巧用身边材料组织STEM项目式学习

◇季元江（甘肃：陇西县思源实验学校）

一、学习背景与思路

（一）课例概述

用纸造一座“桥”是教科版小学科学六年级上册“形状与结构”单元中的一个课例。本课例运用STEM项目式学习方式，以生活中常见的低成本材料——纸设计制作具有一定大小和承重力的纸桥为载体，让学生真实感受利用身边低成本、自造物设计实验的乐趣，从而认识桥，了解桥的形状结构与受力特点。

（二）学习背景与核心任务

1.学习缘起

学校附近河面建造了好几座拱桥和钢索桥，学生每天从它身上走过，并引发观察思考：这样的形状和结构有什么好处？它们又是如何受力的？于是教师决定让学生就像真正的桥梁工程师那样设计制作一座桥，来探究这些问题。纸是很容易找的低成本材料，易于剪裁，又较结实，学生正好可以用来制作一座纸桥，寻求问题的答案，体验创造的快乐。

2.学习背景

如今，随着我国经济的腾飞和科技水平的提高，中国桥梁正在世界桥梁史上书写属于自己的篇章。这无疑唤起了广大少年儿童的民族自豪感，迸发了强烈的创造热情，激发了自己动手制作桥梁的浓厚兴趣。而科学桥的形状和结构、用纸造一座桥等知识内容，正好为小学六年级学生的课堂教学创造了契机。通过多课时整合，教师综合运用跨学科知识组织学生对本课例进行了STEM项目式学习。

3.核心任务

设计、制作一座具有一定承重能力的纸桥，其宽度大于10厘米，能跨越35厘米宽的峡谷，并完成载物承重能力测试。

（三）学习思路

1.学习步骤

一是创设情境，观赏各种拱桥和钢索桥，开阔视野；二是探究桥的不同形状和结构及其受力特点；三是激发兴趣，明确造桥要求，确定目标任务；四是绘制草图，制订设计方案；五是发挥想象，进行纸桥制作和测试；六是评价“桥”并进行完善。

2.阶段性任务

课件出示各种拱桥和钢索桥图片及视频供学生观看并观赏家乡的桥；回顾学习内容，深入了解拱桥、钢索桥的受力特点；学习相关知识，课件出示造桥要求，确定目标任务；绘制草图，厘清思路；制定设计方案，小组分工合作，制作纸桥；完成纸桥承重实验，对桥进行客观评价。

3.阶段性成果

开阔视野，得到美的享受，介绍家乡的桥；用自己的语言介绍桥，再查资料，进一步内化知识；学生明确要求和任务单，呈现设计图纸，罗列材料清单并领取；各小组展示自己的纸桥作品并向大家介绍作品；采取个人自评和小组互评方式评价桥，进一步反思与完善。

二、学习主题与学习目标

（一）学习主题

1.学习主题

应用形状结构的知识及经验，设计与制作一座牢固、美观且有一定承重力的桥。

2.核心问题

根据纸的特性，如何增强其抗弯曲能力和选择什么样的形状及结构造桥，各部分材料怎样分配，怎样牢固地连接各部分？只有综合考虑以上问题，才能造出一座具有一定大小和承重能力的桥。

3.STEM项目式学习

教师创设情境，联系生活实际，提出一系列科学问题，给学生足够时空，让其合作探究，利用团队优势，善用跨学科知识，进行STEM项目式学习，最终解决问题。

4.学生分析

适合的学段或年龄段：11～12岁学生，已有知识、经验、掌握技能等特点；六年级学生经过多年科学课的学习，积累了不少知识和经验，绝大多数人参加过机器人、创客、航模、编程等社团活动，参与过机器人、航模制作等活动，具备了一定的技能，非常符合此次以低成本材料纸造一座桥为课例的STEM项目式学习；学生学习过程中可能会遇到以下困难：怎样设计纸桥并画出纸桥设计图，制作的桥要选择什么样的形状和结构才能增强纸桥的抗压能力，制作纸桥各部分的材料怎样分配，又如何牢固地连接各部分。

（二）学习目标

1.知识目标

熟练掌握运用低成本材料纸设计和制作桥需要的科学知识，学以致用，顺利完成STEM项目式学习任务。

2.能力和技能目标

STEM项目式学习强调培养学生的综合能力。本课例通过操作、观察、获取的纸质实验材料进行科学实验，培养小学生的观察、动手、创新能力，团队协作能力和持续的创新能力。

3.情感态度价值观

通过易得的纸质材料设计、制作纸桥，提升学生的综合素养，增强学习的趣味性，使其感悟科学的真谛，探究科学的奥妙，感受学习的乐趣；既实现用简易纸质材料设计实验，又传承勤俭节约的优良美德。

