新时代下，培养审辩式思维成为科学教育领域的新重点。“齿轮大不同”系列课程由3次可独立实施的探究式活动和1次成果设计汇报组成，4次活动组成1个完整的STEAM课程。课程以学生为主体，通过动手实践及对比探究，了解齿轮传动的知识及其在日常生活中的应用；在参观、体验、实践的基础上，了解不同机械传动的原理及背后的文化内涵；通过有效的作业、活动和评估，为学生提供充分的实践机会，以培养审辩式思维、科学精神及创新能力。

课程概述

系列课程针对小学5年级学生，以齿轮传动为主题，综合利用上海科技馆“智慧之光”展区“飞翔的公牛”“动力传递”等互动展品、展项，以审辩式思维、基于实物的学习和做中学为教学理念，开展基于科学、工程实践、艺术人文的跨学科探究式学习。通过展览参观、互动体验、实践探真、设计制作相结合的形式，激发青少年对机械工程的兴趣，培养创新精神和实践能力。

教学目标

科学知识目标：了解齿轮传动的运动方式和啮合条件；了解齿轮传动的作用和特点，认识并运用齿轮比；认识不同的齿轮变形及组合，了解齿轮传动的应用。

科学探究目标：培养自主探究能力，形成审辩式思维；培养逻辑力及创造力；培养勇于不断试错的探索精神。

科学态度目标：培养创新意识，能听取与分析不同意见；树立正确的学习态度，培养严谨的科学态度；树立团队合作意识，养成分享与协作的习惯。

科学、技术、社会与环境目标：感悟齿轮传动的应用及如何推动社会进步；懂得科学技术能够为人类造福，科学技术也需要不断创新发展；科学与艺术人文相结合可以激发大众的学习及探究热情。

教学过程

第1阶段：齿轮初探——认识齿轮的作用及特点

以齿轮发条玩具及日常生活中齿轮的应用为导入，利用齿轮实物激发学生的探究兴趣，并通过动手实验获得直接经验。进一步利用不同齿轮的组合，引导学生自行总结齿轮的作用及特点。在此基础上，拆解并制作手摇风扇，进一步加深对于齿轮比的认知，认识到多级传动能进一步提高传动比。

教学分析：学生通过课堂学习，已经知道齿轮传动的作用，能够搭建一些简单机械，但是还不够全面，对于齿轮传动的实际应用知之甚少，并且学生也很少有机会能拆解及观察一些机械的内部结构。

第2阶段：实践探真——探究齿轮的变形形式

带领学生参观上海科技馆“智慧之光”展厅中“飞翔的公牛”和“动力传递”展项。观察“飞翔的公牛”翅膀衔接处的机械结构；体验“动力传递”展项，观察不同箱体中的齿轮变形的运动特点，并记录各自的应用。之后，让学生观看介绍中西方古代机械的视频，观看古代运用到齿轮传动的机械，发现视频中的古代机械与展项中机械结构的相似与关联。最后，指导学生运用材料还原达·芬奇的扑翼结构。引导学生思考扑翼结构与“飞翔的公牛”的关联。过程中要求学生探究如何使翅膀的挥动角度尽可能最大。

教学分析：学生在第1阶段的学习中，对于齿轮传动的作用和特点及齿轮传动比有了一定的认知，具备了进一步探索齿轮传动的热情。“智慧之光”展区的2个展项及达·芬奇扑翼结构的还原，二者具有关联性，并且具有知识点的迁移性，能够展示齿轮的多种变形形式，对于学生而言能够获得直观经验并反思。

第3阶段：探寻钟表——钟表里的机械与文化

向学生展示机械钟和机械表机芯，展示钟表内的机械结构。讲述“击溃牛顿的钟表匠”的故事。以钟表为例播放视频，以直线排列的全新方式展示机械表机芯的内部结构。进一步指导学生组装透明的机械钟，认识机械钟各部分分别由动力、传动、调速3部分组成。组装过程中制造冲突并提出反思。最后，指导学生正确校时，认识多级齿轮减速的运用。

教学分析：融入情境教学，以钟表匠的故事展现工匠精神的内涵。解构、重组钟表结构，让学生掌握一种解构的学习方法，将复杂的机械原理化繁为简。利用透明的机械钟组件安装，培养学生的逻辑能力和审辩式思维，从而认识到钟表内各个轮系的传动顺序与齿轮比，并能真切获得一次作为“钟表匠”的体验。

第4阶段：放飞创想——制作机械联动装置，诠释机械原理

学生利用材料在A5面积的底板上完成一套齿轮联动装置，让齿轮讲故事。利用不同齿轮，结合其他简单机械结构，设计不同场景，以此丰富设计内容，比如1个故事场景、1个日常生活场景、1个实用小创意等。教师从设计性、美感、顺畅度、难易度、机械组合数量等多方面评分，选出优秀设计作品，从创意和机械传动的合理性角度出发，作为综合评定依据。

教学分析：经过前3个阶段的学习，学生已经对于齿轮传动及各种变形形式有了全面的认知，经过做中学，具备了一定的动手能力。学生渴望将学习成果及创意在各自的作品中呈现。点评环节以鼓励为主、纠正指导为辅，鼓励学生将课程中所学到的知识延伸至生活中，解决更多实际问题。

特色分析

课程设置灵活，作为系列课程可供学生团体于假期实施，亦可根据不同年龄受众及侧重点独立实施前3项子课程。

以探究为目的进行实践，基于科技馆展览资源，融合文化内涵，真正体现利用科技馆展览资源的STEAM+课程的意义。

用重组与解构的理念，将复杂的机械结构化繁为简，突出齿轮传动的实用性及重要性，鼓励学生大胆质疑及试错，在实践探索中培养审辩式思维能力。

在创设的情境中，将科学与艺术相融合，完成一项设计任务，体现以学生为主的理念。

效果评估

课程对学生的考评记录包括过程性评价和总结性评价两方面内容。馆内科学教师全程参与学生的课程实践，记录学生过程中的表现。每次活动后，学生填写课程实施过程记录表，记录活动过程中的收获、困惑、反思，馆内导师回收记录表，填写学生活动中存在的问题和改进建议，每个学生形成一套实践过程记录表，作为过程性评价的内容。

评估发现，参加本课程的学生在审辩思维能力、表达能力、问题解决能力、动手实践能力、团队合作能力等维度上都有所提高。在最后的项目总结中，学生提到自己对设计成果的看法、在设计中存在的问题，以及与生活中遇到问题的联系等，这些都让科学教师感到融入审辩式思维的重要意义，并认为这些学生未来可期。

总结与思考

“齿轮大不同”系列课程是STEAM+融合新时代下审辩式思维教育的全新实践。课程以齿轮传动为核心，通过课程学习，让学生运用所学知识技能解决具体问题，尤其是解决日常生活中的各种实际问题。

在教学过程中，通过提问和总结激发学生审辩思维的发展。每个阶段都从基于实物的学习、基于实物的探究中得到答案，最后的成果设计制作和汇报，类似于学生的研究性学习，形成一个微成果。课程提高了学生的问题解决能力和创新能力，真正实现了学生思维的锻炼，为学生的长远发展奠定了基础。当然，每个阶段课程的顺利实施也与学生原有的知识储备，以及对相关知识之间的理解程度息息相关，这就要求课程整合相应跨学科的学习内容，整合学习内容也更有利于学生审辩式思维的发展。