科技教育創(chuàng)新成果一等獎：“未來太空車設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)”科教方案

活動背景

近年來，太空車設(shè)計(jì)主題活動受到了廣泛關(guān)注，第九屆和第十屆全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽特別設(shè)立了“未來太空車項(xiàng)目”。本項(xiàng)目將競賽活動進(jìn)行校本化、系統(tǒng)化、課程化并持續(xù)更新，旨在培養(yǎng)青少年對太空探索的熱情，激發(fā)科技興趣和創(chuàng)新潛力，豐富科學(xué)教育校本課程資源。

活動目標(biāo)

通過精心設(shè)計(jì)課程，帶領(lǐng)學(xué)生探索太空車發(fā)展動態(tài)與趨勢，掌握設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵知識，包括工作原理、結(jié)構(gòu)組成及動力系統(tǒng)等；通過團(tuán)隊(duì)形式參與活動，培養(yǎng)學(xué)生溝通、協(xié)調(diào)與合作能力；通過實(shí)踐體驗(yàn)，學(xué)生利用指定或自選的材料，完成太空車設(shè)計(jì)與制作，挑戰(zhàn)行駛與攀爬任務(wù)，鍛煉動手能力；鼓勵學(xué)生自主探究與創(chuàng)新，在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)揮創(chuàng)意，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與問題解決、信息分析評估和知識運(yùn)用能力。

活動條件

對象與形式

受眾群體 初中國際少年科學(xué)院社團(tuán)學(xué)生、對該項(xiàng)目感興趣的其他學(xué)生。

組織形式 根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行小組合作。

學(xué)生分組 評審監(jiān)督小組、計(jì)分小組、場地組、攝影組、項(xiàng)目組。

實(shí)踐策略

包括目標(biāo)明確化、內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、方法多樣化、活動實(shí)踐化、團(tuán)隊(duì)協(xié)作化、資源校本化、跨學(xué)科細(xì)化、成果展示化、評價(jià)多元化、創(chuàng)新持續(xù)化。

實(shí)施方法

深化教師對項(xiàng)目的理解，提高課程開發(fā)能力；創(chuàng)新教學(xué)方法，制訂科學(xué)課程計(jì)劃，營造科技活動氛圍；利用現(xiàn)有資源搭建校級競技場地；集中性授課、針對性指導(dǎo)；強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，鼓勵創(chuàng)新迭代。

課堂教學(xué)與課后實(shí)踐相結(jié)合，注重探究式學(xué)習(xí)、問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)，通過太空車測試結(jié)果分析與機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究和解決問題的能力。

活動器材

學(xué)校配備實(shí)驗(yàn)器材、工具及活動場地，教師提供太空車設(shè)計(jì)模型樣例，學(xué)生利用配套資源包進(jìn)行初級設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行迭代更新。

活動內(nèi)容

活動涵蓋了太空車歷史、設(shè)計(jì)原理、動力系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及人工智能拓展等內(nèi)容，項(xiàng)目任務(wù)、活動目標(biāo)與組織形式如圖1所示。競賽環(huán)節(jié)2人1隊(duì)，賽道規(guī)格明確，裝置設(shè)計(jì)有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。比賽規(guī)則設(shè)計(jì)為3輪競技，以直線行進(jìn)、成功翻越障礙物高度、2次翻越障礙物、用時等信息作為比賽內(nèi)容。同時，結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)、太空車模型制作、匯報(bào)演講等多方面展示，全面評估學(xué)生表現(xiàn)。

圖 1 項(xiàng)目任務(wù)、活動目標(biāo)與組織形式

活動過程

準(zhǔn)備階段

確認(rèn)參與學(xué)生范圍，調(diào)研學(xué)生對“未來太空車設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)”活動課程的興趣，掌握學(xué)生能力情況。

針對學(xué)生成長特點(diǎn)、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)成果預(yù)期等進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，分析活動開展過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

根據(jù)規(guī)則要求，從模型制作、裝置測試、賽道障礙物設(shè)置、爬高挑戰(zhàn)等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行現(xiàn)場模擬，發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行綜合復(fù)盤，完善課程設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，盡量兼顧每一位參與的學(xué)生。

實(shí)施階段

學(xué)生以小組為單位，圍繞太空車設(shè)計(jì)與制作，展開一系列緊張而有序的實(shí)踐操作，活動安排詳見表1。主要過程如下：①小組討論，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；②分組頭腦風(fēng)暴，交流太空車模型設(shè)計(jì)思路；③準(zhǔn)備木板、電池、齒輪等材料，以及小刀、熱熔膠槍等工具；④按照設(shè)計(jì)圖紙分組進(jìn)行模型組裝和調(diào)試；⑤按照競賽要求，搭建競技場地；⑥各小組自行檢查測試效果，進(jìn)行得分核算，測試并參加項(xiàng)目挑戰(zhàn)。

總結(jié)階段

主要步驟如下：①學(xué)生完成太空車的最終設(shè)計(jì)和制作，確保所有功能符合預(yù)期目標(biāo)；②學(xué)生按照要求提交太空車模型，包括必要的文檔和說明材料；③組織展示活動，讓學(xué)生展示各組太空車的設(shè)計(jì)理念；④學(xué)生自評、互評，教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)和作品，給出評價(jià)和建議；⑤教師和學(xué)生一起總結(jié)分析，討論項(xiàng)目的成功之處和需要改進(jìn)的地方；⑥邀請學(xué)生分享經(jīng)驗(yàn)和心得，鼓勵學(xué)生討論如何將所學(xué)應(yīng)用到未來的學(xué)習(xí)和生活中；⑦基于總結(jié)階段的反饋，制訂改進(jìn)計(jì)劃，為下一個項(xiàng)目或課程的實(shí)施提供參考。

圖2 教師指導(dǎo)學(xué)生完善太空車結(jié)構(gòu)

圖3 迭代后太空車質(zhì)量測定

圖4 分組競賽環(huán)節(jié)

該項(xiàng)目獲得第 38 屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員科技教育創(chuàng)新成果一等獎