作为一项激动人心的科学进展，如果我们能够在中小学课堂中将嫦娥四号或玉兔二号的主题融入教学，让学生对前沿科学进展有了更深的理解，激发起他们探索求知的热情。

课程概述

课程主题：

什么样的轮子适合在月球上行走

我们以“什么样的轮子适合在月球上行走”为主题设计成STEM课程，学生用积木设计出月球车模型，探索不同机构的越障特点。上图是以玉兔二号为原型设计的月球车搭建案例，我们以这个案例为例，为科技老师提供月球探索主题STEM课程设计思路。

这个案例最大的特点就是它与月球车有着同样的行走机构，六轮独立悬挂能够让它有着更好地越障能力。试一试，在桌面上放上障碍物，稳定推动探测器，看看它是怎样跨越障碍物的。

活动目的：

（S、T、E、A分别指代科学、技术、工程、人文的活动目标，本课程未涉及数学目标）

准备材料：

课程学习单、草稿纸、笔、若干积木、万维望远镜软件

注：活动开始前，教师需要先安装万维望远镜软件、并设计和打印好学习单。学习单的作用主要是记录学生的讨论、思考、设计和再设计、检验、评价的过程，可参考《飞行器》第3章“工程建议书”部分进行学习单设计；活动时长建议2-3课时，视具体情况而定。

活动流程

课程引入：

首先，教师通过嫦娥四号和玉兔二号着陆月球的新闻引入课程，通过讨论人类对月球探索历史等方法激发起学生对课程的热情。在引入环节结束后，提出课程任务：什么样的轮子适合月球行走。（A1、S2）

定义问题：

玉兔二号的行走机构是一个复杂的系统性工程，而在STEM课程设计中我们需要把这个问题简化，所以，问题的明确定义尤为重要。而在问题定义前，我们需要对月球地貌和环境有一定的了解。

这里我们推荐由中国虚拟天文台开发的软件“万维望远镜”作为教学工具。在这款软件中，你能够获得月球的高清图片以及阿波罗12号、阿波罗17号拍摄的月球表面全景照片。你可以在科技学堂的课程《万维望远镜宇宙漫游制作体验活动》学习怎样使用这个教学工具。

我们可以通过组织学生讨论，让学生认识月球表面的环境情况，进而了解设计月球车的行走机构需要有哪些基本要求。并将它进一步简化成STEM项目的设计检验具体要求，写在海报纸或黑板上。（S1、E1、E4）

案例分析：

分析了月球表面环境后，学生会产生“什么样的轮子才适合月球表面行走”的初步想法，我们可以用头脑风暴的方式，让他们畅所欲言，提出可能的解决问题的方案，并让学生将可行方案记录在学习单上。（E3）

接下来，我们通过图片和视频大量展示月球车、火星车以及生活中有类似需求车辆的图片，让学生认识它们的异同，并具体讨论某一种或几种解决方案的机械结构。这里我们以玉兔二号月球车的结构为例进一步论述。（S2、T2）

好奇号（左上）、旅居者号（右上）和玉兔二号（左下）都采用相似的行走机构

我们看到，玉兔二号和火星车好奇号、旅居者号都采用了类似的行走机构。这种机构称为六轮悬挂摇臂机构，是一种轮腿结合机构，它既可以像轮式机构一样稳定前进，又可以具有腿一样的越障能力。在月球上着陆点上，地形、地貌的复杂度无法预知，这就要求探测器需要有良好的越障能力。

六轮悬挂摇臂机构的基本结构是这样的：

它的越障过程是这样子的：

当然，月球探索的设计方案不止一种，我们可以鼓励学生多进行思考，分析各类方案的特点，并提出最适合自己的解决方案。（E3）

初步设计：

现在，学生们队“什么样的轮子适合在月球上行走”的问题已经产生了基本的认识。我们再次重申问题的定义并细化检测标准，让学生们在草稿纸或学习单上用草图的方式设计出怎样用积木模拟问题的解决。（E2）

完成设计和讨论后，学生用开始用积木搭建月球车结构。这里我们提供一个玉兔二号行走机构的搭建过程：（E2、T1）

步骤1：如图，先将玉兔号的底座搭建出来，并在中部穿过一根12M的黑色轴；

步骤2：将六轮悬挂摇臂装置的轮子部分搭建出来；

步骤3：将轮子部分与底座组合在一起，在黑色轴两端装上两个轴套；

步骤4：用孔砖与薄砖搭建一个简单车身结构；

步骤5：将车身结构居中安放在底座上，并用连接件将车体固定，这样我们的玉兔号就完成了。

看看实物搭建的效果吧！

测试与再设计

完成初步设计后，我们可以根据定义问题环节的测试要求，进一步检测我们做的月球车是否符合检测标准。如果不符合，鼓励学生进一步讨论如何改进自己的设计方案等。如果大多数学生无法完成，我们则需要考虑当初设计的测试标准是否合理。（E2）

交流和讨论

我们还需要鼓励学生走上讲台，向其他同学展示自己的成果和设计过程，并能够客观地评价其他小组的设计成果。我们也可以邀请其他老师、家长甚至航天领域的专家加入活动，为学生提供更多不一样的视角。（E3）

结语

将时事与科技教育相结合，让学生在动手中认识最前沿的科技变化，对青少年的核心素养将会是很大的提高。

除了以上活动，我们还可以把相关知识和技能运用于机器人活动中，拓展学生的思维和视野。

案例设计：景阳

教案设计：学堂君

我们还做了许多将时事和科技结合起来的STEM课程设计方法，点击下面链接进一步了解一下吧。

附：案例搭建所需零件清单