瓦楞紙奇遇記—STEAM項目式學習案例

劉佳 黑龍江省哈爾濱市鐵嶺小學校

● 項目簡介

“雙減”政策的推出，旨在減少學生的作業量，減輕其課業負擔。在減負增效的基礎上，為了豐富學生課余文化生活，拓寬視野，增加閱讀量，班級決定建立一個圖書角，因此需要一個書架來擺放圖書。為了節能環保、減少開支，鍛煉學生的動手操作能力，大家一致決定動手制作一個環保型的免費書架。制作前先組織學生討論哪種材料更經濟實用、更健康環保。經研究討論，大家認為木板和鐵皮不容易切割，造價較高，因此一致決定用紙這種材質來制作書架。

項目名稱：瓦楞紙奇遇記。

適用年級：3～5年級。

項目時長：9課時。

涉及學科：工程、數學、信息技術、科學、美術。

● 驅動問題

為班級圖書角做一個堅固的紙質書架。

● 核心概念、跨學科概念

筆者設計的“瓦楞紙奇遇記”項目，不僅僅依靠一種學科知識和某種單一的能力，而是涉及了數學、物理、信息技術、美術、工程建筑等多種學科，并且需要學生在動手操作實踐中，具有溝通、合作解決問題等多種能力。瓦楞紙書架具體操作流程示意圖如圖1所示。

圖1

學習目標：

①通過討論、探究、制作、展示等活動深入理解四邊形的不穩定性，并能運用畫長方形的知識進行隔板的設計和制作，初步了解建筑學中的承重結構和進深等專業知識，并通過實驗和查找資料理解瓦楞承重的原理利用了三角形的穩定性，同時也與受力面積大小有關，也就是物理學中的壓強。

②在實踐中學會用百度搜索查找文字資料、視頻資料，并會下載和編輯。能簡單應用PPT等軟件進行編輯和展示。在完成基本框架后，能對作品進行裝飾，并創造性地設計制作美術工藝品，培養審美情趣，激發對生活的熱愛之情。

③在搜集紙殼箱、召開騰訊會議進行討論、動手合作的過程中，鍛煉人際交往能力。通過討論交流、動手嘗試、實驗探究、展示對比等活動，培養發現問題、解決問題的能力。

學習評價如下頁表1所示。

表1

● 實施過程

任務一：瓦楞紙的誕生

時間安排：1課時。

驅動問題：比一比，看怎么擺放A4紙，承重最大。

學習活動：誰是大力士—一張紙的舉重比賽。

（1）八人一組，選出兩名組長，負責人員分工、活動策劃。

（2）以組為單位對紙的承重能力進行檢測，即紙的承重能力比賽。

比賽要求：

A.每組用兩摞相同高度的書作為支架。

B.將一張A4紙放在支架上，用橡皮、書本等文具作為砝碼。

C.比一比，看怎么擺放A4紙，承重最大。

（3）展示交流：怎樣擺放承重最大？學生呈現了幾種方案：第一種，把A4紙平鋪在支架上，放一塊橡皮，實驗失敗。第二種，把A4紙彎曲變成拱形，放在兩個支架之間，用書擋住A4紙的兩端，最多能放四塊橡皮。第三種，將A4紙折成瓦楞狀，順向擺放，需要將橡皮壓住四個角。當中間放入橡皮將四個角的橡皮去掉時，實驗失敗，說明需要靠四個角的橡皮做固定，否則不能承重。第四種，將瓦楞紙旋轉角度橫向擺放，放上一本語文書，成功。第五種，將兩張瓦楞紙，一張縱向，一張橫向，交叉擺放，并沒有增加承重能力。第六種，用另外一張紙進行折疊，把瓦楞紙四邊包裹起來固定，避免瓦楞紙的楞彎曲或者串動位置。此時，放置一個筆袋，紙面彎曲，放兩個裝滿筆的筆袋，沒有倒塌。通過幾次實驗對比得出比賽結果：固定好的瓦楞紙獲勝。這次實驗結果呈現出的也就是瓦楞紙板的原型，學生們通過實驗，一致確定用瓦楞紙板制作紙質書架，既結實又環保。

