曾雪芬

摘 要：STEM教育是近年來世界各國中小學(xué)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(xué)實踐案例，站在促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的基礎(chǔ)上，以學(xué)生活動為主，以教師指導(dǎo)為輔，結(jié)合多個螺旋遞進(jìn)式教學(xué)環(huán)節(jié)，推動多學(xué)科整合以應(yīng)對現(xiàn)實問題。

關(guān)鍵詞：STEM;齒輪;綜合實踐

一、課程內(nèi)容

“齒輪里的秘密”以小學(xué)數(shù)學(xué)六年級下冊“自行車?yán)锏臄?shù)學(xué)”以及機(jī)械鐘表、帶多齒輪四驅(qū)車的簡單拼裝為課程主體內(nèi)容。基于STEM的教育理念，結(jié)合綜合實踐課程的需要，本案例設(shè)計了多個螺旋遞進(jìn)式教學(xué)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(jī)械鐘表內(nèi)部結(jié)構(gòu)，組裝帶多齒輪的四驅(qū)車等活動，都是學(xué)生喜聞樂見的實操活動。

二、課程適用年級

六年級

三、教學(xué)建議

1.教師課前準(zhǔn)備兩輛自行車，多個實物機(jī)械鐘表以便觀察研究，準(zhǔn)備好8組四驅(qū)車零件。

2.教學(xué)時適時引入實際生活情境，重視學(xué)生的理解，引導(dǎo)學(xué)生自行探索，把知識結(jié)構(gòu)靈活運用以達(dá)到真正的學(xué)習(xí)。

3.要體現(xiàn)多學(xué)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(guān)系、排列組合等數(shù)學(xué)知識;物理中的運動原理;需要將四驅(qū)車設(shè)計構(gòu)思轉(zhuǎn)化為模型，并進(jìn)一步組裝成實物，提升學(xué)生科學(xué)操作能力方面的技術(shù)核心素養(yǎng)。

四、評價方式

“自行車?yán)锏臄?shù)學(xué)”研究的是通過數(shù)據(jù)分析讓學(xué)生了解普通自行車的速度和內(nèi)在結(jié)構(gòu)的關(guān)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(xué)為下面認(rèn)識機(jī)械鐘表里齒輪的奧秘，以及拼裝帶齒輪四驅(qū)車做了技術(shù)鋪墊。能綜合應(yīng)用所學(xué)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(nèi)容呈現(xiàn)

教學(xué)目標(biāo)：

知識與技能：通過觀察自行車的結(jié)構(gòu)、分析其行進(jìn)原理，運用所學(xué)的圓、排列組合、比例等知識解決實際問題，加深對所學(xué)知識及其相互關(guān)系的理解。

過程與方法：使學(xué)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(xué)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(rèn)識合作學(xué)習(xí)的價值，初步形成對綜合技術(shù)問題的探究欲望，感受綜合學(xué)科支撐的重要性。

教學(xué)過程：

（一）創(chuàng)設(shè)情境環(huán)節(jié)

教師播放一段視頻“齒輪的世界”，使學(xué)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(shè)計意圖：視頻中自行車、鐘表、拖拉機(jī)、生產(chǎn)機(jī)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(xué)生的學(xué)習(xí)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?yán)锏臄?shù)學(xué)”環(huán)節(jié)

教學(xué)片段：

1.提出研究問題，了解自行車的結(jié)構(gòu)和行進(jìn)原理

課前教師準(zhǔn)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(xué)。

師：自行車是人們常用的交通工具，請同學(xué)們仔細(xì)觀察齒輪是怎樣帶動車輪的。

請學(xué)生腳踏自行車進(jìn)行演示，學(xué)生分組討論交流、匯報。

小結(jié)：（1）腳踏板蹬一圈，前齒輪也轉(zhuǎn)一圈。（2）前齒輪轉(zhuǎn)過一個齒，后齒輪也一定轉(zhuǎn)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(yīng)的。（3）車輪轉(zhuǎn)一圈，后齒輪也轉(zhuǎn)一圈。

2.分析問題，建立數(shù)學(xué)模型，研究普通自行車的速度與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（1）分析問題

師：怎樣才能求出自行車蹬一圈可以走多遠(yuǎn)？學(xué)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(zhuǎn)的圈數(shù)。

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

小結(jié)：轉(zhuǎn)的總齒數(shù)一定時，齒數(shù)和圈數(shù)成反比例。

（2）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

解決新問題并歸納構(gòu)建數(shù)學(xué)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(yuǎn)？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(shè)計意圖：本課的活動過程關(guān)注課堂生成性和學(xué)生的體驗，利用“反比例”等數(shù)學(xué)知識求解普通自行車的速度與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系，把單純的知識點轉(zhuǎn)變?yōu)檎莆战鉀Q問題方法的過程?；顒又袑W(xué)生主動探究、自主學(xué)習(xí)、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(zhǔn)備的變速自行車。

師：通過剛才的研究和分析總結(jié)，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(guān)系。仔細(xì)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(guān)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(yuǎn)？

結(jié)論：當(dāng)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(yuǎn)，速度也就越快，這就是變速自行車的工作原理。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)是明了變速自行車技術(shù)方面的問題。教師在學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生運用已獲得的知識體系，解決新的實踐問題。在實踐中，學(xué)生可能出現(xiàn)錯誤的情況，要讓學(xué)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(xué)會反思運用。

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

學(xué)生拆下機(jī)械鐘表里的核心結(jié)構(gòu)部分，分組觀察秒針、分針、時針背后的對應(yīng)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(guān)系，齒輪間的關(guān)系怎樣。教師適時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流討論。

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

（四）組裝帶多齒輪四驅(qū)車環(huán)節(jié)

學(xué)生分組組裝四驅(qū)車零件，動力馬達(dá)需要連接多個齒輪，如何帶動轉(zhuǎn)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(dǎo)解決的方法，使學(xué)生建立使用技術(shù)解決問題的信心，增加對科技的向往。

（五）歸納總結(jié)環(huán)節(jié)

活動結(jié)束之時，通過總結(jié)深化“齒輪里的秘密”，促進(jìn)學(xué)生把他們學(xué)到的零散知識系統(tǒng)化，梳理多學(xué)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(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的愿望和興趣。

六、教學(xué)效果與反思

本課例立足于通過解決自行車?yán)锏臄?shù)學(xué)問題、觀察分析機(jī)械鐘表、帶多齒輪四驅(qū)車的簡單拼裝等一系列實踐活動，教師合理選擇教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)一環(huán)扣一環(huán)的教學(xué)環(huán)節(jié)，在課堂伊始學(xué)生一片雀躍又漫無目的的活動中，教師適時點撥學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、尋找著力點，引導(dǎo)學(xué)生有目的地思考，通過動手動腦、合作思考，注重學(xué)習(xí)的過程和課堂中生成性體驗，應(yīng)用多學(xué)科綜合知識實現(xiàn)情境性問題的解決，從而達(dá)到綜合素質(zhì)的提高和多方面能力的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

汪宏.《自行車?yán)锏臄?shù)學(xué)》教學(xué)設(shè)計[J].中國信息技術(shù)教育，2010（13）：48-50.