STREAM教育理念下樂高4C教學模式在汽車科普教育活動設計中的應用

我國中小學生汽車科普教育現狀

中小學生汽車科普教育概況

目前，我國中小學生的汽車科普教育呈現出多樣化和多層次的發展趨勢。傳統的科普教育活動主要包括學校組織的科普講座、展覽和實踐活動等，通過這些活動為學生提供直觀的學習體驗。此外，博物館和科技館等機構也在這方面作出了積極的努力，比如北京汽車博物館通過舉辦學術研討會、講座和展覽等活動，為中小學生的汽車科普教育提供了豐富的資源和交流機會[1]。同時，隨著互聯網和新媒體的興起，通過在線平臺、移動應用和社交媒體等渠道傳播的科普知識也得到了廣泛應用。一些汽車廠商和機構也積極開展講座、培訓班和實踐活動等形式多樣的科普教育，比如上海國際汽車博覽會的“智輅空間”活動成立了“汽車科普聯盟”，致力于推動青少年科普項目和培養新模式的復合專業人才。這些活動的舉辦不僅促進了中小學汽車科普教育的發展，還為學生提供了與專家和業界人士互動交流的機會。我國國內具體的汽車科普途徑如圖1所示。

中小學生汽車科普教育的需求及挑戰

當前復雜的交通系統和日益普及的汽車使用，讓中小學生對汽車科學知識的認知變得尤為重要，對相關知識的廣泛普及需求亟待解決。深入了解汽車的原理、構造和工作機制，不僅有助于提升中小學生的交通安全意識，還能培養他們的科學素養和創造性思維，涵蓋物理、化學等多學科知識，為其問題解決能力和創新潛能的發展奠定基礎。同時，為中小學生提供充分的汽車科學知識教育，還能為他們未來從事與汽車相關的職業提供必要的準備，促進其職業發展。

當前，中小學汽車科學知識普及教育面臨諸多困難和挑戰。教師方面存在專業知識和資源不足的問題，限制了教師在教學中全面深入傳授汽車科學知識的能力。同時，教育目標與考試壓力的平衡也是挑戰之一，學校在資源和時間分配上對汽車科學教育投入不足。此外，缺乏專業的指導與培訓使得教師在設計和傳授汽車科學知識時缺乏明確的方法和策略，加上學生對汽車科學知識的興趣和學習需求不同，進一步增加了教師的教學難度。表1為汽車科學知識普及中面臨的具體需求和挑戰。

基于樂高4C教學模式的研學活動設計——創車樂園

“創車樂園：樂高小車拼裝活動”是根據教科版《科學》教材4年級上冊“設計制作小車”課程內容衍生的STREAM活動，但不局限于4年級學生，教師可以選擇不同的樂高教育產品，面向不同年級和興趣差異的學生。該活動的主要目標是圍繞學科核心概念“工程設計與物化”，通過使用樂高積木拼裝和設計小車，培養學生的創造力、問題解決能力和團隊合作精神。

活動目標

義務教育科學課程旨在培養學生的核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。為了明確課程目標，將科學課程培養核心素養的構成和學段特征作為主要依據，同時從量化和質化兩個方面描述了核心素養的表現標準，即科學觀念目標、科學思維目標、探究實踐目標和態度責任目標[2]。

科學觀念理解汽車的基本原理和結構，培養學生對科學知識的理解和應用能力；了解汽車的發展歷程，認識到科學是不斷向前發展的，激發對汽車的興趣和探究欲望；感受汽車知識與現實生活的聯系，了解科學在解決問題和創新中的作用。

科學思維培養學生細致入微的觀察能力，觀察和分析汽車的構造與運行機制；培養提出問題和解決問題的能力，通過調整和改進樂高汽車模型，解決賽車在比賽過程中遇到的挑戰；培養邏輯思維和推理能力，通過了解汽車的功能和互動關系，設計樂高汽車模型。

探究實踐進行實踐活動，通過操作樂高積木模型親身體驗汽車的構建和運作過程，加深對汽車科學知識的理解；通過賽車比賽，引導學生探索改進汽車模型的方法和策略，并對其效果進行評估和反思；培養觀察、測量和記錄的能力，通過汽車模型數據的收集和分析，進行科學的觀察和實證。

