学做桥梁工程师建座“家园小小桥”

秦莉萍

活动背景

“学做桥梁工程师

建座‘家园小小桥”这一科技教育活动以项目为引领，融入STEM教育理念，通过区级与校级分层指导学生团队合作，利用身边的废旧物为友谊家园小区设计与建造一座以木结构为主的家园小桥模型。活动将STEM教育模式与现实生活紧密结合，能培养学生科学（桥的组成与类型、压力、跨径、承重等）、技术（独特的结构、改变形状、三角稳定、连接等）、工程（设计、建造、评估等）、数学（测量、比例、计算等）、人文（桥梁的历史与传说、地域文化等）、艺术（形态、色彩搭配等）等跨学科知识技能与创新实践能力。

活动从友谊家园小区需要建造一座家园小桥的情境切入，引导学生回忆家乡的桥、了解上海和宝山区的桥，启发学生爱家乡、爱上海、融入上海。结合实地考察、信息收集与交流、网络自学等准备，小组设计、建造与测评加固等建筑工程环节，发挥个人和集体的力量完成项目，最后通过交流与展示向全区辐射。

活动目标

让学生认知与桥的结构、分类、承重及功能相关的概念及科学原理。

引导学生构思与搭建一座以木结构为主、净跨径60cm、可承载20kg的桥梁模型，初步掌握相关设计与制作的技术技能。

体验跨学科思考，尝试运用创意解决问题的过程与方法。

关注家园建设，思考科技与社会文化的相互作用；在小组合作中，升华互助友爱、合作共赢的精神境界。

活动内容

学生在设计制作桥梁模型过程中，分别饰演小小桥梁信息员、小小桥梁设计员、小小桥梁施工员、小小桥梁检验员和小小桥梁评估员等不同角色，并完成各自角色的特定任务，最终达到学做桥梁工程师的目的。

第一环节：小小桥梁信息员（2016年11-12月）

活动目的：了解生活中桥的结构、形态与功能，认识桥的净跨径、比例和承重，激起建桥的激情。

STEM跨学科知识技能：人文——桥的历史、中国与桥有关的典故等；科学——桥的结构、种类与功能；技术——三角稳定等；数学——桥的净跨径、比例与承重的测量方法。

活动步骤：①参观考察，学习知识。区级层面分批组织学生参观上海著名的桥梁和学校附近的桥。通过网络微课让学生了解桥的结构，桥的种类与作用，桥的跨径、比例和承重等相关知识。②收集资料，交流讨论。学校层面通过班队会组织学生收集资料，交流中国桥梁的历史、与桥梁有关的民间故事，让学生回忆家乡的桥、介绍上海和宝山的桥等。

第二环节：小小桥梁设计员（2017年2-3月）

活动目的：了解活动内容、组队报名参加活动；明确任务要求与评价方法，完成方案设计。

STEM跨学科知识技能：科学——力的相关原理、桥梁设计内容与原则；技术——热熔胶枪等工具的使用，热熔胶连接方法；工程——方案设计；数学—预算；人文——桥的名称及寓意。

活动步骤：①宣传活动，组织报名。学校层面通过红领巾广播播报宝山区正在为外来务工人员建造友谊小区，小区里需要建造一座家园小桥的信息，通过学校橱窗展示友谊小区模型图与活动通知，组织学生组队报名。②明确任务，设计方案。区级层面通过网络微课对参赛学生进行建桥相关知识与技能培训，学校层面组织学生通过集体教学指导小组合作完成建桥方案设计。

第三环节：小小桥梁施工员（2017年4-5月）

活動目的：利用废旧物材料，小组合作探究，根据方案完成家园小桥的建造。

STEM跨学科知识技能：科学——材料的特性、压力等；技术——独特的结构、改变形状、三角形稳定性等；工程——桥梁建造；数学——测量、结算等。

活动步骤：①小组分工，合作建桥。学校层面指导学生按需合理分工，有材料员、建筑师、经济师等，根据设计方案合作建桥。②解决问题，完工结算。指导教师适时介入指导，引导学生及时发现问题、解决问题，作品完成后指导学生进行成本结算。

第四环节：小小桥梁检验员（2017年6月）

活动目的：从工程学、美学观点发现各自作品的特点。运用科学的方法进行测试，利用学习单与评价表完成评价。

STEM跨学科知识技能：科学——桥的结构与类别；技术——稳定性；工程——评估；数学——跨径测量、承重测试美学——颜色、形状等。

活动步骤：①展示作品，交流经验。学校层面通过集体教学引导学生用正确规范的语言描述自己的作品，介绍遇到的问题及解决办法，同时引导其他学生认真聆听与观察，从工程学、美学观点发现各自作品的特点。②测试评价，发现问题。学校层面通过集体教学指导学生用科学的方法测量跨径、测试承重，并且利用活动记录单与评价表从美学（外形特点）、工程学（适用性）、经济学（成本核算）等方面实事求是地进行组内自评与组间互评，通过测试评价发现各自作品的问题与不足之处。

第五环节：小小桥梁评估员（2017年7-9月）

活动目的：改进作品，在进一步的实践与展示、交流中提升与感悟。

STEM跨学科知识技能：技术——稳定性；工程——改进；数学——跨径测量、承重测试；美学——颜色、形状等。

活动步骤：①交流讨论，改造加固。学校层面指导小组交流讨论作品改进方案，合作改造与加固作品。②集中展评，体验成功。区级层面将所有作品集中展示，组织教师与学生参观并评选出若干奖项，如最佳设计奖、最佳制作奖、最美色彩奖、最优名称奖等。通过颁奖仪式，让学生交流活动的收获与体会，感受成功的喜悦，并通过专家点评进一步提升与感悟。

活动创新点

跨学科之界。STEM活动将科学、技术、工程、数学、人文等紧密结合起来。学生在实践性、开放性与综合性的活动体验与项目完成中，获得成就感，培养合作交流、创新精神与实践能力。

科技教育和人文教育并重。设置家乡桥和上海的桥的背景，经历建桥的艰辛，体会父母在上海城市建设中的贡献，启发学生爱父母、爱家乡、爱上海、融入上海的情感。

角色扮演与任务驱动共推。让学生扮演小小桥梁信息员等5个角色并给予相应任务，共同推进完成桥梁模型建造项目，从而诠释学做桥梁工程师这一主题。

该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科技教育方案类一等奖。

专家评语

该方案体现了“三自”原则，教育目标明确，传播的相关科学知识、方法、技能和思想来源可靠，符合科技教育活动的规律。所设计的体验活动的内容和形式具有较好的创新性，方案同时体现出完整性和可行性，实施后会产生较好的示范效应。希望继续对该方案进行完善，以充分发挥其提升青少年科学素质的作用。