STEM課程之《腳手架的學(xué)問(wèn)》

李祉諾

腳手架這個(gè)主題非常貼近學(xué)生的生活，他們?cè)谏钪幸呀?jīng)會(huì)利用簡(jiǎn)單的材料搭建模型，在數(shù)學(xué)課上也已經(jīng)對(duì)三角形、正方形等形狀有了初步的認(rèn)識(shí)，但并不清楚物體的穩(wěn)定程度與其結(jié)構(gòu)是否有關(guān)、搭建什么樣的模型最穩(wěn)固。STEM課程《腳手架的學(xué)問(wèn)》將通過(guò)觀察、操作等活動(dòng)學(xué)習(xí)多門(mén)學(xué)科知識(shí)，體會(huì)到科學(xué)與我們的生活密切相關(guān)。

教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)：知道物體的穩(wěn)固程度與物體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

技術(shù)：能利用提供的材料設(shè)計(jì)并搭建支架，提高動(dòng)手制作能力。

工程：分析生活中一些支撐物的結(jié)構(gòu)，了解三角形結(jié)構(gòu)在生活中的廣泛應(yīng)用，嘗試用所學(xué)知識(shí)解釋生活中的一些現(xiàn)象。

數(shù)學(xué)：知道只要三邊的長(zhǎng)度確定了，三角形的形狀、大小就不能改變，三角形結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。

課時(shí)安排

本課程分兩課時(shí)完成：第一課時(shí)通過(guò)動(dòng)手將吸管搭接成不同形狀，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)承受擠壓的能力不同，其中，三角形結(jié)構(gòu)不易變形;第二課時(shí)通過(guò)搭建支架知道不同結(jié)構(gòu)的支架穩(wěn)固程度不同，進(jìn)而了解三角形結(jié)構(gòu)在生活中的廣泛應(yīng)用。

課前準(zhǔn)備

腳手架、橋梁、晾衣架等圖片，帶彎管的塑料吸管、大頭針、木條、塑料扎絲、小組活動(dòng)單等。

主要教學(xué)流程

1.搭接形狀

腳手架在生活中很常見(jiàn)，教師出示腳手架的圖片后，引導(dǎo)學(xué)生討論：為什么腳手架能夠承受很大的力卻不坍塌？學(xué)生猜測(cè)可能和腳手架的形狀有關(guān)。

教師追問(wèn)哪種形狀不會(huì)變形、比較穩(wěn)固？引出通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找答案。學(xué)生將吸管拼搭成不同形狀，擠壓它們，測(cè)試哪些容易變形、哪些不易變形，并記錄在活動(dòng)單上（如圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束小組交流后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物體的結(jié)構(gòu)中含有三角形時(shí)，物體的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固，不易變形。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)討論腳手架不坍塌的原因引起學(xué)生對(duì)物體結(jié)構(gòu)的關(guān)注，為下面的實(shí)驗(yàn)作鋪墊。實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師讓學(xué)生自主搭接各種形狀，這不僅提高了學(xué)生探究的積極性，還給了他們充分想象的空間。

2.搭支架比賽

（1）明確要求

學(xué)生已經(jīng)知道含有三角形的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這時(shí)教師向?qū)W生提出挑戰(zhàn)：用木條和塑料扎絲搭建支架。學(xué)生的積極性被激發(fā)后，教師介紹挑戰(zhàn)要求：在20分鐘內(nèi)，設(shè)計(jì)并搭建支架，支架能夠承受書(shū)本多的小組獲勝。若兩組搭建的支架能夠承受書(shū)本的本數(shù)相同，使用材料少的一組獲勝。

（2）設(shè)計(jì)制作

學(xué)生以小組為單位合作討論完成支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并把結(jié)構(gòu)圖畫(huà)在活動(dòng)單上（如圖2）。每個(gè)小組利用給出的材料（木條和塑料扎絲）按照設(shè)計(jì)圖來(lái)搭建支架。在制作環(huán)節(jié)中，部分學(xué)生難以利用塑料扎絲將木條搭接在一起，教師指導(dǎo)小組成員講解搭接方法，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手嘗試搭建支架。

（3）展示交流

每個(gè)小組派代表介紹設(shè)計(jì)思路并展示作品，教師在每個(gè)組的支架上放書(shū)本，測(cè)試支架能承受書(shū)的本數(shù)，評(píng)選出最穩(wěn)固支架（如圖3）。

（4）討論小結(jié)

教師引導(dǎo)學(xué)生討論“最穩(wěn)固支架”在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。部分學(xué)生會(huì)認(rèn)為高度較低的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，這時(shí)教師出示課前搭建好的高度較低、由四邊形構(gòu)成的支架，進(jìn)行承重測(cè)試，幫助學(xué)生對(duì)比觀察：在高度相同的情況下，含有三角形結(jié)構(gòu)的支架更穩(wěn)固，從而歸納總結(jié)出含有三角形結(jié)構(gòu)的支架比較穩(wěn)固。

設(shè)計(jì)意圖：在前面的活動(dòng)中，學(xué)生已經(jīng)知道三角形結(jié)構(gòu)不易變形，但只是對(duì)于平面圖形的認(rèn)識(shí)，并不能把這一知識(shí)與立體結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。因此，筆者設(shè)計(jì)了“搭支架比賽”，這樣可以讓學(xué)生更積極地投入活動(dòng)中。在比賽中，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主搭建支架、自主介紹作品，以更好地激發(fā)他們的創(chuàng)造性，提高他們的動(dòng)手制作能力，培養(yǎng)他們的表達(dá)能力等。初三的學(xué)生對(duì)事物的觀察容易停留在外在輪廓，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察不仔細(xì)，容易得出高度低的支架更穩(wěn)固的結(jié)論，這里教師不急著出示正確結(jié)論，而是給出課前準(zhǔn)備好的四邊形結(jié)構(gòu)高度較低的支架，幫助學(xué)生建立控制變量的意識(shí)，認(rèn)識(shí)到含有三角形結(jié)構(gòu)的支架比較穩(wěn)固。

3.尋找三角形結(jié)構(gòu)

教師出示腳手架、橋梁、晾衣架、樹(shù)木支架、蜘蛛網(wǎng)、照相機(jī)架等物體的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考：這些常見(jiàn)物的結(jié)構(gòu)有什么相同點(diǎn)？有什么好處？學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些物體都含有三角形的結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)固。之后，教師鼓勵(lì)每個(gè)小組以頭腦風(fēng)暴的方式尋找身邊含有三角形結(jié)構(gòu)的物品的實(shí)例。小組交流后，布置課后作業(yè)：用木條搭建穩(wěn)固的橋。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)與本課的引入環(huán)節(jié)相呼應(yīng)，學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)去揭開(kāi)腳手架的秘密。通過(guò)小組頭腦風(fēng)暴尋找生活中具有三角形結(jié)構(gòu)的物品，了解三角形結(jié)構(gòu)在生活中的廣泛應(yīng)用，將科學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活聯(lián)系在一起。課后作業(yè)“搭建橋”則是本課程的升華，將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，加深學(xué)生對(duì)三角形結(jié)構(gòu)的理解。