STREAM教育理念下乐高4C教学模式在汽车科普教育活动设计中的应用——以上海汽车博物馆主题研学活动为例
王浩 黄芳
（ 华中科技大学教育科学研究院，武汉，430074）
摘 要
在当前的“双减”背景下，推动科学教育的发展变得尤为重要。为了实现这一目标，需要采取整合课程资源、强调实践与探究、利用科技手段和拓宽教育载体等措施。而在这个过程中，乐高4C理念和STREAM教育将发挥关键作用，提供创新而专业的解决方案。乐高4C理念将乐高教育与科学教育相结合，引入乐高积木的创造、合作、批判性思维和沟通等核心概念，培养学生的创新能力和综合素质。这种教学方法跳脱传统的纸上谈兵，让学生通过实践和合作来深入理解科学原理和概念。而STREAM教育则进一步加强了乐高4C理念的应用，通过将科学教育与艺术、阅读、写作等学科融合在一起，学生能够在跨学科整合的教学模式下综合运用各种技能。这不仅丰富了学习内容，还为学生提供了更广阔的学习机会和实践经验。而馆校结合则是推动科学教育的重要方式之一，博物馆等文化机构作为宝贵资源，可以为学校提供丰富的教学素材和实践环境。同时，学校与博物馆等机构的合作，不仅可以拓宽学生的视野，还能够创造更多的教学机会和创新实践。在本文的案例中，通过以STREAM理念为基础，将乐高4C教学方法应用于汽车科普和博物馆教育活动，构建了一种创新的博物馆与学校融合模式，深化了科学教育和汽车科普教育的发展。
关键词STREAM教育；乐高4C理念；活动设计；汽车科普教育
汽车是一项常见的交通工具，在汽车文化和技术领域有着广泛科学普及的价值。作为支柱产业，汽车与人们的生活和社会学科密切相关，同时融合了艺术与技术。汽车领域涉及的学科知识广泛实用，成为科普教育中不可或缺的重要媒介和载体。我国政府近年来积极支持汽车行业发展，特别是新能源汽车，以加速构建汽车强国。[1]同时，汽车科普教育也得到广泛关注和推广。学校将汽车科学纳入课程，并开展实践活动。汽车制造商、博物馆和科技馆组织展览和教育项目，互联网和社交媒体平台为公众提供便捷获取汽车科普知识的渠道。[2]随着科技发展和社会需求变化，汽车科普教育将继续拓展，在教育内容和形式上深化科学普及工作。与博物馆和科技馆的合作对中小学汽车科普教育具有重要影响。它们提供丰富的教学资源，实践机会和体验活动，专业知识和网络合作，以及自主学习和综合能力培养。通过馆校合作，学生可以获得更吸引人和实用的教育体验，进一步激发对汽车科学的兴趣和热情。
1我国中小学生汽车科普教育现状
2.1中小学生汽车科普教育概况
我国中小学生汽车科普教育正逐渐受到重视和发展。政府通过科普产业研发中心建设、扶持新兴科普产业和实施重大科普项目等措施，加速了汽车科普教育的发展。例如，政府在科普产业方面的支持政策和资金投入，为中小学汽车科普教育提供了必要的支持和保障。
目前，我国中小学生的汽车科普教育呈现出多样化和多层次的发展趋势。传统的科普教育活动主要包括学校组织的科普讲座、展览和实践活动等，通过这些活动为学生提供了直观的学习体验。此外，博物馆和科技馆等机构也在这方面做出了积极的努力。举例来说，北京汽车博物馆通过举办学术研讨会、讲座和展览等活动，为中小学生的汽车科普教育提供了丰富的资源和学术交流的机会。[3]同时，随着互联网和新媒体的兴起，通过在线平台、移动应用和社交媒体等渠道传播的科普知识也得到了广泛应用。一些汽车厂商和机构也积极开展了讲座、培训班和实践活动等形式的科普教育，例如，上海国际汽车博览会的“智輅空间”活动成立了“汽车科普联盟”，致力于推动青少年科普项目和培养新模式的复合专业人才。这些活动的举办不仅促进了中小学汽车科普教育的发展，还为学生提供了与专家和业界人士互动交流的机会。我国国内具体的汽车科普途径如图1所示。
图1 汽车科普教育的常见途径
然而，目前国内在利用乐高教育实现汽车科普的途径相对较少，这表明在该领域的研究和应用仍存在相当大的发展空间。尽管乐高教育已被广泛运用于科学、技术、工程和数学（STEM）等领域，但仅有有限的关注和探索集中在汽车科普上。因此，进一步探究和拓展乐高教育在汽车科普中的应用潜力将是具有价值和前景的研究方向。
2.2中小学生汽车科普教育的需求及挑战
