STEM教學(xué)探究房屋結(jié)構(gòu)關(guān)系

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一、項(xiàng)目目標(biāo)

通過(guò)交流討論設(shè)計(jì)圖紙，完成房屋搭建任務(wù)，從而讓學(xué)生更了解工程與結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容；在任務(wù)中依據(jù)限制因素尋求解決辦法，不斷完善紙牌屋搭建及承重設(shè)計(jì)的多種方法，建立反思與改進(jìn)的思維模式；通過(guò)限制條件的有無(wú)，認(rèn)識(shí)到實(shí)際生活中解決問(wèn)題只能是依據(jù)實(shí)際情況分析，尋求次優(yōu)解。

二、任務(wù)設(shè)計(jì)

一是，各小組成員在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，根據(jù)活動(dòng)方案，分組開(kāi)展探究活動(dòng)，理清任務(wù)目標(biāo)。二是，活動(dòng)過(guò)程中學(xué)生以照片、記錄本的形式記錄下初步設(shè)計(jì)與每次修改思路和修改圖。三是，辦一個(gè)小型展覽，向全校師生、家長(zhǎng)展示活動(dòng)成果。四是，每組依據(jù)記錄本和各自心得，提煉出重要部分，形成文章，打印附在stem專欄。

三、探究過(guò)程

（一）了解任務(wù)背景及明確任務(wù)目標(biāo)

宣讀任務(wù)：每個(gè)小組一副紙牌，只能使用紙牌一種材料，搭建一個(gè)至少30厘米高的房屋模型。意在鼓勵(lì)孩子科學(xué)認(rèn)識(shí)建筑結(jié)構(gòu)，讓其認(rèn)識(shí)到房屋的受力性、結(jié)構(gòu)性、美觀性等。

（二）自主探究，設(shè)計(jì)思路

鼓勵(lì)學(xué)生多途徑收集資料，在小組范圍內(nèi)交流想法，擬定思路后在設(shè)計(jì)圖上畫出房屋基本結(jié)構(gòu)及主要受力結(jié)構(gòu)裝置。

（三）開(kāi)展實(shí)際活動(dòng)，搭建模型

依據(jù)設(shè)計(jì)圖搭建，并根據(jù)實(shí)際情況可修改方案。觀察制作情況。教師引導(dǎo)部分設(shè)計(jì)明顯錯(cuò)誤的小組，記錄有代表性的小組序號(hào)，并記下其最大亮點(diǎn)。引導(dǎo)問(wèn)題：紙牌怎樣使用有要求嗎？能不能折疊、撕開(kāi)、打孔等操作？可不可以使用膠水？可以使用多少?gòu)埣埮?？越少越好還是用完好？

（四）整理分析，得出要點(diǎn)

學(xué)生分享制作過(guò)程，記錄下自己小組沒(méi)做到的地方，并提出自己不理解的地方。邀請(qǐng)有代表性的小組進(jìn)行展示，說(shuō)一說(shuō)設(shè)計(jì)的思路和制作過(guò)程。教師應(yīng)總結(jié)提煉出學(xué)生匯報(bào)亮點(diǎn)，如材料的創(chuàng)新使用，能不能使用膠水等。反思房屋結(jié)構(gòu)，收集解決辦法，提出猜想。

（五）新問(wèn)題產(chǎn)生，依據(jù)要點(diǎn)提出解決方案

使用一副紙牌以及熱熔膠槍制作出高度至少為30厘米的房子，并且能承受一本約400頁(yè)的書(shū)的重量不倒塌。學(xué)生分析問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)變化因素（材料、任務(wù)），分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，（見(jiàn)后文）確立思路。根據(jù)任務(wù)，考驗(yàn)學(xué)生在有限制條件的情況下重新看待問(wèn)題的能力。提出創(chuàng)意方案，交流想法，小組內(nèi)設(shè)計(jì)圖紙。

