爆破摩天大樓（第一課時）

沈麗

摘要：STEM教育課例《爆破摩天大樓》第一課時的教學目標為：（1）知道降低重心可使建筑物保持穩定;認識被爆破的物體倒塌的特點;能夠搭建出高而穩的大樓;能夠根據木條的長、寬、高，計算出搭建的大樓的高度。（2）通過分析簡單結構，能夠找準簡單結構的爆破點。（3）通過搭建并爆破大樓，知道工程項目的設計需要反復地綜合考慮。教學過程包括以下環節：動手搭建，初步感知;明確任務，歸納技巧;趣玩游戲，深度思考;總結鋪墊。

關鍵詞：STEM教育課例爆破摩天大樓

本節課為STEM教育課例《爆破摩天大樓》的第一課時，教學目標為：（1）知識與技能。知道降低重心可使建筑物保持穩定;認識被爆破的物體倒塌的特點;能夠搭建出高而穩的大樓;能夠根據木條的長、寬、高，計算出搭建的大樓的高度。（2）過程與方法。通過分析簡單結構，能夠找準簡單結構的爆破點。（3）情感態度與價值觀。通過搭建并爆破大樓，知道工程項目的設計需要反復地綜合考慮。教學重點為：知道降低重心可使建筑物保持穩定。教學難點為：通過分析簡單結構，能夠找準簡單結構的爆破點。教學準備為：每組10根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的長方形木條、1個Pad、2張任務單。

具體教學過程如下：

一、動手搭建，初步感知

師同學們都玩過搭積木吧？（展示積木）那你們見過這種積木嗎？這種積木其實就是長方形的木條，它的長和寬都是1.5厘米，高是8厘米。你們能用10根這樣的木條，搭建一座又高又穩的大樓嗎？我們比一比，看看哪一小組搭建的大樓又高又穩。（出示圖1）在搭建之前，老師想提醒大家注意以下幾點。

任務一

任務：

用10根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的長方形木條，搭建一座又高又穩的大樓。提醒：

1.討論的時候，音量控制在本小組的成員聽得到的程度。

2.在搭建的過程中遇到困難時，可以尋求兩位老師的幫助。

3.搭建成功后，用Pad拍照記錄，并計算出大樓的高度。

4.用時5分鐘，時間一到，立即停止。我們搭建的大樓高，橫著擺放的木條有根，豎著擺放的木條有根。

計算大樓的高度：搭建大樓的技巧：

師時間到！請材料員將木條整齊地擺放在桌子的中間。

生（投影展示拍攝的大樓照片，如圖2）這是我們小組搭建的大樓。我們將2根木條豎著擺放，做大樓的地基;然后將1根木條橫著擺放在2根木條之上，使第一層由3根木條組成;再這樣依次往上搭建兩層;將最后1根木條豎著擺放，作為大樓的第四層。 我們搭建的大樓高36.5厘米。我們是這樣計算的：木條豎著擺放時，高是8厘米，橫著擺放時，高是1.5厘米，根據搭建的大樓形狀，8+1.5+8+1.5+8+1.5+8=36.5厘米。

圖2圖3

師有沒有誰能夠更快地計算出大樓的高度呢？

生豎著擺放的木條是4層，直接用8×4=32（厘米）;橫著擺放的木條是3層，直接用1.5×3=4.5（厘米）。32+4.5=36.5（厘米），所以大樓高36.5厘米。

（學生鼓掌。）

生（投影展示拍攝的大樓照片，如圖3）我們小組搭建的大樓高28.5厘米。我們用3根豎著的木條當底層，再將1根木條橫放在上面，整體作為第一層;接著在第二層豎著放2根木條，并將1根木條橫放在上面;第三層和第二層一樣搭建。豎著的木條有3層，3×8=24（厘米），橫著的木條有3層，3×1.5=4.5（厘米）。24+4.5=28.5（厘米），所以大樓高28.5厘米。

