“科技館活動進校園”項目案例匠心筑夢

孫磊 楊建 趙金英 布琳

本項目來源于山東省科技館教育活動體系STEM主題系列，是館校合作項目中的實踐活動之一。項目對接《義務教育初中科學課程標準》，結合山東省初中物理8年級現行教材“力學”內容，綜合利用場館資源，引入要解決的工程問題，以設計制作一座橋梁模型為主題，分析在該情境中需要完成的工程任務，將港珠澳大橋的奮斗精神和大國工匠精神融入其中，注重學科知識領域的相互滲透和聯系，立意高遠，目的明確，活動生動，是學校教育和校外教育銜接的創新形式，是綜合實踐育人的有效途徑。

教學對象與學情分析

教學對象：初中7 9年級學生。

學情分析：該階段學生已經了解工程設計的基本步驟，可以在綜合考慮各種因素和限制條件后設計一個作品;可以在教師引導下，運用已有知識設計實驗，用科學方式收集數據并進行對比、分析，得出結論。該年齡段學生獨立意識和求知欲強烈，樂于通過多種方法進行探究，并可以與他人進行深入的分工合作，對自己和他人想法提出建議并對探究過程作出改進。

教學目標

科學知識：依據橋梁的設計及制作過程了解簡單的科學知識原理，如材料、力學、結構等。

科學探究：對自然現象保持好奇心和探究熱情;通過積極交流和討論，培養科學探究活動中的主動參與性。

科學態度：培養認真細致、善于思考、善于發現問題、善于動手實踐的科學態度。

科學、技術、社會與環境：深入學習貫徹習近平總書記系列重要講話精神，弘揚港珠澳大橋奮斗精神，將培育踐行使命、勇于跨越、精益求精、追求卓越的大國工匠精神融入其中，秉承“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，著力提高社會責任感、創新精神和實踐能力。

教學重點與難點

重點：認識不同類型的橋梁及受力分析;了解橋梁加固的思路;探索材料結構與強度的關系。

難點：了解并能夠分析橋梁的主要受力;了解橋梁加固的思路;了解材料結構與強度的關系，并能夠在橋梁建模中靈活運用。

教學過程

情境導入，確立任務（1課時/40分鐘）

階段目標：以彰顯科技的特效影院感受當今科技成果，直觀體驗港珠澳大橋的雄偉與壯觀;通過主題宣傳片的內容與感悟，激發探究欲望，引入主題及教學內容。

設計意圖：讓學生走出課堂，在觀影的情境過程中感受大國工匠精神，引入項目主題并激發探究與學習的興趣。

學情分析：初中階段的學生對事物有了較強的分析及辨別能力，感悟能力也進一步提高，在情境中融入主題更能激發學生對科技發展成果的成就感和學習港珠澳大橋建設者的奮斗精神。

教學策略：情境教學和多媒體教學策略。

活動過程：①觀看《港珠澳大橋宣傳片》。②觀影感悟，引導主題。通過觀影感受港珠澳大橋的震撼與輝煌，分享心得，引導學生體會橋梁人的不易及奮斗精神。③確立工程任務。利用設想的情境，導出建造橋梁模型的工程任務。

背景知識的分析與探究（2課時/80分鐘）

階段目標：結合工程任務要求，分析并解決完成任務所需要的科學問題和工程問題;能夠認識4種基本類型橋梁;借助于體驗展品，探究橋梁的受力;了解三角形的穩定性，進行簡單的紙橋加固活動。

設計意圖：依據生活經驗引入橋梁主題，借助工程問題的提出，完成設計并制作一座能滿足一定工程任務要求的橋梁模型。這項任務的背景知識的學習，同時將認識橋梁類型、學習加固簡單橋梁的方法，以及體驗材料的結構與強度等知識目標融入其中，讓學生主動發現問題并尋找解決問題的方法。

學情分析：本階段主題內容依據《義務教育初中科學課程標準》“科學探究”“物質科學”部分的課標內容，結合人教版8年級下冊第7章“力學”部分，在探索橋梁結構及受力分析的同時將學生既往經驗進行整合及融合，引導并促進知識點的吸收。

教學策略：啟發式教學，自主學習，探究式學習，聯系生活教學策略。

活動過程：教師引導學生分析該項工程任務，提出需解決的科學問題和工程問題，并通過4項活動環節逐一解決。①認識各種類型的橋梁。通過提問、觀察和討論，結合學生手冊，引導學生了解橋梁的分類，通過結構特征可以辨別橋梁類別。②展品探究——體驗并分析橋梁受力。結合山東省科技館“交通與能源”“物質與運動”展區主題展品的直觀體驗，辨別橋梁類型及承重結構;感受力的存在，能對橋梁進行初步受力分析，為橋面的加固設計奠定知識基礎。③搭建撲克牌紙橋。通過紙牌橋的搭建和測試，探究橋面的加固方法并進行匯總和分類。④模擬制作鋼材結構。引導學生分析現實橋梁中出現的結構造型;選取不同材料模擬制作，體會材料的強度，思考鋼材結構在加固橋梁中的作用。

解決問題（2課時/80分鐘）

階段目標：靈活應用所學知識，設計并建造一個具有一定承重性能的橋梁模型。

設計意圖：通過橋梁的結構設計和制作培養工程制造能力，并在制造過程中培養解決問題的能力和團隊合作能力，增強創新意識和實踐能力;養成科學的思維習慣，初步形成科學的世界觀。

學情分析：本階段內容主要依據教育部《義務教育初中科學課程標準》中“科學、技術、社會、環境”部分，注重工程技術的融入。初中學段的學生動手性強，有主動思考及發現問題的能力，借助于工程問題的解決，更能激發興趣和挑戰。

教學策略：合作學習教學策略、探究式教學策略。

活動過程：①設計橋梁模型。重申任務要求，組織小組討論進行初步設計，按照一定比例繪制出設計圖。②制作與測試。測試橋梁模型能否通過最基本的承重測試，橋梁模型抗彎曲能力是否達標，并將測試結果記錄下來。③改進及完善。依據測試結果，不斷對設計方案進行完善及改進優化。④海報設計。設計要求包括橋梁主題、小組名稱和成員、橋梁設計圖、設計思路和橋梁創新點。

分享與總結（1課時/40分鐘）

階段目標：運用背景知識對所制作的橋梁進行思路總結、交流與展示。

設計意圖：小組成員分析小組作品，總結設計思路、創新點及不足，探究在此基礎上的加固方法。通過交流與展示，將多種作品成果呈現，增強小組榮譽感，符合STEM教育開放性的特征。

項目評估

采用師評（教師與科技館輔導員）、互評、自評、實踐操作相結合的方式對本項活動進行綜合評價。活動以系統性、知識性、科學性、趣味性、體驗性、直觀性、安全性7個方面為原則進行評價。

實情況

“橋世界——STEM綜合實踐活動”自2018年研發實施以來，面向小學中高年級段、初中生學段學生開展實施15次，同時面向山東省內中小學科技骨干教師培訓課程實施2次，總課時數達102學時，受眾近800人次，得到參與者的一致好評，作為館校合作項目中綜合實踐活動的開展效果顯著。目前，省內很多中小學校已將它引進學校的實踐課中，并作為學校科技節的實踐及拓展項目，切實實現館校合作項目資源“走出去”的目標。