學做橋梁工程師建座“家園小小橋”

秦莉萍

活動背景

“學做橋梁工程師

建座‘家園小小橋”這一科技教育活動以項目為引領，融入STEM教育理念，通過區級與校級分層指導學生團隊合作，利用身邊的廢舊物為友誼家園小區設計與建造一座以木結構為主的家園小橋模型。活動將STEM教育模式與現實生活緊密結合，能培養學生科學（橋的組成與類型、壓力、跨徑、承重等）、技術（獨特的結構、改變形狀、三角穩定、連接等）、工程（設計、建造、評估等）、數學（測量、比例、計算等）、人文（橋梁的歷史與傳說、地域文化等）、藝術（形態、色彩搭配等）等跨學科知識技能與創新實踐能力。

活動從友誼家園小區需要建造一座家園小橋的情境切入，引導學生回憶家鄉的橋、了解上海和寶山區的橋，啟發學生愛家鄉、愛上海、融入上海。結合實地考察、信息收集與交流、網絡自學等準備，小組設計、建造與測評加固等建筑工程環節，發揮個人和集體的力量完成項目，最后通過交流與展示向全區輻射。

活動目標

讓學生認知與橋的結構、分類、承重及功能相關的概念及科學原理。

引導學生構思與搭建一座以木結構為主、凈跨徑60cm、可承載20kg的橋梁模型，初步掌握相關設計與制作的技術技能。

體驗跨學科思考，嘗試運用創意解決問題的過程與方法。

關注家園建設，思考科技與社會文化的相互作用；在小組合作中，升華互助友愛、合作共贏的精神境界。

活動內容

學生在設計制作橋梁模型過程中，分別飾演小小橋梁信息員、小小橋梁設計員、小小橋梁施工員、小小橋梁檢驗員和小小橋梁評估員等不同角色，并完成各自角色的特定任務，最終達到學做橋梁工程師的目的。

第一環節：小小橋梁信息員（2016年11-12月）

活動目的：了解生活中橋的結構、形態與功能，認識橋的凈跨徑、比例和承重，激起建橋的激情。

STEM跨學科知識技能：人文——橋的歷史、中國與橋有關的典故等；科學——橋的結構、種類與功能；技術——三角穩定等；數學——橋的凈跨徑、比例與承重的測量方法。

活動步驟：①參觀考察，學習知識。區級層面分批組織學生參觀上海著名的橋梁和學校附近的橋。通過網絡微課讓學生了解橋的結構，橋的種類與作用，橋的跨徑、比例和承重等相關知識。②收集資料，交流討論。學校層面通過班隊會組織學生收集資料，交流中國橋梁的歷史、與橋梁有關的民間故事，讓學生回憶家鄉的橋、介紹上海和寶山的橋等。

第二環節：小小橋梁設計員（2017年2-3月）

活動目的：了解活動內容、組隊報名參加活動；明確任務要求與評價方法，完成方案設計。

STEM跨學科知識技能：科學——力的相關原理、橋梁設計內容與原則；技術——熱熔膠槍等工具的使用，熱熔膠連接方法；工程——方案設計；數學—預算；人文——橋的名稱及寓意。

活動步驟：①宣傳活動，組織報名。學校層面通過紅領巾廣播播報寶山區正在為外來務工人員建造友誼小區，小區里需要建造一座家園小橋的信息，通過學校櫥窗展示友誼小區模型圖與活動通知，組織學生組隊報名。②明確任務，設計方案。區級層面通過網絡微課對參賽學生進行建橋相關知識與技能培訓，學校層面組織學生通過集體教學指導小組合作完成建橋方案設計。

第三環節：小小橋梁施工員（2017年4-5月）

活動目的：利用廢舊物材料，小組合作探究，根據方案完成家園小橋的建造。

STEM跨學科知識技能：科學——材料的特性、壓力等；技術——獨特的結構、改變形狀、三角形穩定性等；工程——橋梁建造；數學——測量、結算等。

活動步驟：①小組分工，合作建橋。學校層面指導學生按需合理分工，有材料員、建筑師、經濟師等，根據設計方案合作建橋。②解決問題，完工結算。指導教師適時介入指導，引導學生及時發現問題、解決問題，作品完成后指導學生進行成本結算。

第四環節：小小橋梁檢驗員（2017年6月）

活動目的：從工程學、美學觀點發現各自作品的特點。運用科學的方法進行測試，利用學習單與評價表完成評價。

STEM跨學科知識技能：科學——橋的結構與類別；技術——穩定性；工程——評估；數學——跨徑測量、承重測試美學——顏色、形狀等。

活動步驟：①展示作品，交流經驗。學校層面通過集體教學引導學生用正確規范的語言描述自己的作品，介紹遇到的問題及解決辦法，同時引導其他學生認真聆聽與觀察，從工程學、美學觀點發現各自作品的特點。②測試評價，發現問題。學校層面通過集體教學指導學生用科學的方法測量跨徑、測試承重，并且利用活動記錄單與評價表從美學（外形特點）、工程學（適用性）、經濟學（成本核算）等方面實事求是地進行組內自評與組間互評，通過測試評價發現各自作品的問題與不足之處。

第五環節：小小橋梁評估員（2017年7-9月）

活動目的：改進作品，在進一步的實踐與展示、交流中提升與感悟。

STEM跨學科知識技能：技術——穩定性；工程——改進；數學——跨徑測量、承重測試；美學——顏色、形狀等。

活動步驟：①交流討論，改造加固。學校層面指導小組交流討論作品改進方案，合作改造與加固作品。②集中展評，體驗成功。區級層面將所有作品集中展示，組織教師與學生參觀并評選出若干獎項，如最佳設計獎、最佳制作獎、最美色彩獎、最優名稱獎等。通過頒獎儀式，讓學生交流活動的收獲與體會，感受成功的喜悅，并通過專家點評進一步提升與感悟。

活動創新點

跨學科之界。STEM活動將科學、技術、工程、數學、人文等緊密結合起來。學生在實踐性、開放性與綜合性的活動體驗與項目完成中，獲得成就感，培養合作交流、創新精神與實踐能力。

科技教育和人文教育并重。設置家鄉橋和上海的橋的背景，經歷建橋的艱辛，體會父母在上海城市建設中的貢獻，啟發學生愛父母、愛家鄉、愛上海、融入上海的情感。

角色扮演與任務驅動共推。讓學生扮演小小橋梁信息員等5個角色并給予相應任務，共同推進完成橋梁模型建造項目，從而詮釋學做橋梁工程師這一主題。

該項目獲得第32屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科技教育方案類一等獎。

專家評語

該方案體現了“三自”原則，教育目標明確，傳播的相關科學知識、方法、技能和思想來源可靠，符合科技教育活動的規律。所設計的體驗活動的內容和形式具有較好的創新性，方案同時體現出完整性和可行性，實施后會產生較好的示范效應。希望繼續對該方案進行完善，以充分發揮其提升青少年科學素質的作用。