瓦楞纸奇遇记—STEAM项目式学习案例

刘佳 黑龙江省哈尔滨市铁岭小学校

● 项目简介

“双减”政策的推出，旨在减少学生的作业量，减轻其课业负担。在减负增效的基础上，为了丰富学生课余文化生活，拓宽视野，增加阅读量，班级决定建立一个图书角，因此需要一个书架来摆放图书。为了节能环保、减少开支，锻炼学生的动手操作能力，大家一致决定动手制作一个环保型的免费书架。制作前先组织学生讨论哪种材料更经济实用、更健康环保。经研究讨论，大家认为木板和铁皮不容易切割，造价较高，因此一致决定用纸这种材质来制作书架。

项目名称：瓦楞纸奇遇记。

适用年级：3～5年级。

项目时长：9课时。

涉及学科：工程、数学、信息技术、科学、美术。

● 驱动问题

为班级图书角做一个坚固的纸质书架。

● 核心概念、跨学科概念

笔者设计的“瓦楞纸奇遇记”项目，不仅仅依靠一种学科知识和某种单一的能力，而是涉及了数学、物理、信息技术、美术、工程建筑等多种学科，并且需要学生在动手操作实践中，具有沟通、合作解决问题等多种能力。瓦楞纸书架具体操作流程示意图如图1所示。

图1

学习目标：

①通过讨论、探究、制作、展示等活动深入理解四边形的不稳定性，并能运用画长方形的知识进行隔板的设计和制作，初步了解建筑学中的承重结构和进深等专业知识，并通过实验和查找资料理解瓦楞承重的原理利用了三角形的稳定性，同时也与受力面积大小有关，也就是物理学中的压强。

②在实践中学会用百度搜索查找文字资料、视频资料，并会下载和编辑。能简单应用PPT等软件进行编辑和展示。在完成基本框架后，能对作品进行装饰，并创造性地设计制作美术工艺品，培养审美情趣，激发对生活的热爱之情。

③在搜集纸壳箱、召开腾讯会议进行讨论、动手合作的过程中，锻炼人际交往能力。通过讨论交流、动手尝试、实验探究、展示对比等活动，培养发现问题、解决问题的能力。

学习评价如下页表1所示。

表1

● 实施过程

任务一：瓦楞纸的诞生

时间安排：1课时。

驱动问题：比一比，看怎么摆放A4纸，承重最大。

学习活动：谁是大力士—一张纸的举重比赛。

（1）八人一组，选出两名组长，负责人员分工、活动策划。

（2）以组为单位对纸的承重能力进行检测，即纸的承重能力比赛。

比赛要求：

A.每组用两摞相同高度的书作为支架。

B.将一张A4纸放在支架上，用橡皮、书本等文具作为砝码。

C.比一比，看怎么摆放A4纸，承重最大。

（3）展示交流：怎样摆放承重最大？学生呈现了几种方案：第一种，把A4纸平铺在支架上，放一块橡皮，实验失败。第二种，把A4纸弯曲变成拱形，放在两个支架之间，用书挡住A4纸的两端，最多能放四块橡皮。第三种，将A4纸折成瓦楞状，顺向摆放，需要将橡皮压住四个角。当中间放入橡皮将四个角的橡皮去掉时，实验失败，说明需要靠四个角的橡皮做固定，否则不能承重。第四种，将瓦楞纸旋转角度横向摆放，放上一本语文书，成功。第五种，将两张瓦楞纸，一张纵向，一张横向，交叉摆放，并没有增加承重能力。第六种，用另外一张纸进行折叠，把瓦楞纸四边包裹起来固定，避免瓦楞纸的楞弯曲或者串动位置。此时，放置一个笔袋，纸面弯曲，放两个装满笔的笔袋，没有倒塌。通过几次实验对比得出比赛结果：固定好的瓦楞纸获胜。这次实验结果呈现出的也就是瓦楞纸板的原型，学生们通过实验，一致确定用瓦楞纸板制作纸质书架，既结实又环保。

任务二：瓦楞纸的认识

时间安排：1课时。

核心问题：分组查找、搜集相关资料，了解瓦楞纸获胜的原因。

学习活动：我的大力士好朋友。

（1）前期准备。

①学生分组查找、搜集相关资料，了解瓦楞纸获胜的原因。

②商讨展示形式，可以是制作PPT演示、视频播放等形式。

（2）展示汇报。

学生呈现了几种不同的展示形式：

A.制作PPT进行展示。

B.搜集视频，通过抖音、B站、百度等小程序或网站搜集瓦楞纸实验视频。让同学们直观了解瓦楞纸的承重能力。

C.也有的小组仅有发言稿，并未准备视频和PPT，图片也是用纸张打印出来。

D.还有的小组用Word文档的形式呈现了小组汇报的内容。

阶段性成果：

在小组汇报的过程中，学生介绍了瓦楞纸的基本原理、基本类型、抗压强度和实验分析。学生经过查找资料，分析、交流、研讨，合力探索出瓦楞纸获胜的原因：瓦楞纸通过将力进行分散，使自己承重能力强。

学生明确了瓦楞纸承重能力强，涉及物理中压力和压强的关系。学生通过查找资料了解到，瓦楞纸有ABCDF五种类型以及它们的优缺点，还发现了瓦楞纸楞型与抗压强度之间的关系，并将每一种楞型的实验进行分析比对。接着，通过观看《科学向未来》的瓦楞纸抗压实验，让学生直观感受到瓦楞承重结构的强大。

