STEM教育理念下的综合实践课程教学案例

曾雪芬

摘 要：STEM教育是近年来世界各国中小学教育中新兴的创新课程。基于STEM教育理念融入课堂的一个教学实践案例，站在促进学生创新精神和实践能力的基础上，以学生活动为主，以教师指导为辅，结合多个螺旋递进式教学环节，推动多学科整合以应对现实问题。

关键词：STEM;齿轮;综合实践

一、课程内容

“齿轮里的秘密”以小学数学六年级下册“自行车里的数学”以及机械钟表、带多齿轮四驱车的简单拼装为课程主体内容。基于STEM的教育理念，结合综合实践课程的需要，本案例设计了多个螺旋递进式教学环节和情境。了解自行車前后齿轮里的秘密，观察分析机械钟表内部结构，组装带多齿轮的四驱车等活动，都是学生喜闻乐见的实操活动。

二、课程适用年级

六年级

三、教学建议

1.教师课前准备两辆自行车，多个实物机械钟表以便观察研究，准备好8组四驱车零件。

2.教学时适时引入实际生活情境，重视学生的理解，引导学生自行探索，把知识结构灵活运用以达到真正的学习。

3.要体现多学科的综合性、实践性、实操性。本活动需要用到测量、圆的周长、反比例关系、排列组合等数学知识;物理中的运动原理;需要将四驱车设计构思转化为模型，并进一步组装成实物，提升学生科学操作能力方面的技术核心素养。

四、评价方式

“自行车里的数学”研究的是通过数据分析让学生了解普通自行车的速度和内在结构的关系以及变速自行车的原理及能变化出多少种速度。通过知识性教学为下面认识机械钟表里齿轮的奥秘，以及拼装带齿轮四驱车做了技术铺垫。能综合应用所学知识寻求解决问题的思考方法，在解决问题的过程中获得全方位的发展。

五、课例内容呈现

教学目标：

知识与技能：通过观察自行车的结构、分析其行进原理，运用所学的圆、排列组合、比例等知识解决实际问题，加深对所学知识及其相互关系的理解。

过程与方法：使学生经历解决实际问题的过程，初步掌握合作能力、实操能力、运用多学科知识整合解决问题的思考方法。

情感态度与价值观：初步认识合作学习的价值，初步形成对综合技术问题的探究欲望，感受综合学科支撑的重要性。

教学过程：

（一）创设情境环节

教师播放一段视频“齿轮的世界”，使学生发现生活中用齿轮生产的生活用品比比皆是，人们的生活已离不开带有齿轮的工具。

设计意图：视频中自行车、钟表、拖拉机、生产机床、动力汽车、火车等，各式各类用品都用到齿轮，用视频情境激发学生的学习兴趣。本课采用生动情境引入的形式，符合STEM教育的情境性特征。

（二）“自行车里的数学”环节

教学片段：

1.提出研究问题，了解自行车的结构和行进原理

课前教师准备两辆自行车，一辆普通自行车，一辆变速自行车，以辅助教学。

师：自行车是人们常用的交通工具，请同学们仔细观察齿轮是怎样带动车轮的。

请学生脚踏自行车进行演示，学生分组讨论交流、汇报。

小结：（1）脚踏板蹬一圈，前齿轮也转一圈。（2）前齿轮转过一个齿，后齿轮也一定转过一个齿，链条间的孔与前后两个齿轮的每一个齿是一一对应的。（3）车轮转一圈，后齿轮也转一圈。

2.分析问题，建立数学模型，研究普通自行车的速度与其内在结构的关系

（1）分析问题

师：怎样才能求出自行车蹬一圈可以走多远？学生分小组，讨论解决问题的方案。

方案一：直接量，自行车蹬一圈，用软尺量一下就知道了。

方案二：用计算的方法，通过车轮的周长乘后齿轮转的圈数。

师：通过实践发现方案一不准确，存在误差。我们应该用更精确的计算方法解决问题。怎样知道前齿轮转一圈，后齿轮转多少圈呢？前后齿轮的比与前后齿轮转动的圈数有关系吗？

小结：转的总齿数一定时，齿数和圈数成反比例。

（2）构建数学模型

解决新问题并归纳构建数学模型。

①一辆自行车前齿轮有48个齿，后齿轮有16个齿，车轮直径为80 cm，蹬一圈能走多少米？②如果前齿轮有26个齿，后齿轮有16个齿，车轮直径为60 cm，蹬一圈又能走多少米？