（六）修改設(shè)計(jì)圖，實(shí)際搭建

學(xué)生開(kāi)始制作，不斷修改計(jì)劃并記錄。教師要強(qiáng)調(diào)膠槍的安全使用。教師協(xié)助學(xué)生修改設(shè)計(jì)，提醒記錄下修改的過(guò)程。這一過(guò)程中教師應(yīng)鼓勵(lì)每個(gè)人大膽說(shuō)出設(shè)計(jì)依據(jù)，不管是成熟或者不成熟。

（七）測(cè)試結(jié)果，交流分享

給每個(gè)小組幾分鐘的時(shí)間介紹制作過(guò)程，并適時(shí)提問(wèn)。其余小組也可自由提問(wèn)。教師總結(jié)亮點(diǎn)（或引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出亮點(diǎn)）。全班交流意見(jiàn)，系統(tǒng)分析任務(wù)及依據(jù)。

（八）得出結(jié)論，提煉要點(diǎn)

房屋或建筑結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)，選取代表性作品進(jìn)行提問(wèn)引導(dǎo)。房屋是否合理？依據(jù)是什么？不同位置的紙牌分別承擔(dān)房屋的什么功能？房屋是盡量高一些還是低一些好？認(rèn)識(shí)房屋各個(gè)結(jié)構(gòu)的不同作用，從做中學(xué)，再拓展到生活中去。

四、拓展延伸

部分孩子對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)開(kāi)始質(zhì)疑時(shí)，可適當(dāng)引出房屋的物理受力關(guān)系，通過(guò)分析各個(gè)方向的受力作用，最終歸結(jié)到房屋結(jié)構(gòu)的牢固性上。給學(xué)生看一副實(shí)際的房屋設(shè)計(jì)圖，并鼓勵(lì)孩子對(duì)其作出合理猜想，鼓勵(lì)其課后查閱真正的房屋設(shè)計(jì)圖，讓學(xué)生了解到更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和房屋結(jié)構(gòu)關(guān)系。

五、活動(dòng)總結(jié)

（一）學(xué)習(xí)成果

第一，學(xué)生通過(guò)小組合作，通過(guò)設(shè)計(jì)、修改、制作，設(shè)計(jì)新情況，再次修改、制作，得到兩個(gè)簡(jiǎn)易房屋模型。在這兩個(gè)房屋模型里面，學(xué)生得到的不僅僅是動(dòng)手能力的提高，更是對(duì)房屋模型結(jié)構(gòu)有了一個(gè)更為清晰的認(rèn)知。第二，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)及受力關(guān)系的分析，以及承載重物的數(shù)量關(guān)系分析，學(xué)生綜合應(yīng)用到了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、科學(xué)、工程學(xué)等方面的知識(shí)。第三，在修改前后過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了一些基本的科學(xué)研究方法，如觀察分析、對(duì)比、控制變量、合作討論、及時(shí)記錄等等。

（二）評(píng)價(jià)機(jī)制

評(píng)價(jià)機(jī)制多種，包括了具有一定創(chuàng)新的評(píng)價(jià)機(jī)制量表，學(xué)生可從中得知各個(gè)細(xì)節(jié)影響程度。同時(shí)，貫穿整個(gè)過(guò)程的小組合作模式，讓學(xué)生可以不斷自評(píng)、小組互評(píng)及全班互評(píng)，不斷反思是否完成了目標(biāo)，更快去發(fā)現(xiàn)自己的問(wèn)題并修正，取長(zhǎng)補(bǔ)短，合作共進(jìn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

（三）后續(xù)影響及反思

在本活動(dòng)以后，很大一部分學(xué)生開(kāi)始對(duì)結(jié)構(gòu)感興趣，這促使他們更深層次地去了解各種各樣的結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于對(duì)受力關(guān)系分析的好奇，部分孩子課后自行去了解物理力學(xué)知識(shí)；在小組合作中，扮演領(lǐng)頭羊角色的學(xué)生也鍛煉了領(lǐng)導(dǎo)能力。

作者：鄒苗 單位：四川師范大學(xué)附屬上東小學(xué)