STEM教學(xué)探究房屋結(jié)構(gòu)關(guān)系

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一、項目目標(biāo)

通過交流討論設(shè)計圖紙，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)計的多種方法，建立反思與改進(jìn)的思維模式；通過限制條件的有無，認(rèn)識到實際生活中解決問題只能是依據(jù)實際情況分析，尋求次優(yōu)解。

二、任務(wù)設(shè)計

一是，各小組成員在組長的帶領(lǐng)下，根據(jù)活動方案，分組開展探究活動，理清任務(wù)目標(biāo)。二是，活動過程中學(xué)生以照片、記錄本的形式記錄下初步設(shè)計與每次修改思路和修改圖。三是，辦一個小型展覽，向全校師生、家長展示活動成果。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)：每個小組一副紙牌，只能使用紙牌一種材料，搭建一個至少30厘米高的房屋模型。意在鼓勵孩子科學(xué)認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)，讓其認(rèn)識到房屋的受力性、結(jié)構(gòu)性、美觀性等。

（二）自主探究，設(shè)計思路

鼓勵學(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）開展實際活動，搭建模型

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

（四）整理分析，得出要點

學(xué)生分享制作過程，記錄下自己小組沒做到的地方，并提出自己不理解的地方。邀請有代表性的小組進(jìn)行展示，說一說設(shè)計的思路和制作過程。教師應(yīng)總結(jié)提煉出學(xué)生匯報亮點，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）新問題產(chǎn)生，依據(jù)要點提出解決方案

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頁的書的重量不倒塌。學(xué)生分析問題，發(fā)現(xiàn)變化因素（材料、任務(wù)），分析評價標(biāo)準(zhǔn)，（見后文）確立思路。根據(jù)任務(wù)，考驗學(xué)生在有限制條件的情況下重新看待問題的能力。提出創(chuàng)意方案，交流想法，小組內(nèi)設(shè)計圖紙。

（六）修改設(shè)計圖，實際搭建

學(xué)生開始制作，不斷修改計劃并記錄。教師要強調(diào)膠槍的安全使用。教師協(xié)助學(xué)生修改設(shè)計，提醒記錄下修改的過程。這一過程中教師應(yīng)鼓勵每個人大膽說出設(shè)計依據(jù)，不管是成熟或者不成熟。

（七）測試結(jié)果，交流分享

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

（八）得出結(jié)論，提煉要點

房屋或建筑結(jié)構(gòu)的基本知識，選取代表性作品進(jìn)行提問引導(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)識房屋各個結(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

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

五、活動總結(jié)

（一）學(xué)習(xí)成果

第一，學(xué)生通過小組合作，通過設(shè)計、修改、制作，設(shè)計新情況，再次修改、制作，得到兩個簡易房屋模型。在這兩個房屋模型里面，學(xué)生得到的不僅僅是動手能力的提高，更是對房屋模型結(jié)構(gòu)有了一個更為清晰的認(rèn)知。第二，通過對結(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。第三，在修改前后過程中，學(xué)生學(xué)會了一些基本的科學(xué)研究方法，如觀察分析、對比、控制變量、合作討論、及時記錄等等。

（二）評價機制

評價機制多種，包括了具有一定創(chuàng)新的評價機制量表，學(xué)生可從中得知各個細(xì)節(jié)影響程度。同時，貫穿整個過程的小組合作模式，讓學(xué)生可以不斷自評、小組互評及全班互評，不斷反思是否完成了目標(biāo)，更快去發(fā)現(xiàn)自己的問題并修正，取長補短，合作共進(jìn)。評價標(biāo)準(zhǔn)：

（三）后續(xù)影響及反思

在本活動以后，很大一部分學(xué)生開始對結(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)；同時由于對受力關(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；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)