態度責任培養學生對科學研究的探索精神和持續學習的態度，鼓勵他們積極參與科學實踐；強調合作和團隊的重要性，培養學生在小組合作中互相尊重和共同努力的精神；培養對環境保護和可持續交通的意識和責任感，引發學生思考汽車科技發展與環境可持續性之間的關系。

通過樂高汽車研學活動，學生將獲得科學知識、提升科學思維和實踐能力，并建立積極的科學態度和社會責任感。這樣的活動設計將更加全面地促進學生的綜合發展。

STREAM分析

“創車樂園”活動是一個旨在促進跨學科學習和整合了多個學科領域的跨學科STREAM教育項目，深入探索了科學、技術、讀寫、工程、藝術和數學等多個學科的核心要素。

科學汽車的工作原理和物理原理，包括動力傳輸、力學、能量轉換等方面的知識；通過實踐、觀察和實驗理解科學概念，并運用科學方法解決與汽車相關的問題。

技術使用和操作各種技術工具和設備，比如編程軟件、傳感器、樂高積木等；學習和實踐利用技術控制、模擬和優化汽車模型，并解決與技術相關的問題。

讀寫閱讀與汽車相關的文本資料，比如科學雜志、技術手冊等，提高學生的科學閱讀能力和理解能力；撰寫汽車介紹和技術說明，加深對汽車科學原理的理解，培養表達能力。

工程學習設計思維、制訂計劃、選擇材料和解決技術難題，以構建可靠和創新的汽車模型。

人文藝術汽車模型的外觀設計和裝飾，通過繪畫和裝飾提升汽車模型的視覺效果。

數學尺寸和比例測量，速度、加速度和旋轉力矩計算，以及數據統計和圖表制作，量化、分析和解釋與汽車相關的數據和現象，深入理解汽車科學與工程學的數學基礎。

讀寫有助于學生深入理解汽車相關文獻資料，并創造性地表達觀點。樂高汽車研學活動的展廳提供了豐富的汽車資料文獻、電子觸摸屏等，以便學生查看汽車發展歷史和對比不同車型。工程任務可有效培養學生的設計思維和技術問題解決能力，幫助他們成為具備樂高汽車工程師身份的學習者。技術館內充滿藝術感的汽車工業設計展覽有助于豐富學生的審美經驗，激發學生的創造力。

活動過程

連接

教師提供白紙、彩筆等教學工具，鼓勵學生繪制出屬于自己的汽車并為其命名，學生互相分享并展示自己的汽車作品。

活動意義每個個體皆具備內生創造力，透過個性特質的自我認知，能夠自發融入樂高活動所散發的獨特氛圍中。

建構

根據學生繪制的汽車作品進行分組，并按序參觀歷史館、珍藏館和技術館，以便全面探索汽車知識與結構。

在技術館的模擬駕駛裝置中，學生親身體驗駕駛汽車，通過精心設計的模擬場景和即時反饋，深入了解汽車駕駛技巧和交通安全知識。

為每個小組配備樂高積木教具，小組合作設計、搭建一輛汽車模型。在設計過程中，小組可以充分發揮自主創意，但需確保滿足以下要求。①汽車模型應具備至少3個輪子，以實現在平面上的自由運動能力。②汽車模型必須設計適當尺寸和比例的駕駛員座椅，以適應樂高駕駛員的體積要求。③汽車模型應具備基本的穩定性，避免在移動過程中發生傾倒的風險。④汽車模型的外觀設計應富有創意與趣味性，鼓勵學生在模型結構上展示創造力。⑤汽車模型應能運用簡單的機械原理，諸如齒輪或簡易機械裝置等。

活動意義通過設計和搭建汽車模型，幫助學生綜合學習有關汽車的知識和結構的知識，培養學生的團隊合作能力、創造力和實踐技能，為他們提供實際操作和綜合思考的機會，為未來的學習和職業發展奠定基礎。

