火星計劃

路欣

近年來，我國科技教育事業(yè)蓬勃發(fā)展，科普場館在中小學科普教育中發(fā)揮著重要作用。本文以合肥市科技館“火星計劃”創(chuàng)客集訓課程為例，闡述結(jié)合當下社會熱點與學生需求，基于PBL教學方法，融入STEM教育理念的課程開展思路與過程，探討科普場館如何助力中小學科學教育的拓展，培養(yǎng)學生綜合實踐能力。本項目的成功實施，驗證了PBL與STEM 的融合在科普教育中的優(yōu)勢與可行性，讓學生在自主探究實踐中對宇宙探索有了更加深入的認識與思考。

課程定位

“火星計劃”屬于短期集訓課程，共5 次課，每次課程120分鐘，學生化身為國家航天局的科學家與工程師，分步制訂火星登陸計劃。從承載夢想的火箭開始，到火星基地沙盤設計制作，一步步完成挑戰(zhàn)，感受科學與工程的魅力，感受我國航空航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，增強學生的民族自豪感。課程的受眾為小學5—6年級學生，他們已具備一定的觀察、分析、綜合、推理、概括能力及抽象思維能力。通過問題式項目探究實驗，更容易提升學生的學習興趣，幫助學生更好地了解宇宙相關(guān)知識及航空航天技術(shù)的發(fā)展。

課程目標

科學知識目標：了解火星的基本情況;了解物體可以對一定距離以外的物體產(chǎn)生作用（萬有引力）;理解熱、電、光都是能量的形式，在一定情況下能量可以相互轉(zhuǎn)換;理解作用力與反作用力是成對出現(xiàn)的;了解積木式編程，并能夠編寫一段簡單的程序;了解技術(shù)是人們改造周圍環(huán)境的方法，是人類能力的延伸。

科學探究目標：了解分析、綜合、比較、抽象、概括、推理等思維方法，發(fā)展學生學習能力、思維能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

科學態(tài)度目標：對自然現(xiàn)象保持好奇心和探究熱情，樂于參加觀察、實驗、制作、調(diào)查等科學活動，并能在活動中克服困難;善于從不同角度思考問題，學會尊重他人，與他人合作，積極參與交流和討論;勇于修正與完善自己的觀點。

科學、技術(shù)、社會與環(huán)境目標：通過了解航空航天技術(shù)的發(fā)展，了解科學技術(shù)對人類生活方式和思維方式的影響;了解社會需求是推動科學技術(shù)發(fā)展的動力。

課程內(nèi)容

課程基于PBL教學方式，運用情境教學法、討論法、任務驅(qū)動法，結(jié)合多媒體、角色扮演、比賽、動手制作、作品展示與匯報等多種手段，融入科學、技術(shù)、工程、數(shù)學多重領(lǐng)域的知識與技能，引導學生分組合作、主動學習、多角度思考、自主設計、解決問題，打造有趣味、有深度、有創(chuàng)意的綜合實踐類創(chuàng)客課程。與傳統(tǒng)教學方式相比，本課程堅持“以教師為主導，以學生為主體”，真正將課堂還給學生。

主題引入

基本內(nèi)容：通過觀看火星題材視頻，激發(fā)學生的學習興趣。教師讓學生扮演國家航天局的科學家與工程師，通過設置一系列問題，引導學生分步制訂火星登陸計劃。這些問題，也是每節(jié)課學生需要探究和解決的中心問題。

教學分析：學生對火星的了解大多來自于影視作品，其想象中的火星登陸計劃往往比較片面，甚至會出現(xiàn)違背科學常識的錯誤，教師需要引導學生將計劃分解成幾步，每步設置1個問題，圍繞問題展開探究與實踐，從火箭發(fā)射到火星基地規(guī)劃，一步步完成火星登陸計劃。

制訂方案

基本內(nèi)容：啟發(fā)學生思考何時、何地發(fā)射火箭，如何保護火星探測器在火星表面著陸時不會被撞壞，火星車需要具備什么功能等問題。學生分組，并配發(fā)筆記本電腦，教師指導學生利用電腦搜索火星相關(guān)資料，引導學生分工合作，整理資料，進行小組內(nèi)部討論，提取有用信息，按照教師提出的問題制訂火星登陸初步計劃。

教學分析：學生搜索資料及梳理資料的能力參差不齊，教師需要根據(jù)各個小組的進展，適度提供幫助，及時糾正不準確的資料。制訂方案這一步驟會在探究實踐與交流分享之后進行修改完善。