中小学生对汽车科学知识的广泛普及需求亟待解决。现今复杂的交通系统和日益普及的汽车使用使其对汽车科学知识的认知变得尤为重要。深入了解汽车的原理、构造和工作机制有助于提升中小学生的交通安全意识，以防范可能发生的交通事故。此外，汽车科学知识的学习还能培养学生的科学素养和创造性思维，涵盖物理、化学等多学科知识，为其问题解决能力和创新潜能的发展奠定基础。同时，为中小学生提供充分的汽车科学知识教育，还能够为他们未来从事与汽车相关的职业提供必要的准备，促进其职业发展。
然而，中小学汽车科学知识普及教育面临着诸多困难和挑战。教师方面存在着专业知识和资源的不足，限制了他们在教学中传授全面深入汽车科学知识的能力；同时，教育目标与考试压力的平衡也成为挑战，导致学校在资源和时间分配上对汽车科学教育不足；此外，缺乏专业指导与培训使教师在设计和传授汽车科学知识方面缺乏明确的方法和策略。此外，学生对汽车科学知识的兴趣和学习需求存在差异，进一步增加了教师的教学难度。综合而言，中小学汽车科学知识普及教育需要克服以上种种挑战，以满足学生的需求并促进知识的全面传播。图2展示了在汽车科学知识普及中所面临的需求和挑战。
然而，乐高汽车科普教育在推广汽车科学知识方面独具优势。通过提供学生亲身体验与实践的机会，他们能够深入了解汽车构造与原理。此外，乐高汽车科普教育以跨学科整合为基础，使学生获得综合的学科知识，同时培养创造性思维与问题解决能力。这种教育方式还有助于发展学生的合作与团队精神，同时激发他们对汽车科学的兴趣与参与度。综合而言，乐高汽车科普教育为学生提供了一种富有趣味性和有效性的学习途径，能够满足汽车科学知识普及的需求。
3相关教育理念
3.1 STREAM教育理念
STEM教育源自20世纪90年代的美国，涵盖科学、技术、工程和数学等学科。作为一种新型的教育尝试，STEM教育转向跨学科整合的教育方向，超越传统学科教育的边界。然而，随着教育领域的不断发展，传统的STEM教育已经无法全面满足教学需求，于是催生了STEAM教育，将艺术元素融入其中。在21世纪初，弗吉尼亚理工大学的吉特·亚克曼（G. Yakman）提出了STEAM教育理念，并指出艺术包括语言学、美学、动作和形体展示等领域，超越人文艺术领域。实际上，早在20世纪60年代，美国哲学家尼尔森·古曼德（Neilson Goodman）发起了“零点项目（Project Zero）”，倡导科学与艺术融合的教育。STEAM教育的兴起凸显了科学与艺术的互补性，为创造力、创新和解决实际问题提供了更广阔的视角。
随着STEAM教育的发展，一些学者引入了阅读和写作的因素，形成了现今的STREAM教育。然而，北师大教授余胜泉认为，无论是STEM教育、加入艺术的STEAM教育，还是加入阅读和写作的STREAM教育，它们实质上都是跨学科整合的教育理念，即STEM+的教育理念。因此，在研究过程中，我们应关注多学科融合的教育形式，而不仅仅关注于STREAM教育所涵盖的内容。[4]
3.2乐高4C教学模式
乐高教育旨在通过有针对性的游戏方式帮助学生取得成功，同时培养他们的推理能力、适应能力、社交技能和社会情感，并树立对STEAM学习的信心。为实现这一目标，乐高教育部将所谓的"更好的机会"具体化为提供优质的建构材料、有效的传授方法、良好的学习环境以及丰富的比赛和交流机会。基于这样的理念，乐高教育总结了四个阶段的学习过程，简称为"4C教学模式"：
1.连接阶段（Connect）：建立新知识与学习者已有知识之间的关联，通过身边真实案例寻找规律并寻求问题解决方案。
2.建构阶段（Construct）：有两个层面的含义。一方面，学生通过实际制作乐高教具来发现问题，并通过交流和思考加以解决；另一方面，在现实制作的同时，通过不断尝试、反复实践、体验和总结的过程中，认知过程逐步发生"同化"和"顺应"的变化，从而在大脑中逐步建构和完善自己的知识图式。
3.反思阶段（Contemplate）：对建构过程进行反思，通过讨论和交流，发现其中存在的问题，并制定相应的调整方案。这是促使学习效果提高的重要阶段。
4.延续阶段（Continue）：保持对未来的期望，保持学习的热情，并渴望深入了解学习内容，以便进入新的"连接"阶段。综上所述，学习者不断进行学习，处于一个螺旋上升的良性循环过程中。[5]
综上所述，乐高教育以其创新的教学方法和综合培养的目标，为学生提供了一个引人入胜且富有成长机会的学习体验。图5展现了乐高4C教育的模式。
4基于乐高4C教学模式的研学活动设计——“创车乐园”