另外一组学生，以瓦楞纸为核心，拓展了其他常见承重结构的梁、拱、桁架、网架，使同学们对建筑学方面的知识又有所了解，大开眼界，丰富了知识结构。

任务三：产品设计

时间安排：1课时。

核心问题：绘制书架结构的简易示意图。

研学提示：

A.如何制作书架，讨论制作步骤。

B.需要准备哪些材料和工具。

C.小组成员分工。

D.绘制产品设计图：画出图形，标清长度。

任务四：制作产品

时间安排：5课时。

核心问题：利用瓦楞纸按照所绘示意图制作成品书架。

学习活动1：学生按照示意图初步制作书架。

安全须知：活动前。向学生强调剪刀和壁纸刀等锋利工具的使用注意事项，如不能随意挥舞、不要伤到自己和他人等。不用时要及时收好，在将锋利工具递给别人时，要将锋利的一面朝下，将手柄递给他人，保证活动安全。

A组在制作中，放入书本后书架发生倾斜，学生们因此发现平行四边形的不稳定性，决定把书架结构改为三角形，以增加书架的稳定性。但此种做法的缺点是重心偏坠，放置书的形状受限，数量较少。（这里涉及四年级上册数学的知识）

B组用一层瓦楞纸制作书架隔板倒塌，改进为在下方增加三个竖向瓦楞纸支撑。但因承重能力弱，放入书本后瓦楞有凹陷的情况发生，甚至长时间放置还会出现坍塌。

阶段性成果：略。

学习活动2：分析失败原因，提高产品承重能力实验研究。

分小组进行实验：一层瓦楞纸和两层瓦楞纸的承重对比。

一层瓦楞纸放置五本字典，成功；放六本，失败。两层瓦楞纸放置八本字典，成功。

通过实验发现，瓦楞纸的层数越多，厚度越大，承重能力越强。因此，学生探讨出改良书架的方案—用多层瓦楞纸制作。

学习活动3：优化产品结构，提升承重能力。

经讨论，学生首先确定长方体作为书架的整体结构，再在长方体书架后面增加背板起到固定作用。

根据放置书本的尺寸，以课本为例，测量课本的长，确定书架每层的高度比课本的长度要大。根据课本的宽，确定书架的进深（进深是建筑用语，指院子、建筑物的深度，家具侧视面的长度）。根据放置的书本重量确定隔板厚度，将两到三层瓦楞纸板粘在一起，承重效果较好。

阶段性成果：改进设计图如图2所示。

图2

学习活动4：根据优化方案改进书架结构并美化产品。

安全须知：注意剪刀和壁纸刀等锋利工具的使用，不能随意挥舞，注意不要伤到自己和他人。不用时要收好，在递给别人时，将锋利的一面朝下，将手柄递给他人。

制作步骤：

A.制作书架零件。（这里用到数学四年级上册画长方形的知识）

B.拼摆，采用胶粘或钉粘。（初步感知数学五年级上册长方体展开图的知识）

C.装饰：涂色、贴壁纸、装饰图案，还有的同学给抽屉安装滑道。（与美术相结合）

阶段性成果：展示产品性能，分享活动收获。

产品的展示与推广：

学生们都将书架厚度增加，长方体书架后面加上背板起到固定作用。A组在抽屉上加上滑道，抽拉比原来顺畅。B组利用了圆形和矩形的形状，设计了一位数字密码琐。同学们在改进、创新的基础上，又对柜体外观进行了创新性的美化，通过粘贴壁纸或包装纸、设计美化图案等进行柜体装饰。

总结性评价：作品评价如下页表2所示。

表2

任务五：瓦楞纸创意作品制作

时间安排：1课时。

驱动问题：根据瓦楞纸的特点进行创意制作。

学习活动：学生根据瓦楞纸板的特点，如单层瓦楞纸能够卷曲、多层瓦楞纸板承重效果好等，结合其他承重结构来进行创意作品制作。

学习成果：

学生在改良优化后，制作出了精美的瓦楞纸书架，并且用瓦楞纸制作了笔筒、装饰品、小货车、小桌子等作品。（学生瓦楞纸创意作品展示如图3所示）

图3

● 效果和反思

在本次活动中，笔者本着锻炼学生动手实践能力、培养学生动脑思考解决问题的能力，及提升学生综合素养的原则，以生为本，让学生成为活动的主人。因此，先以求助的形式让学生进行小组讨论及全班交流，让他们有了活动参与感和小主人翁意识，激发了学生的参与兴趣。接下来，笔者设计了比赛活动环节，让学生以比赛的形式开展小组角逐，进行组内实验，这样既吸引了他们的注意力，也带动全体学生参与进来，激发学生的活动兴趣，所有学生都产生了参与其中的兴致。然后，组织学生积极投入到活动之中，由学生独立探讨设计、制作什么材质的书架，如何制作书架，怎样改良书架等，通过一系列的有序实践活动，既培养了学生的创造能力、动手能力和发现问题、解决问题的能力，又培养了学生的独立思考能力，丰富了学生的知识面，锻炼了学生把理论运用到实践的能力。学生在实验的过程中，会多方面思考与承重结构相关的问题，如拱形、瓦楞形，摆放的方向怎样更合适，如何进行材料加固等，学生通过“发现—分析—思考—实践—验证得出结论”的一连串实践活动，不断思考创新，丰富理论知识，并运用到动手实践过程中，从而加深对瓦楞纸的承重能力的认识，也对整个活动有了一个大体的认知。接着，学生按照自己的知识需求，通过互联网进行大量的资料搜集和整理，自己动手制作PPT演示文稿并在小组内、班级内开展汇报交流，互帮互助，相互启发。学生在收集、整理、汇报资料的过程中，培养了独立思考的能力、搜集资料的能力、信息技术运用的能力，也提升了综合能力。本项目实现了学与做的深度结合，既能激发学生的参与兴趣，也能保证他们在兴致盎然的状态下，大胆实践，开拓与提升自身的相关能力，实现对学生综合素质的培养，是一个寓教于乐的项目活动。