任務二：瓦楞紙的認識

時間安排：1課時。

核心問題：分組查找、搜集相關資料，了解瓦楞紙獲勝的原因。

學習活動：我的大力士好朋友。

（1）前期準備。

①學生分組查找、搜集相關資料，了解瓦楞紙獲勝的原因。

②商討展示形式，可以是制作PPT演示、視頻播放等形式。

（2）展示匯報。

學生呈現了幾種不同的展示形式：

A.制作PPT進行展示。

B.搜集視頻，通過抖音、B站、百度等小程序或網站搜集瓦楞紙實驗視頻。讓同學們直觀了解瓦楞紙的承重能力。

C.也有的小組僅有發言稿，并未準備視頻和PPT，圖片也是用紙張打印出來。

D.還有的小組用Word文檔的形式呈現了小組匯報的內容。

階段性成果：

在小組匯報的過程中，學生介紹了瓦楞紙的基本原理、基本類型、抗壓強度和實驗分析。學生經過查找資料，分析、交流、研討，合力探索出瓦楞紙獲勝的原因：瓦楞紙通過將力進行分散，使自己承重能力強。

學生明確了瓦楞紙承重能力強，涉及物理中壓力和壓強的關系。學生通過查找資料了解到，瓦楞紙有ABCDF五種類型以及它們的優缺點，還發現了瓦楞紙楞型與抗壓強度之間的關系，并將每一種楞型的實驗進行分析比對。接著，通過觀看《科學向未來》的瓦楞紙抗壓實驗，讓學生直觀感受到瓦楞承重結構的強大。

另外一組學生，以瓦楞紙為核心，拓展了其他常見承重結構的梁、拱、桁架、網架，使同學們對建筑學方面的知識又有所了解，大開眼界，豐富了知識結構。

任務三：產品設計

時間安排：1課時。

核心問題：繪制書架結構的簡易示意圖。

研學提示：

A.如何制作書架，討論制作步驟。

B.需要準備哪些材料和工具。

C.小組成員分工。

D.繪制產品設計圖：畫出圖形，標清長度。

任務四：制作產品

時間安排：5課時。

核心問題：利用瓦楞紙按照所繪示意圖制作成品書架。

學習活動1：學生按照示意圖初步制作書架。

安全須知：活動前。向學生強調剪刀和壁紙刀等鋒利工具的使用注意事項，如不能隨意揮舞、不要傷到自己和他人等。不用時要及時收好，在將鋒利工具遞給別人時，要將鋒利的一面朝下，將手柄遞給他人，保證活動安全。

A組在制作中，放入書本后書架發生傾斜，學生們因此發現平行四邊形的不穩定性，決定把書架結構改為三角形，以增加書架的穩定性。但此種做法的缺點是重心偏墜，放置書的形狀受限，數量較少。（這里涉及四年級上冊數學的知識）

B組用一層瓦楞紙制作書架隔板倒塌，改進為在下方增加三個豎向瓦楞紙支撐。但因承重能力弱，放入書本后瓦楞有凹陷的情況發生，甚至長時間放置還會出現坍塌。

階段性成果：略。

學習活動2：分析失敗原因，提高產品承重能力實驗研究。

分小組進行實驗：一層瓦楞紙和兩層瓦楞紙的承重對比。

一層瓦楞紙放置五本字典，成功；放六本，失敗。兩層瓦楞紙放置八本字典，成功。

通過實驗發現，瓦楞紙的層數越多，厚度越大，承重能力越強。因此，學生探討出改良書架的方案—用多層瓦楞紙制作。

學習活動3：優化產品結構，提升承重能力。

經討論，學生首先確定長方體作為書架的整體結構，再在長方體書架后面增加背板起到固定作用。

根據放置書本的尺寸，以課本為例，測量課本的長，確定書架每層的高度比課本的長度要大。根據課本的寬，確定書架的進深（進深是建筑用語，指院子、建筑物的深度，家具側視面的長度）。根據放置的書本重量確定隔板厚度，將兩到三層瓦楞紙板粘在一起，承重效果較好。