4.1上海汽车博物馆“创车乐园”简介
上海汽车博物馆紧密与汽车科普相关。作为一个汽车博物馆，其主要目的之一是向公众传播汽车相关的知识。通过展览、互动设备和教育训练区，博物馆提供了一个学习和了解汽车科学、技术和文化的平台。
1.历史区：展示各个历史时期汽车的藏品，展示汽车行业的演进历程和技术革新，传达重要的历史里程碑和科技创新。内容包括汽车探索史、流水线生产模式、流线型设计与速度之间的关联等。
2.珍藏馆：展示近40款经典车型，体现人类社会与现代汽车的紧密联系，展现时代变迁、科技进步和艺术的光辉。观众可以触摸屏，对比不同车型的功能特性，了解汽车的科学原理和技术发展。还展示汽车科普杂志和模型，展示汽车文化的魅力和汽车工业的发展。
3.技术馆：通过互动设备和娱乐元素，以生动有趣的方式向观众传授汽车科普知识。展示汽车构造和工作原理，包括新能源汽车等不同技术。提供虚拟驾驶体验和各个方面的知识展示，深入了解并提高对汽车技术的兴趣和好奇心。
总而言之，上海汽车博物馆通过不同馆区向观众传授汽车历史、工作原理和制造技术等科普信息。通过图片文字展览、实物展示和互动体验，该博物馆提供了全面而深入的汽车科普教育。[6]
“创车乐园：乐高小车拼装活动”是根据义务教育科学出版社四年级上册《设计制作小车》课程的内容衍生的STREAM活动，但不局限于四年级的学生，教师可以选择不同的乐高教育产品，用于不同年级和兴趣差异的学生。该活动的主要目标是围绕学科核心概念“工程设计与物化”，通过使用乐高积木拼装和设计小车，在学生中培养创造力、问题解决能力和团队合作精神。
4.1 活动目标
义务教育科学课程旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。为了明确课程目标，我们依据科学课程培养核心素养的构成和学段特征作为主要指导依据，同时以量化和质化两个方面描述了核心素养的表现标准，即科学观念目标、科学思维目标、探究实践目标和态度责任目标。[7]
表1 “创车乐园”活动目的
在这个基础上，将对"创车乐园"活动进行进一步分析。"创车乐园"活动涵盖以下四个维度，如表1所示：
活动目标 |
科学观念 |
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科学思维 |
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探究实践 |
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态度责任 |
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通过乐高汽车研学活动，学生将获得科学知识、培养科学思维和实践能力，并建立积极的态度和责任感。这样的活动设计将更全面地促进学生的综合发展和科学素养的提升。
4.2 STREAM分析
表2 “
创车乐园”涉及到的学科领域
"创车乐园"活动是一个旨在促进跨学科学习和整合多个学科领域的跨学科STREAM教育项目。这个活动深入探索了科学、技术、读写、工程、艺术和数学等多个学科的核心要素，具体设计到的学科领域如表2所示。
学科 |
相关内容 |
科学 |
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技术 |
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读写 |
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工程 |
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人文艺术 |
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数学 |
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在乐高汽车研学活动中，学生将获得跨学科的知识和技能，涵盖科学、技术、工程、艺术和数学等领域。他们将通过应用科学方法进行实验和观察，培养问题解决能力，这一过程将贯穿整个活动。通过了解汽车技术发展，他们将深入了解汽车的工作原理和设计理念。以下为乐高汽车研学活动中涉及的部分STREAM教育元素，具体见图6。