（三）学习准备

1.教室空间分布

讲台前面多媒体设备教学区，中间六组课桌加电脑上网学习区，后面三组课桌椅作品制作区，左右两边材料和工具放置区，后面作品展示区。

2.教室内的硬件及工具

联网电脑；多媒体设备；制作工具（剪刀、尺子、双面胶、铅笔、水彩笔等）；制作材料（A 4纸张，瓦楞纸板，少许铁丝、卡纸等）。

三、应用纸质材料分组实验与学习过程

（一）学习流程

创设情境，观赏各种拱桥和钢索桥，开阔视野；探究各种桥的不同形状和结构及受力特点；创设情境明确造桥需求，确定任务目标；绘制草图，厘清思路；制订设计方案；发挥想象，并进行纸桥制作和纸桥承重测试；评价桥并进行反思与完善。

（二）学习过程

1.创设情境，观赏各种拱桥和钢索桥

拓宽学生视野，得到美的享受；初步了解拱桥和钢索桥的受力特点。

活动一：观赏桥梁，拓宽视野

课件出示各种桥梁图片，播放桥梁建设视频；学生观赏各种拱桥和大跨度钢索桥，开阔视野，得到美的享受；课件出示家乡的拱桥和钢索桥；学生观看家乡的拱桥和钢索桥，初步分析其受力特点。

活动二：创设情境，激发兴趣

创设情境，介绍我国桥梁的辉煌成就，激起学生的爱国热情；学生谈观后感受，各抒己见发表自己的新见解；介绍家乡的桥，唤起热爱家乡的情感，进而激发创作热情；学生用自己的话描绘家乡的桥给师生听。

2.探究桥的不同形状、结构及受力特点

通过查阅资料进一步内化科学知识，分析桥梁承重力特点，明确造桥要求，确定目标任务。

活动三：查阅资料内化科学知识，分析桥梁受力特点

教师课件出示资料和微视频，深入分析拱桥和钢索桥的受力特点；学生通过资料和微视频了解桥梁为什么建成拱形和用钢索?这样的形状结构有什么好处？用自己的话说说。

活动四：激发兴趣，明确造桥要求，确定目标任务

教师首先创设情境，激发学生创作兴趣，然后课件出示造桥要求，确定目标任务；（出示课件）

学生小组讨论、交流：设计一座怎样的桥既符合要求，又有一定的承重力？

交流后各小组填写任务单。

3.绘制草图，厘清思路制订设计方案

通过绘制草图，厘清学生思路，确定所用材料和工具，制订设计方案。

活动五：围绕制作要求和不同形状结构的桥受力特点进行图纸设计

教师提出设计要求，强调设计的重要性，并提示设计时需要注意什么；学生根据设计要求发挥想象，厘清思路，制定方案，绘制图纸。

学生讨论：根据纸的特性，选择什么样的形状和结构，用什么方法增强纸的抗弯曲能力；教师在各小组间巡视，指导帮助有困难的学生。

活动六：按照设计图，罗列材料清单和工具

教师要求学生罗列材料清单，选用合适的工具；学生开始填写材料清单表，选择工具。

4.发挥想象，进行纸桥制作和承重测试

综合运用跨学科知识进行纸桥模型制作。

活动七：小组合作，进行制作

教师课件出示制作要求，指导学生按照小组设计的图纸和制订的计划，选取材料和工具进行制作；教师指导学生根据要求制作不同形状和结构的纸桥；学生在教师指导下，分组按设计图纸和计划选取合适的材料和工具，综合运用跨学科知识，有序展开制作活动。

四、结语

本堂课典型地运用了多课时整合，完整地呈现了开发与应用低成本实验器材进行STEM项目式学习的课例。为了实现教学目标，教师课前精心准备，详细分析了高年级学生学情，制订了符合高年级学生STEM项目式学习的教学目标。并通过创设情境，问题导向，由易到难，由浅入深，环环相扣，实现预期的教学效果。

通过学中做、做中学，打破了常规课堂教学文本的束缚；通过亲历实践活动学生把课本知识内化为自我知识，学以致用。用跨学科融合知识解决了各种疑难问题。最难能可贵的是：学生不用购买昂贵的专用科学器材，而是从日常生活用品或废旧品中就地取材，变废为宝，把便于操作和推广的旧报纸、瓦楞纸板、一次性筷子等物美价廉的低成本材料，当作实验器材进行科学实验，极大地填补了学校实验器材的不足，顺利地完成了桥梁制作任务。真正培养了学生的工程思维能力、动手实践能力、团队协作能力和STEM创新能力。

小学科学实验教学中还有不少自制实验教具的鲜活实例。我们每一位科学教师都应鼓励和倡导学生善于开发和应用生活中的低成本本土资源开展一系列科学实验活动，让每位学生都成为学习的主人。这不仅提升了学生的综合素养，还培养了学生的科学创新精神，更促进了学生的全面发展，为其今后开展更高一级的学习开了好头。