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STEM教学探究房屋结构关系

STEM教学探究房屋结构关系

一、项目目标

通过交流讨论设计图纸,完成房屋搭建任务,从而让学生更了解工程与结构方面的内容;在任务中依据限制因素寻求解决办法,不断完善纸牌屋搭建及承重设计的多种方法,建立反思与改进的思维模式;通过限制条件的有无,认识到实际生活中解决问题只能是依据实际情况分析,寻求次优解。

二、任务设计

一是,各小组成员在组长的带领下,根据活动方案,分组开展探究活动,理清任务目标。二是,活动过程中学生以照片、记录本的形式记录下初步设计与每次修改思路和修改图。三是,办一个小型展览,向全校师生、家长展示活动成果。四是,每组依据记录本和各自心得,提炼出重要部分,形成文章,打印附在STEM专栏。

三、探究过程

(一)了解任务背景及明确任务目标

宣读任务:每个小组一副纸牌,只能使用纸牌一种材料,搭建一个至少30厘米高的房屋模型。意在鼓励孩子科学认识建筑结构,让其认识到房屋的受力性、结构性、美观性等。

(二)自主探究,设计思路

鼓励学生多途径收集资料,在小组范围内交流想法,拟定思路后在设计图上画出房屋基本结构及主要受力结构装置。

(三)开展实际活动,搭建模型

依据设计图搭建,并根据实际情况可修改方案。观察制作情况。教师引导部分设计明显错误的小组,记录有代表性的小组序号,并记下其最大亮点。引导问题:纸牌怎样使用有要求吗?能不能折叠、撕开、打孔等操作?可不可以使用胶水?可以使用多少张纸牌?越少越好还是用完好?

(四)整理分析,得出要点

学生分享制作过程,记录下自己小组没做到的地方,并提出自己不理解的地方。邀请有代表性的小组进行展示,说一说设计的思路和制作过程。教师应总结提炼出学生汇报亮点,如材料的创新使用,能不能使用胶水等。反思房屋结构,收集解决办法,提出猜想。

(五)新问题产生,依据要点提出解决方案

使用一副纸牌以及热熔胶枪制作出高度至少为30厘米的房子,并且能承受一本约400页的书的重量不倒塌。学生分析问题,发现变化因素(材料、任务),分析评价标准,(见后文)确立思路。根据任务,考验学生在有限制条件的情况下重新看待问题的能力。提出创意方案,交流想法,小组内设计图纸。

(六)修改设计图,实际搭建

学生开始制作,不断修改计划并记录。教师要强调胶枪的安全使用。教师协助学生修改设计,提醒记录下修改的过程。这一过程中教师应鼓励每个人大胆说出设计依据,不管是成熟或者不成熟。

(七)测试结果,交流分享

给每个小组几分钟的时间介绍制作过程,并适时提问。其余小组也可自由提问。教师总结亮点(或引导学生说出亮点)。全班交流意见,系统分析任务及依据。

(八)得出结论,提炼要点

房屋或建筑结构的基本知识,选取代表性作品进行提问引导。房屋是否合理?依据是什么?不同位置的纸牌分别承担房屋的什么功能?房屋是尽量高一些还是低一些好?认识房屋各个结构的不同作用,从做中学,再拓展到生活中去。

四、拓展延伸

部分孩子对房屋的结构开始质疑时,可适当引出房屋的物理受力关系,通过分析各个方向的受力作用,最终归结到房屋结构的牢固性上。给学生看一副实际的房屋设计图,并鼓励孩子对其作出合理猜想,鼓励其课后查阅真正的房屋设计图,让学生了解到更多的设计细节和房屋结构关系。

五、活动总结

(一)学习成果

第一,学生通过小组合作,通过设计、修改、制作,设计新情况,再次修改、制作,得到两个简易房屋模型。在这两个房屋模型里面,学生得到的不仅仅是动手能力的提高,更是对房屋模型结构有了一个更为清晰的认知。第二,通过对结构及受力关系的分析,以及承载重物的数量关系分析,学生综合应用到了数学、物理学、科学、工程学等方面的知识。第三,在修改前后过程中,学生学会了一些基本的科学研究方法,如观察分析、对比、控制变量、合作讨论、及时记录等等。

(二)评价机制

评价机制多种,包括了具有一定创新的评价机制量表,学生可从中得知各个细节影响程度。同时,贯穿整个过程的小组合作模式,让学生可以不断自评、小组互评及全班互评,不断反思是否完成了目标,更快去发现自己的问题并修正,取长补短,合作共进。评价标准:

(三)后续影响及反思

在本活动以后,很大一部分学生开始对结构感兴趣,这促使他们更深层次地去了解各种各样的结构;同时由于对受力关系分析的好奇,部分孩子课后自行去了解物理力学知识;在小组合作中,扮演领头羊角色的学生也锻炼了领导能力。

作者:邹苗 单位:四川师范大学附属上东小学

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