读写将帮助他们深入理解汽车相关文献资料，并创造性地表达观点。乐高汽车研学活动的展厅提供丰富的汽车资料文献和电子触摸屏，以便学生对比不同车系。工程任务将培养学生的设计思维和技术问题解决能力，使他们成为具备乐高汽车工程师身份的学习者。艺术元素的融入将激发创造力和审美意识，技术馆内的汽车工业设计展览将丰富学生的审美经验。数学在测量和计算等方面的运用将提升学生的数学思维和算术能力。通过这些综合学习，学生将培养跨学科思维，整合各学科的知识和技能，为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。
4.3 活动过程
表3 “创车乐园”活动设计
"创车乐园"活动涵盖了STREAM教育的多个学科领域，以科学为主线，通过团队合作的方式促进学生的学习。在活动中，学生们将学习与汽车相关的知识，并通过动手搭建乐高积木模型来深入了解汽车的结构。这种实践性的学习方法不仅培养学生的汽车安全意识，还通过合作完成活动设计过程。具体的活动设计过程请参考表3。
环节 |
活动内容 |
活动意义 |
连接 |
教师提供白纸、彩笔等教学工具，鼓励学生绘制出属于自己的汽车并为其命名，学生互相分享和展示自己的汽车作品。 |
每个个体皆内生创造力，透过个性特质的自我认知，得以自发融入乐高活动所散发之独特氛围中。 |
建构 |
1. 根据学生绘制的汽车作品进行分组，并按序参观历史馆、珍藏馆和技术馆，以便全面探索汽车知识与结构。 2. 在技术馆的模拟驾驶装置中，学生有机会真实体验驾驶汽车的感觉。通过精心设计的模拟场景和即时反馈，他们可以深入了解汽车驾驶技巧和交通安全知识。 3. 为每个小组配备乐高积木教具，以合作设计与搭建一辆汽车模型。在设计过程中，小组可以充分发挥自主创意，但需确保满足以下专业要求：
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通过设计和搭建汽车模型，帮助学生们综合学习汽车知识和结构，培养团队合作、创造力和实践技能，为他们提供实际操作和综合思考的机会，为未来的学习和职业发展奠定基础 |
反思 |
1. 每个小组将详细介绍他们设计汽车的独特特点和组件，并随后进行互动评价。在此过程中，学生将积极提出问题、分享观点，并且为其他小组提供建设性的建议和反馈。 2. 教师将运用互动评价的方法，对学生的自我评估以及他们在搭建乐高汽车模型和课堂活动中的表现进行客观评估和有针对性的反馈。 3.教师会回应学生所提出的未解决问题或需要更优解决方案的疑虑，还有在乐高汽车模型搭建过程中面临的技术难题，提供引发灵感的建议和指导，以激发学生的潜力，并促使他们积极寻求问题的解决方案。 |
学生通过实际操作学习和检验知识掌握。评估结果可调整教学计划，提高学习效果。培养创造力、问题解决能力和自主学习能力。学生能灵活运用所学技巧应对未来挑战。乐高教育实现“做中学”。 |
延续 |
教师引发问题，激发学生对现实生活中汽车的生产制作方式的思考，鼓励学生在学习汽车制造过程中展开自主探究。 |
培养学生的独立思考和问题解决能力。学生根据自身兴趣和学习目标，选择合适的研究方向，积极利用各种资源和工具进行深入探索。 |
4.4 教学评价
对应STREAM教育的六个元素，下面是乐高搭建汽车模型活动的教学评价指标建议：
1. Science (科学)
知识掌握：评估学生对汽车科学原理的理解程度和应用能力。
实践与观察：考察学生在实践中运用科学方法进行观察和分析的能力。
2. Technology (技术)
技术应用：评估学生运用技术工具（如乐高积木）进行汽车模型搭建的能力。
使用和维护技术工具：考察学生正确使用和维护技术设备的能力。
3. Robotics and Engineering (机器人和工程)
设计和构建：评估学生在乐高搭建汽车模型时的设计创新、结构稳定性和功能实现的能力。
工程思维：考察学生分析问题、制定解决方案和调整改进模型的能力。
4. Arts (艺术)
创意和表现：评估学生在乐高汽车模型的外观设计、装饰和美学方面的创造力和表现能力。
5. Mathematics (数学)
测量和计算：考察学生在模型搭建过程中运用数学概念和计算技巧的能力。
