《小小建筑师》STEM课程方案

康正

衣食住行是人们生活的重要组成部分，本课程就是和住相关的一课。面对各种各样奇特、绝妙的建筑，如何评判一个建筑的好与坏？其实是需要从很多方面考量的，其中最基本的就是它的稳固性，只有满足了这个条件，才会考虑其他因素，如美观、创意等。本课程，从建筑最基本的结构稳固性入手，由浅入深，循序渐进地开展探究活动，将科学与数学、技术和工程完美融合。本课的主要任务是将学生带入指定情境中，完成平面结构及立体结构的搭建，探究不同形状对稳定性的影响，设计搭建最优的方案。

材料清单

吸管若干、回形针若干、纸、筆、实验记录单等。

教学目标

科学：了解形状能改变结构的稳定性，知道三角形结构的稳定性最好，正方形结构的稳定性差。

技术：掌握用回形针连接吸管的基本方法，掌握利用三角形的稳定性加固正方形（正方体）的方法。

工程：能够利用所掌握的技术搭建出稳固的平面及立体结构。

数学：了解三棱锥及正方体点、线、面的数量，能够记录承载物体的质量。

主要教学流程

1.故事引入，创设情境

在遥远的大海深处有一座小岛，小岛上生活着一群与世隔绝的原始人，他们过着无忧无虑、幸福快乐的生活。突然有一天，海面上漂来了一个神秘的箱子，打破了小岛往日的平静。

设计意图：创设的情境可以将学生快速地带入课堂，设置带有“卖关子”色彩的引入，希望引起学生的兴趣：箱子里面究竟装了什么？

2.故事发展，引出任务

神秘箱子的突然到来，吸引了小岛上所有人的注意力，最终，人们决定打开箱子一探究竟。

打开箱子后发现，里面装的竟然是他们从来没有见过的东西（吸管、回形针）。见多识广的老族长联想到，再过两个月族群里的成人大典就到了，这是整个部落一年中最重要的活动。老族长灵机一动，做了一个重要的决定：用箱子里的材料为孩子们举办一次建筑比赛，以此作为成人大典的赛前选拔，能够通过比赛的孩子将获得老族长准备的神秘礼品。

那么，今天同学们也一起来参加这次建筑比赛吧，看看谁能够顺利通关！

设计意图：学生不是在完成教师布置的任务，而是参加竞赛，证明自己的能力，这是完全不同的感觉。

3.任务开始，逐级闯关

第一关：利用材料完成“双截棍”结构的搭建，此关卡主要考验基础连接，吸管与吸管之间用回形针连接。

第二关：利用材料完成三角形结构的搭建，此关卡为第一关的延伸，目的是使学生熟练掌握连接方法，然后过渡到简单的封闭结构，让学生体验三角形不易变形，具有稳定性，为后续学习埋下伏笔。

第三关：利用材料完成正方形结构的搭建，此关卡为第二关的延伸，目的是针对正方形不稳固的问题展开探究，设计方案，寻找解决途径。

设计意图：任务体现了循序渐进的设计思路，便于学生接受和操作，第三关提出的问题，则为后续的任务奠定了基础。

4.探究问题，解决问题

怎样搭建一个稳固的正方形？此环节要求学生自主设计，自主探究，允许多种解决方案。

在学生设计好方案后，教师出示如图1的两种情形，让学生猜测谁更稳固，然后再拿出之前制作好的对应模型。比较后发现，尽管左边的结构看起来十分紧密，且耗费材料较多，但它的稳固性不及右边的结构。此环节还可以引出很多生活中的类似结构，比如电动门、拉伸挂钩、伸缩手臂等，都是利用了这种形状易变形的特性。

设计意图：前面的学习中，学生发现正方形不稳固，容易变形。本环节就是启发学生自主探究、独立思考，尝试将三角形的稳固性运用在正方形中，并且找到最优方案——兼顾稳定性与成本。

5.立体关卡，难度升级

现实生活中没有任何一种建筑是平面的，之前的平面结构关卡只是老族长给孩子们的初步考验，真正的挑战，现在才刚刚开始。

设计意图：探秘三棱锥，利用之前学习到的连接方法，拼接三棱锥，完成从二维到三维的空间升级。

6.终极关卡，学以致用

此关卡是终极关卡，学生实际操作时会遇到问题，要搭建正方体，是一根一根地搭建，还是一个模块一个模块地搭建？这其中就包含了一些数学知识，如正方体的点、线、面的数量。学生发现搭建的正方体并不稳固，之前学到的加固方法，在这里便有了用处。

设计意图：此环节非常锻炼学生的动手能力，学生只有精神集中，坚持不懈，才能出色地完成任务。

7.分享成果，表达交流

既然我们成功地搭建了一个稳固的正方体，那就来检验一下我们的建筑到底能不能承受一些重量。我们可以将课本作为重物，检验正方体的承重能力，并借此做一个承重比拼游戏。

设计意图：通过比拼活动综合检验所学知识，并让获胜的小组分享搭建心得，教师则为成功通关的学生送上一份精美的小礼品。

8.拓展延伸，魅力无边

通过本课学习，学生掌握了基本的拼接和加固方法。课后，学生还可以利用这两种简单的材料，搭建出无限种可能，创造属于自己的世界！

河北省保定市冀英第三小学（071000）