《小小建筑師》STEM課程方案

康正

衣食住行是人們生活的重要組成部分，本課程就是和住相關(guān)的一課。面對(duì)各種各樣奇特、絕妙的建筑，如何評(píng)判一個(gè)建筑的好與壞？其實(shí)是需要從很多方面考量的，其中最基本的就是它的穩(wěn)固性，只有滿足了這個(gè)條件，才會(huì)考慮其他因素，如美觀、創(chuàng)意等。本課程，從建筑最基本的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性入手，由淺入深，循序漸進(jìn)地開(kāi)展探究活動(dòng)，將科學(xué)與數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程完美融合。本課的主要任務(wù)是將學(xué)生帶入指定情境中，完成平面結(jié)構(gòu)及立體結(jié)構(gòu)的搭建，探究不同形狀對(duì)穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)搭建最優(yōu)的方案。

材料清單

吸管若干、回形針若干、紙、筆、實(shí)驗(yàn)記錄單等。

教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)：了解形狀能改變結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，知道三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最好，正方形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差。

技術(shù)：掌握用回形針連接吸管的基本方法，掌握利用三角形的穩(wěn)定性加固正方形（正方體）的方法。

工程：能夠利用所掌握的技術(shù)搭建出穩(wěn)固的平面及立體結(jié)構(gòu)。

數(shù)學(xué)：了解三棱錐及正方體點(diǎn)、線、面的數(shù)量，能夠記錄承載物體的質(zhì)量。

主要教學(xué)流程

1.故事引入，創(chuàng)設(shè)情境

在遙遠(yuǎn)的大海深處有一座小島，小島上生活著一群與世隔絕的原始人，他們過(guò)著無(wú)憂無(wú)慮、幸?？鞓?lè)的生活。突然有一天，海面上漂來(lái)了一個(gè)神秘的箱子，打破了小島往日的平靜。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)的情境可以將學(xué)生快速地帶入課堂，設(shè)置帶有“賣關(guān)子”色彩的引入，希望引起學(xué)生的興趣：箱子里面究竟裝了什么？

2.故事發(fā)展，引出任務(wù)

神秘箱子的突然到來(lái)，吸引了小島上所有人的注意力，最終，人們決定打開(kāi)箱子一探究竟。

打開(kāi)箱子后發(fā)現(xiàn)，里面裝的竟然是他們從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的東西（吸管、回形針）。見(jiàn)多識(shí)廣的老族長(zhǎng)聯(lián)想到，再過(guò)兩個(gè)月族群里的成人大典就到了，這是整個(gè)部落一年中最重要的活動(dòng)。老族長(zhǎng)靈機(jī)一動(dòng)，做了一個(gè)重要的決定：用箱子里的材料為孩子們舉辦一次建筑比賽，以此作為成人大典的賽前選拔，能夠通過(guò)比賽的孩子將獲得老族長(zhǎng)準(zhǔn)備的神秘禮品。

那么，今天同學(xué)們也一起來(lái)參加這次建筑比賽吧，看看誰(shuí)能夠順利通關(guān)！

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生不是在完成教師布置的任務(wù)，而是參加競(jìng)賽，證明自己的能力，這是完全不同的感覺(jué)。

3.任務(wù)開(kāi)始，逐級(jí)闖關(guān)

第一關(guān)：利用材料完成“雙截棍”結(jié)構(gòu)的搭建，此關(guān)卡主要考驗(yàn)基礎(chǔ)連接，吸管與吸管之間用回形針連接。

第二關(guān)：利用材料完成三角形結(jié)構(gòu)的搭建，此關(guān)卡為第一關(guān)的延伸，目的是使學(xué)生熟練掌握連接方法，然后過(guò)渡到簡(jiǎn)單的封閉結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生體驗(yàn)三角形不易變形，具有穩(wěn)定性，為后續(xù)學(xué)習(xí)埋下伏筆。

第三關(guān)：利用材料完成正方形結(jié)構(gòu)的搭建，此關(guān)卡為第二關(guān)的延伸，目的是針對(duì)正方形不穩(wěn)固的問(wèn)題展開(kāi)探究，設(shè)計(jì)方案，尋找解決途徑。

設(shè)計(jì)意圖：任務(wù)體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，便于學(xué)生接受和操作，第三關(guān)提出的問(wèn)題，則為后續(xù)的任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

4.探究問(wèn)題，解決問(wèn)題

怎樣搭建一個(gè)穩(wěn)固的正方形？此環(huán)節(jié)要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)，自主探究，允許多種解決方案。

在學(xué)生設(shè)計(jì)好方案后，教師出示如圖1的兩種情形，讓學(xué)生猜測(cè)誰(shuí)更穩(wěn)固，然后再拿出之前制作好的對(duì)應(yīng)模型。比較后發(fā)現(xiàn)，盡管左邊的結(jié)構(gòu)看起來(lái)十分緊密，且耗費(fèi)材料較多，但它的穩(wěn)固性不及右邊的結(jié)構(gòu)。此環(huán)節(jié)還可以引出很多生活中的類似結(jié)構(gòu)，比如電動(dòng)門、拉伸掛鉤、伸縮手臂等，都是利用了這種形狀易變形的特性。

設(shè)計(jì)意圖：前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)正方形不穩(wěn)固，容易變形。本環(huán)節(jié)就是啟發(fā)學(xué)生自主探究、獨(dú)立思考，嘗試將三角形的穩(wěn)固性運(yùn)用在正方形中，并且找到最優(yōu)方案——兼顧穩(wěn)定性與成本。

5.立體關(guān)卡，難度升級(jí)

現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有任何一種建筑是平面的，之前的平面結(jié)構(gòu)關(guān)卡只是老族長(zhǎng)給孩子們的初步考驗(yàn)，真正的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在才剛剛開(kāi)始。

設(shè)計(jì)意圖：探秘三棱錐，利用之前學(xué)習(xí)到的連接方法，拼接三棱錐，完成從二維到三維的空間升級(jí)。

6.終極關(guān)卡，學(xué)以致用

此關(guān)卡是終極關(guān)卡，學(xué)生實(shí)際操作時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題，要搭建正方體，是一根一根地搭建，還是一個(gè)模塊一個(gè)模塊地搭建？這其中就包含了一些數(shù)學(xué)知識(shí)，如正方體的點(diǎn)、線、面的數(shù)量。學(xué)生發(fā)現(xiàn)搭建的正方體并不穩(wěn)固，之前學(xué)到的加固方法，在這里便有了用處。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)非常鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，學(xué)生只有精神集中，堅(jiān)持不懈，才能出色地完成任務(wù)。

7.分享成果，表達(dá)交流

既然我們成功地搭建了一個(gè)穩(wěn)固的正方體，那就來(lái)檢驗(yàn)一下我們的建筑到底能不能承受一些重量。我們可以將課本作為重物，檢驗(yàn)正方體的承重能力，并借此做一個(gè)承重比拼游戲。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)比拼活動(dòng)綜合檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)，并讓獲勝的小組分享搭建心得，教師則為成功通關(guān)的學(xué)生送上一份精美的小禮品。

8.拓展延伸，魅力無(wú)邊

通過(guò)本課學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基本的拼接和加固方法。課后，學(xué)生還可以利用這兩種簡(jiǎn)單的材料，搭建出無(wú)限種可能，創(chuàng)造屬于自己的世界！

河北省保定市冀英第三小學(xué)（071000）