STEM课程之《脚手架的学问》

李祉诺

脚手架这个主题非常贴近学生的生活，他们在生活中已经会利用简单的材料搭建模型，在数学课上也已经对三角形、正方形等形状有了初步的认识，但并不清楚物体的稳定程度与其结构是否有关、搭建什么样的模型最稳固。STEM课程《脚手架的学问》将通过观察、操作等活动学习多门学科知识，体会到科学与我们的生活密切相关。

教学目标

科学：知道物体的稳固程度与物体的结构有关。

技术：能利用提供的材料设计并搭建支架，提高动手制作能力。

工程：分析生活中一些支撑物的结构，了解三角形结构在生活中的广泛应用，尝试用所学知识解释生活中的一些现象。

数学：知道只要三边的长度确定了，三角形的形状、大小就不能改变，三角形结构最稳定。

课时安排

本课程分两课时完成：第一课时通过动手将吸管搭接成不同形状，发现不同结构承受挤压的能力不同，其中，三角形结构不易变形;第二课时通过搭建支架知道不同结构的支架稳固程度不同，进而了解三角形结构在生活中的广泛应用。

课前准备

脚手架、桥梁、晾衣架等图片，带弯管的塑料吸管、大头针、木条、塑料扎丝、小组活动单等。

主要教学流程

1.搭接形状

脚手架在生活中很常见，教师出示脚手架的图片后，引导学生讨论：为什么脚手架能够承受很大的力却不坍塌？学生猜测可能和脚手架的形状有关。

教师追问哪种形状不会变形、比较稳固？引出通过实验来寻找答案。学生将吸管拼搭成不同形状，挤压它们，测试哪些容易变形、哪些不易变形，并记录在活动单上（如图1）。实验结束小组交流后发现：当物体的结构中含有三角形时，物体的结构比较稳固，不易变形。

设计意图：通过讨论脚手架不坍塌的原因引起学生对物体结构的关注，为下面的实验作铺垫。实验时，教师让学生自主搭接各种形状，这不仅提高了学生探究的积极性，还给了他们充分想象的空间。

2.搭支架比赛

（1）明确要求

学生已经知道含有三角形的结构稳定，这时教师向学生提出挑战：用木条和塑料扎丝搭建支架。学生的积极性被激发后，教师介绍挑战要求：在20分钟内，设计并搭建支架，支架能够承受书本多的小组获胜。若两组搭建的支架能够承受书本的本数相同，使用材料少的一组获胜。

（2）设计制作

学生以小组为单位合作讨论完成支架结构的设计，并把结构图画在活动单上（如图2）。每个小组利用给出的材料（木条和塑料扎丝）按照设计图来搭建支架。在制作环節中，部分学生难以利用塑料扎丝将木条搭接在一起，教师指导小组成员讲解搭接方法，鼓励学生自己动手尝试搭建支架。

（3）展示交流

每个小组派代表介绍设计思路并展示作品，教师在每个组的支架上放书本，测试支架能承受书的本数，评选出最稳固支架（如图3）。

（4）讨论小结

教师引导学生讨论“最稳固支架”在结构上的特点。部分学生会认为高度较低的结构比较稳定，这时教师出示课前搭建好的高度较低、由四边形构成的支架，进行承重测试，帮助学生对比观察：在高度相同的情况下，含有三角形结构的支架更稳固，从而归纳总结出含有三角形结构的支架比较稳固。

设计意图：在前面的活动中，学生已经知道三角形结构不易变形，但只是对于平面图形的认识，并不能把这一知识与立体结构联系在一起。因此，笔者设计了“搭支架比赛”，这样可以让学生更积极地投入活动中。在比赛中，要求学生自主设计、自主搭建支架、自主介绍作品，以更好地激发他们的创造性，提高他们的动手制作能力，培养他们的表达能力等。初三的学生对事物的观察容易停留在外在轮廓，对内部结构观察不仔细，容易得出高度低的支架更稳固的结论，这里教师不急着出示正确结论，而是给出课前准备好的四边形结构高度较低的支架，帮助学生建立控制变量的意识，认识到含有三角形结构的支架比较稳固。

3.寻找三角形结构

教师出示脚手架、桥梁、晾衣架、树木支架、蜘蛛网、照相机架等物体的图片，引导学生思考：这些常见物的结构有什么相同点？有什么好处？学生发现这些物体都含有三角形的结构，比较稳固。之后，教师鼓励每个小组以头脑风暴的方式寻找身边含有三角形结构的物品的实例。小组交流后，布置课后作业：用木条搭建稳固的桥。

设计意图：本环节与本课的引入环节相呼应，学生用所学的知识去揭开脚手架的秘密。通过小组头脑风暴寻找生活中具有三角形结构的物品，了解三角形结构在生活中的广泛应用，将科学知识与实际生活联系在一起。课后作业“搭建桥”则是本课程的升华，将科学知识应用到实际中，加深学生对三角形结构的理解。