階段性成果：改進設計圖如圖2所示。

圖2

學習活動4：根據優化方案改進書架結構并美化產品。

安全須知：注意剪刀和壁紙刀等鋒利工具的使用，不能隨意揮舞，注意不要傷到自己和他人。不用時要收好，在遞給別人時，將鋒利的一面朝下，將手柄遞給他人。

制作步驟：

A.制作書架零件。（這里用到數學四年級上冊畫長方形的知識）

B.拼擺，采用膠粘或釘粘。（初步感知數學五年級上冊長方體展開圖的知識）

C.裝飾：涂色、貼壁紙、裝飾圖案，還有的同學給抽屜安裝滑道。（與美術相結合）

階段性成果：展示產品性能，分享活動收獲。

產品的展示與推廣：

學生們都將書架厚度增加，長方體書架后面加上背板起到固定作用。A組在抽屜上加上滑道，抽拉比原來順暢。B組利用了圓形和矩形的形狀，設計了一位數字密碼瑣。同學們在改進、創新的基礎上，又對柜體外觀進行了創新性的美化，通過粘貼壁紙或包裝紙、設計美化圖案等進行柜體裝飾。

總結性評價：作品評價如下頁表2所示。

表2

任務五：瓦楞紙創意作品制作

時間安排：1課時。

驅動問題：根據瓦楞紙的特點進行創意制作。

學習活動：學生根據瓦楞紙板的特點，如單層瓦楞紙能夠卷曲、多層瓦楞紙板承重效果好等，結合其他承重結構來進行創意作品制作。

學習成果：

學生在改良優化后，制作出了精美的瓦楞紙書架，并且用瓦楞紙制作了筆筒、裝飾品、小貨車、小桌子等作品。（學生瓦楞紙創意作品展示如圖3所示）

圖3

● 效果和反思

在本次活動中，筆者本著鍛煉學生動手實踐能力、培養學生動腦思考解決問題的能力，及提升學生綜合素養的原則，以生為本，讓學生成為活動的主人。因此，先以求助的形式讓學生進行小組討論及全班交流，讓他們有了活動參與感和小主人翁意識，激發了學生的參與興趣。接下來，筆者設計了比賽活動環節，讓學生以比賽的形式開展小組角逐，進行組內實驗，這樣既吸引了他們的注意力，也帶動全體學生參與進來，激發學生的活動興趣，所有學生都產生了參與其中的興致。然后，組織學生積極投入到活動之中，由學生獨立探討設計、制作什么材質的書架，如何制作書架，怎樣改良書架等，通過一系列的有序實踐活動，既培養了學生的創造能力、動手能力和發現問題、解決問題的能力，又培養了學生的獨立思考能力，豐富了學生的知識面，鍛煉了學生把理論運用到實踐的能力。學生在實驗的過程中，會多方面思考與承重結構相關的問題，如拱形、瓦楞形，擺放的方向怎樣更合適，如何進行材料加固等，學生通過“發現—分析—思考—實踐—驗證得出結論”的一連串實踐活動，不斷思考創新，豐富理論知識，并運用到動手實踐過程中，從而加深對瓦楞紙的承重能力的認識，也對整個活動有了一個大體的認知。接著，學生按照自己的知識需求，通過互聯網進行大量的資料搜集和整理，自己動手制作PPT演示文稿并在小組內、班級內開展匯報交流，互幫互助，相互啟發。學生在收集、整理、匯報資料的過程中，培養了獨立思考的能力、搜集資料的能力、信息技術運用的能力，也提升了綜合能力。本項目實現了學與做的深度結合，既能激發學生的參與興趣，也能保證他們在興致盎然的狀態下，大膽實踐，開拓與提升自身的相關能力，實現對學生綜合素質的培養，是一個寓教于樂的項目活動。