师：上面两辆自行车，各蹬同样的圈数，哪辆自行车走得远？对比问题①②，你发现了什么规律？

在师生共同探究中得出：蹬一圈的路程=车轮周长×（前齿轮齿数∶后齿轮齿数）

设计意图：本课的活动过程关注课堂生成性和学生的体验，利用“反比例”等数学知识求解普通自行车的速度与其内在结构关系，把单纯的知识点转变为掌握解决问题方法的过程。活动中学生主动探究、自主学习、合作分析数据，得到综合能力的提升。

3.研究变速自行车能变化出多少种速度

教师推出课前准备的变速自行车。

师：通过刚才的研究和分析总结，我们知道了蹬一圈自行车的路程与车轮直径、前后齿轮的比值有关系。仔细观察这辆变速自行车的变速系统，它能变化出多少种速度呢？老师提供相关数据以协助研究，小组间讨论交流，完成书本第67页的表格并汇报情况。

师：蹬同样多的圈数，哪种组合使自行车走得最远？

结论：当车轮大小不变时，前后齿轮齿数的比值越大，蹬一圈自行车走的距离就越远，速度也就越快，这就是变速自行车的工作原理。

设计意图：本环节是明了变速自行车技术方面的问题。教师在学生建立数学模型的基础上，让学生运用已获得的知识体系，解决新的实践问题。在实践中，学生可能出现错误的情况，要让学生敢于犯错，在对比不同数据信息、观点和方法中，选择优化方案，找出纠正途径，在活动体验中学会反思运用。

（三）观察发现“机械钟表里的秘密”环节

学生拆下机械钟表里的核心结构部分，分组观察秒针、分针、时针背后的对应齿轮有哪些，多齿轮间是如何咬合与带动的，思考齿轮齿数和尺寸大小与什么有关系，齿轮间的关系怎样。教师适时引导学生进行交流讨论。

设计意图：本课在教学环节上，还选择了一个与生活息息相关的“机械钟表里的秘密”的问题。课上教师注重团队的不同思路，引导学生积极思考，主动与同伴合作，积极与他人交流，体现跨学科知识的交叉融合，具有开放性，结果多样性，活动方式实践性。

（四）组装带多齿轮四驱车环节

学生分组组装四驱车零件，动力马达需要连接多个齿轮，如何带动转速，如何拼组齿轮间的咬合等都由小组讨论产生并实操。课上，教师帮助有困难的小组分析遇到的问题，引导解决的方法，使学生建立使用技术解决问题的信心，增加对科技的向往。

（五）归纳总结环节

活动结束之时，通过总结深化“齿轮里的秘密”，促进学生把他们学到的零散知识系统化，梳理多学科知识成为一个互相联系的综合体。课程的最后，教师播放一段“时代的巨轮”微视频，进一步激发学生探索创新的愿望和兴趣。

六、教学效果与反思

本课例立足于通过解决自行车里的数学问题、观察分析机械钟表、带多齿轮四驱车的简单拼装等一系列实践活动，教师合理选择教学内容，创设一环扣一环的教学环节，在课堂伊始学生一片雀跃又漫无目的的活动中，教师适时点拨学生发现问题、寻找着力点，引导学生有目的地思考，通过动手动脑、合作思考，注重学习的过程和课堂中生成性体验，应用多学科综合知识实现情境性问题的解决，从而达到综合素质的提高和多方面能力的协调发展。

参考文献：

汪宏.《自行车里的数学》教学设计[J].中国信息技术教育，2010（13）：48-50.