能量轉(zhuǎn)換、電路、杠桿原理等多方面的科學(xué)知識(shí)，探究戈德堡裝置的常見機(jī)關(guān);在技術(shù)層面，能夠熟練使用基本工具對材料進(jìn)行測量、切割、連接;在工程層面，實(shí)踐“確定需求—選擇方法—畫設(shè)計(jì)圖—撰寫工程方案—制作—測試和改進(jìn)—交流與反思”的過程;在數(shù)學(xué)層面，能夠?qū)?shù)學(xué)課上所學(xué)的幾何知識(shí)、計(jì)算知識(shí)應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中，真正讓數(shù)學(xué)成為自主學(xué)習(xí)的工具;在藝術(shù)層面，將創(chuàng)意與藝術(shù)融入設(shè)計(jì)、制作、美化等每一個(gè)環(huán)節(jié)。