創意科學STEM課例——彈簧動力小車

教學背景

STEM教育是從探究者視角展開的活動，注重學習內容與現實世界的聯結，倡導做中學，引導學生在實踐中習得知識，鍛煉技能，提升素養，是內化于心外化于行的學習方式。如何有效開展STEM教育，整合科學、工程、技術與數學的融合教育，是當今教育改革的潮流與探索領域。當然，相當多的實踐是項目化的研究，而從一節課的層面來體現STEM教育，應該說還是比較少，本課例就是一個一線教學的實踐案例的嘗試。

課例簡介

“彈簧動力小車”是陜西師范大學胡衛平教授主編的《創意科學》五年級教材中的一課，通過“創設情境—提出問題—自主探究—合作交流—總結反思—應用遷移”的STEM基本教學流程，將彈性、彈力、彈簧的限度等科學知識、設計制作與利用彈簧作動力的小車深度融合，通過不斷改進使產品迭代優化，從而培養學生像科學家和工程師一樣學習，提高學科核心素養。當然，要真正體現一個STEM項目的完整過程，一節課是完全不夠的，在此作者想利用一節課的時間把流程展示一下。很多深層次的設計與改進需要占用大量的時間，但學會了方法，學生就可以在課后不斷改進完善。

科學知識

復習彈性是物體受到外力的作用時，形狀或體積會發生改變，去掉外力后，又恢復到原來的形狀或體積的性質。能使物體恢復到原來形狀或體積的力叫作彈力。

科學探究

1.探究彈力的方向和大小。

2.探究彈性的限度。

科學態度

1.學習同學之間合作探究，交流的科學方法。

2.培養實事求是的科學精神。

科學目標

1.能設計并制作彈簧動力小車的彈簧裝置。

2.能對自己的設計進行改進，并聯系實際說一說優缺點。

3.能對材料提出改進建議或質疑。

教學重點難點

重點：設計并制作彈簧動力小車的彈簧裝置。

難點：能夠對自己的設計和材料進行改進和質疑。

教學過程

一、復習舊知，引發思考

師：今天我們來上一節創意科學課。還記得上學期我們學習的“物體的形狀改變以后”一課嗎，想一想這一課我們學習了什么？

學生回答后，師生一起復習彈性和彈力的概念。

師提問：彈力的大小和什么有關系？它有方向嗎？

學生回答。

師繼續追問：彈力會無限大嗎？為什么？彈力的限度又是什么決定的呢？

二、提出要求，討論想法

師：在生活中，有很多物體就是利用了彈性來進行工作的，你能舉一些例子嗎？

學生討論并匯報生活中的例子。

師：同學們說得真好，今天我們就來學習利用彈簧的彈性來驅動小車。（板書課題：彈簧動力小車）老師這里有這么一輛小車，還有彈簧、彈力線、橡皮筋等，如何讓小車安裝上彈簧動力呢？大家仔細觀察這輛小車的結構，思考如何利用彈簧的彈性產生彈力，并且驅動小車。同學們小組討論一下，你們打算如何設計？

1.學生討論設計（記錄單一）。

我們設計的彈簧動力小車（文字或圖畫） 第 組

2.學生匯報設計想法，小組間相互質疑與改進。

三、動手實踐，進行反思

1.學生們匯報后，各個小組進行安裝并試驗，制作好后在各組自己的桌子上跑一跑，注意測量彈簧的長度。

2.學生分組實踐，教師巡視。

3.學生匯報結果，并分析不成功的原因（大部分學生主要是橡皮筋繞到后軸上的方向不對），進行改進。

4.教師引發學生思考：這輛彈簧動力小車，怎樣才能讓它跑得更快更遠呢？你還有哪些改進的想法？

5.學生討論并填寫記錄單（記錄單二）。

我們想對小車的 進行改進，怎么改

我們想對小車的 進行改進，怎么改

我們想對小車的 進行改進，怎么改

我們想對小車的 進行改進，怎么改

……

6.學生進行匯報。（此處，教師要注意區分學生改進的是彈簧、彈性、彈力還是小車的其他結構，要把學生的關注點引導到本課的重點內容上來。）

7.師：我們來看看其他人的設計與制作成果，是不是對你有啟發呢？（教師組織學生一起觀看其他種類的彈簧動力小車圖片和視頻。）

8.師生繼續討論：彈簧動力小車不燒油，不用電，是一輛真正的環保小車，你覺得要把它用到實際應用中有什么難度？

四、拓展延伸，課后作業

總結：今天我們通過復習彈性和彈力，利用彈性設計并制作了一輛彈簧動力小車，好多同學在不斷改進的過程中不斷涌現出新的設計和想法，這正是一個優秀工程師的品質。希望大家把這些新設計和新想法在課后繼續實踐，并且相互交流點評，下節課我們繼續來討論與研究。

教學反思

科學知識與科學規律從生活中來，再回到生活中去，這個過程就是知識轉變成技能的過程。先從學生熟悉的生活中那些利用彈性工作的物品的工作過程，提示學生要利用彈力首先必須產生形變這個概念。然后發揮學生的想象，進行彈簧動力小車的設計。設計是技術的關鍵，是開展工程制作的前提，這個過程至關重要。而設計—制作—改進—再改進，使產品不斷迭代更新，這是科學、工程、技術、數學整合的必然環節，也是科學家和工程師工作的必要步驟。學生通過這個環節的學習與實踐，掌握了工程師工作的環節，為他們今后利用科學知識與科學規律自主開發屬于他們的產品打下基礎。當然孩子的思維與想法是單純的，樸素的，甚至是幼稚的，很多時候需要教師適當地引導與點撥，并且進行客觀公正的評價。可以這么說，只有將學生置于課中央，把設計作為學生進行工程活動的關鍵，工程實踐課才能激發出學生全部的內驅力，才能真正提升學生的學科素養。

專家點評

本節課例是“教育部‘國培計劃2017’專職培訓團隊研修項目——東南大學小學科學班”課堂研討課，由培訓學員勇輝老師執教。“彈簧動力小車”一課，勇輝老師進行了精心的課前準備，同時，他對新課標的深刻理解和對學生前概念的把握，以及每一個具有啟發性的提問，都有效地引導著孩子們在興趣驅動下積極思考，各抒己見。更可貴的是勇輝老師特別注重動手操作前的設計，使學生的操作過程有目的，可掌握。學生在操作過程中“卡殼”時，教師沒有“代做”，而是巧妙滲透工程技術理念，修改、完善，從小車的精心設計到優化操作，再到最后用“升級版彈簧小車”作為課后延伸，水到渠成。這節課展現出勇輝老師駕輕就熟的課堂掌控能力和扎實的科學基礎知識。“創意科學”STEM課程理念在這一節課上運用得恰到好處。（點評人：柏毅，東南大學學習科學研究中心副主任、教授）

該案例是江蘇省教育科學“十三五”規劃鄉村教師專項重點資助課題“科學、工程、技術整合的教學案例研究”（課題編號：XC-a/2016/04）研究成果。