数据分析：评估学生对模型性能和改进的数据表达和分析能力。
6. Literacy (识字能力)
阅读和理解：考察学生在阅读相关文献和说明书时的理解能力。
讲述和表达：评估学生通过口头或书面方式表达模型设计和开发过程的能力。
这些评价指标将根据STREAM教育的各个元素和乐高搭建汽车模型活动的特点，综合考虑学生在不同领域和能力上的表现情况。通过综合考量这些维度，可以得出一个更全面和多角度的评价，帮助学生了解自己的优势和改进的方向，同时也为教师和活动组织者提供有针对性的反馈和改进活动的建议。
5总结和建议
5.1 活动总结
本文以乐高4C理念为指导的汽车科普教育活动设计，如以上海汽车博物馆主题研学活动为例，通过连接、建构、反思和延续阶段的设计，促进学生在STEAM领域的综合发展。学生通过与真实案例的连接，发现问题并寻求解决方案；通过实际制作乐高模型，与他人交流思考并解决问题；在活动中不断尝试、反思和调整，提高学习效果；最终保持学习的热情，进入新的学习阶段。这样的活动设计为学生创造了一个富有趣味性和挑战性的学习环境，激发他们对汽车科学知识的兴趣与热爱，并培养了他们的创造力、合作意识和解决问题的能力。通过这样的综合教育模式，汽车科普教育能够更好地推进学生的综合素养提升。
5.2 活动建议
当将乐高教育与汽车科普教育元素相结合时，教师可以根据学生的兴趣和差异，选择不同的乐高教育产品。这样可以提供更加专业和个性化的学习体验，以满足学生的学习需求。以下是更加专业和差异化的活动建议：
1. 连接阶段：
开展有趣的汽车科普知识问答游戏，让学生在竞赛中学习与汽车相关的基本概念和原理，通过游戏调动学习的积极性。
调查学生对汽车的兴趣和知识水平，根据结果组织专题讲座或专家授课，让学生根据自身兴趣选择进一步了解的领域。
2. 建构阶段：
提供不同类型的乐高汽车模型选项，涵盖汽车的不同功能和特点。例如，让学生选择搭建一辆赛车、一辆SUV或一辆电动车等，以满足学生对不同类型汽车的兴趣。
为学生提供不同难度级别的乐高汽车模型套装，让他们根据模型说明书自主搭建乐高汽车，并加入汽车科学相关的元素，如引擎、悬挂系统等。
设计挑战性的乐高汽车构建任务，例如让学生研究并搭建具有特定功能的汽车模型，如自动驾驶系统、动力传输机制等。
3. 反思阶段：
组织学生进行汽车科普知识分享或展示，让他们通过解释自己所搭建模型的原理或特点，来提高自己对汽车科学的理解和表达能力。
鼓励学生对乐高汽车模型进行改进和优化，结合所学的汽车原理，引导他们在反思中思考如何提升模型的性能和创新。
4. 延续阶段：
提供进一步的汽车科普学习资源，如推荐阅读材料、在线教育平台等，以满足学生对汽车科学领域更深入学习的需求。
鼓励学生团队合作，组织乐高汽车设计竞赛或模拟车队比赛，让学生在合作中进一步提高创造力和解决问题的能力。
通过以上活动建议，结合乐高教育和汽车科普教育元素，可以激发学生对汽车科学的兴趣和热爱，并通过乐高模型搭建和相关的学习活动，培养学生的创造力、合作意识和解决问题的能力。同时，因考虑到学生的兴趣和差异，活动将更加个性化和专业化。
参 考 文 献
[1]王震坡,黎小慧,孙逢春.产业融合背景下的新能源汽车技术发展趋势[J].北京理工大学学报,2020,40(01):1-10.
[2]大平.质检总局:质量教育惠及60万名中小学生——华晨宝马举办青少年质量教育公开课[J].中国质量万里行,2014(01):47.
[3].国际工程技术教育论坛在北京汽车博物馆举办[J].中国科技教育,2019(04):3.
[4]王雪.STREAM教育理念下小学生创造能力的提升[D].山东师范大学,2020.
[5]刘云波.创新人才培养:乐高教育的理念与应用[J].上海教育科研,2016(02):22-25.、
[6]严佳婧.科普探馆——上海汽车博物馆[J].华东科技,2015(05):74.
[7]胡卫平.在探究实践中培育科学素养——义务教育科学课程标准（2022年版）解读[J].基础教育课程,2022(10):39-45.
作者简介：
王浩，华中科技大学教育科学研究院研究生；研究方向为科学与技术教育；E-mail：wanghao20010401@qq.com。
黄芳，华中科技大学教育科学研究院副教授;研究方向为科学教育；E-mail：fanghuang@hust.edu.cn。