反思

每個小組將詳細介紹他們所設計汽車的特點和組件，并進行互評。在此過程中，學生將積極提出問題、分享觀點，并為其他小組提供建設性的建議和反饋。

教師將運用互動評價的方法，對學生的自我評估及他們在搭建汽車模型過程中和課堂活動中的表現進行客觀評價和有針對性的反饋。

教師回應學生提出的未解決問題或對于更優解決方案的疑慮，以及在樂高汽車模型搭建過程中遇到的技術難題，提供建議和指導，激發學生的潛力，引導他們積極尋求解決方案。

活動意義通過實際操作檢驗學生的知識掌握情況，利用反思幫助教師調整教學計劃，提高學生的學習效果。

延續

教師提出問題，激發學生對現實生活中汽車生產制作方式的思考，鼓勵學生在學習汽車制造過程中開展自主探究。

活動意義學生根據自身興趣和學習目標，選擇合適的研究方向，積極利用各種資源和工具進行深入探索。

活動評價

Science（科學）

知識掌握評估學生對汽車科學原理的理解程度和應用能力。

實踐與觀察考查學生在實踐中運用科學方法進行觀察和分析的能力。

Technology（技術）

技術應用評估學生運用技術工具（如樂高積木）進行汽車模型搭建的能力。

使用和維護技術工具考查學生正確使用和維護技術設備的能力。

RoboticsandEngineering（機器人和工程）

設計和構建評估學生在樂高搭建汽車模型時的設計創新性、結構穩定性和功能實現的能力。

工程思維考查學生分析問題、制訂解決方案和調整改進模型的能力。

Arts（藝術）

創意和表現評估學生在樂高汽車模型的外觀設計、裝飾和美學方面的創造力和表現能力。

Mathematics（數學）

測量和計算考查學生在模型搭建過程中運用數學概念和計算技巧的能力。

數據分析評估學生對模型性能和改進的數據分析能力和總結能力。

Literacy（識字能力）

閱讀和理解考查學生在閱讀相關文獻和說明書時的理解能力。

講述和表達評估學生通過口頭或書面方式表達模型設計和開發過程的能力。

以上評價指標將根據STREAM教育的各個元素和樂高搭建汽車模型活動的特點，綜合考慮學生在不同領域和能力上的表現情況。通過綜合考量這些維度，可以得出一個更全面的評價，幫助學生了解自己的優勢和改進的方向，同時也為教師和活動組織者提供有針對性的反饋和改進活動的建議。

活動建議

當將樂高教育與汽車科普教育元素相結合時，教師可以根據學生的興趣和差異，選擇不同的樂高教育產品，以提供更加專業和個性化的學習體驗。

連接階段

開展有趣的汽車科普知識問答游戲，讓學生在競賽中學習與汽車相關的基本概念和原理，通過游戲調動學習的積極性。

調查學生對汽車的興趣和知識水平，根據結果組織專題講座或專家授課，讓學生根據自身興趣選擇進一步了解的領域。

建構階段

提供不同類型的樂高汽車模型選項，涵蓋汽車的不同功能和特點。比如讓學生選擇搭建一輛賽車、一輛SUV或一輛電動車等，以滿足學生對不同類型汽車的興趣。

為學生提供不同難度系數的樂高汽車模型套裝，讓他們根據模型說明書自主搭建樂高汽車，并加入汽車科學相關的元素，如引擎、懸掛系統等。

設計挑戰性的樂高汽車構建任務，讓學生研究并搭建具有特定功能的汽車模型，如自動駕駛系統、動力傳輸機制等。

反思階段

組織學生進行汽車科普知識分享或展示，讓他們通過解釋所搭建模型的原理或特點，提高自身對汽車科學的理解和表達能力。

鼓勵學生結合所學的汽車原理，對樂高汽車模型進行改進和優化。

延續階段

提供進一步的汽車科普學習資源，如推薦閱讀材料、在線教育平臺等，以滿足學生對汽車科學領域更深入學習的需求。

鼓勵學生團隊合作，組織樂高汽車設計競賽或模擬車隊比賽，讓學生在合作中進一步提高創造力和解決問題的能力。

通過以上活動建議，結合樂高教育和汽車科普教育元素，可以激發學生對汽車科學的興趣和熱愛，并通過樂高模型搭建和相關學習活動，培養學生的創造力、合作意識和解決問題的能力。同時，應考慮到學生的興趣和個體差異，使活動更加個性化和專業化。