探究實踐

基本內(nèi)容：將火星登陸計劃分解成4個中心問題，分別進行探究實踐。①“如何利用水發(fā)射火箭？”引導學生觀察長征5 號系列運載火箭，體驗氣球的反沖實驗，分析火箭的工作原理，并根據(jù)反沖原理結(jié)合網(wǎng)絡資源，設計制作水火箭。②“如何用最輕便的裝置保護雞蛋從10米高空自由下落到地面而不會破碎？”引導學生利用教師提供的塑料袋、泡沫、紙杯、氣球等材料做預實驗，通過上網(wǎng)查詢，設計護蛋裝置的結(jié)構(gòu)，選擇材料進行制作，進行落蛋挑戰(zhàn)賽。③“火星車應具備哪些功能才能執(zhí)行你的火星任務？”引導學生通過繪畫方式將火星車設計圖展現(xiàn)出來，再利用mBot 機器人套件及編程軟件實現(xiàn)基本功能，并進行火星車采礦比賽。④“在考慮經(jīng)濟成本，保障科研與生活的情況下，你會設計怎樣的火星基地？”引導學生了解火星表面的惡劣條件，尋求解決方法，并利用教師提供的沙盤等材料，將火星基地的設計模型展現(xiàn)出來。

教學分析：這個階段的學生想象力比較強，但往往天馬行空不著邊際，需要教師根據(jù)不同小組的特點正確引導，但不能過分干預，限制學生的想象。

成果展示與交流

基本內(nèi)容：根據(jù)每節(jié)課的中心問題與探究實踐成果，小組分別進行成果展示，學生可提出質(zhì)疑，每位同學都可以在課上或者課下搜集證據(jù)，證明自己的觀點或者提出新的質(zhì)疑。通過不斷地討論、質(zhì)疑、搜集證據(jù)及實驗的方式尋求每個中心問題的最佳解決方案。

教學分析：學生對于探究實踐的結(jié)果分析往往不夠全面、不夠深刻，需要教師引導學生從多方面、多角度分析問題。在學生提出質(zhì)疑后，教師需要引導學生搜集證據(jù)或者設計實驗進行探究分析，解決問題。

反思與修正

基本內(nèi)容：學生和教師在項目過程中需要針對各個環(huán)節(jié)進行反思，包括學習內(nèi)容、探究和項目執(zhí)行的有效性、項目成果的質(zhì)量、項目中遇到的問題及解決方案。從反思中得到反饋，從而不斷修正和完善自己的作品。

教學分析：通常學生做完一件事之后，不能及時自我反思，需要教師在每次課程的末尾，引導學生對自己的探究實踐項目成果進行評估及反思，根據(jù)課堂交流與討論的情況及教師提出的建議，在課下進行修正。

課程亮點

以教師為主導，以學生為主體

本課程突出體現(xiàn)了“以教師為主導，以學生為主體”的教學原則，堅持把課堂還給學生，讓學生充分發(fā)揮他們的主觀能動性，鼓勵學生大膽想象，敢于質(zhì)疑。但想象與質(zhì)疑并不是無序的、不著邊際的，課堂與課程仍然是在教師的精心編排下，有序、有目的、有方向地進行。教師將教學內(nèi)容形成問題鏈、項目鏈，引導學生自主搜集資料，提取有用信息，根據(jù)教師的提示一步一步解決實際問題。??基于 PBL教學方式，融入 STEM教育理念，綜合運用多種教學方法與手段

本課程基于PBL教學方式，創(chuàng)造真實情境，極大地調(diào)動了學生的主動性與積極性。將STEM教育理念所包含的科學、技術(shù)、工程、數(shù)學領(lǐng)域知識融入到每個中心問題的項目實踐中，運用情境教學法、討論法、任務驅(qū)動法，結(jié)合多媒體、角色扮演、比賽、動手制作、作品展示與匯報等多種手段開展教學，保持學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的綜合能力。

結(jié)合時下熱點，迎合學生口味

隨著電影《流浪地球》熱映，越來越多的人關(guān)注地球以外的浩瀚宇宙。“火星計劃”課程結(jié)合熱點，更能激發(fā)學生的好奇心與學習興趣。同時，也能培養(yǎng)學生探索未知與解決問題的積極態(tài)度。課程結(jié)合中國航天成就，增強學生的民族自豪感，堅定中國夢信念。