師剛才的任務，大家完成得很漂亮。如果老師給你們更多根木條，將大樓繼續往上搭建。大家預測一下：你們的大樓還能繼續保持穩定嗎？

生不能。因為大樓的地基占地面積小，地基不穩。

生越往上搭建，大樓上部越重，越容易倒塌。

生越往上搭建，大樓越容易斜，越容易倒。

師我們應該怎樣搭建，才能使大樓又高又穩呢？你有哪些建議？

生大樓的底座要大，下大上小，才能保持穩定。

師為什么大樓下大上小，就能更加穩定呢？

生我們在三年級的時候學過，“降低重心，可以使物體保持平衡”。大樓底部大了，那它的重心就低了。重心越低，物體越容易保持穩定。

生可以搭成三角形的形狀，因為三角形具有穩定性。

生還可以搭成立體的形狀。

生大樓要搭得高，需要更多根木條。

師是的，大家很聰明，說得也很有科學道理！你們可以把自己的想法運用到搭建的過程中。

[設計意圖：任務一為用10根木條搭建簡單的大樓，并計算出大樓的高度，旨在引導學生初步感知搭建大樓的技巧以及快速計算大樓高度的方法。]

二、明確任務，歸納技巧

師其實，剛剛的搭建只是熱身運動，還有一個大項目在等著你們呢?。ǔ鍪緢D4）請看任務二。

任務二

1. 在“15厘米×15厘米”的區域內，用50根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的木條，搭建一座不低于60厘米的大樓。

2. 用一根棉線拴住大樓的某根木條，拉動棉線使大樓倒塌，實現爆破。

師現在的任務跟剛才的任務相比，更具有哪些挑戰性呢？

生搭建的木條由10根變成了50根。

生大樓的高度要有60厘米，不僅要高，而且要穩。

生不但要搭建，而且要爆破。

生在“15厘米×15厘米”的區域內搭建。

師那我們應該怎樣搭建大樓呢？你有哪些建議？

生大樓的底部要大。

師大樓的底部要大，但木條的根數有限。如果我們把大部分木條都用來搭建地基，那大樓的高度能有保障嗎？

生不能。

師所以，不能用很多根木條搭建底部。那搭建的大樓要又高又穩，該怎么辦呢？

生合理分配搭建材料;搭建的大樓結構要合理。

師我們在完成項目的時候，常會遇到類似這樣的困境。單從某一方面考慮，可能會忽略其他方面，因此要進行綜合考量。

[設計意圖：引導學生通過分析任務要求，明確需要完成的任務;通過思考如何利用有限的材料搭建一座又高又穩的大樓，意識到工程問題需要綜合考量。]

三、趣玩游戲，深度思考

師我們在這個任務中，不僅要搭建，還要爆破。提到“爆破”，你們想到了哪些場景？

生我想到了氣球的爆炸。

生我想到了用炸彈去炸毀敵人的營地。

生我在電影里看到過樓房的爆炸。

師炸彈炸毀敵營、電影里的樓房爆炸，這樣的爆炸有什么特點呢？

生被炸的建筑物四處飛濺，可能會傷到人。

生四周的建筑物也會受損。

師（出示相應圖片）這里有一棟需要爆破的大樓，緊挨著它的東、西、北三面都是居民樓，它的南面是一片空地。如果我們也像炸毀敵營一樣，來爆破這棟大樓，你們覺得可以嗎？

生這棟大樓的周圍有居民樓，如果大樓往四周倒塌，會給居民帶來安全隱患。

師那你建議怎樣爆破這棟大樓呢？

生讓大樓往南面空地上倒塌。

師你很聰明！老師來測一測誰最具有當爆破工程師的潛質。（出示圖5）這是一個建筑物，請試著用一枚炸彈，只炸毀一根木條，使建筑物往左邊倒塌，且倒塌后的建筑物高度低于白色水平線。你打算如何放置這枚炸彈呢？說一說你們設置爆破點的理由。大家以小組為單位，一起來挑戰吧！

生（同步操作）炸毀建筑物最底層左邊的木條。最底層的木條具有支撐整棟大樓的作用，當把最底層左邊的木條移去時，建筑物的重心往左邊偏移，建筑物向左邊倒塌。

師老師再考考你們：同樣的要求，你們能將建筑物往右邊爆破嗎？說一說你們打算如何設置爆破點。

生我們小組認為，應該爆破第二層右邊豎著的這根木條，當它被爆破后，建筑物的第三層和第二層沒有了支撐，將會倒塌;在第三層和第二層木條重力的作用下，第一層也會被壓倒。如果爆破最底層中間的木條，建筑物會有最右邊斜著的木條支撐，不會倒塌;如果爆破最右邊斜著的木條，建筑物還有最底層的兩根木條支撐，仍然保持穩定。

師你分析得非常有道理，我們來試一試。

（學生操作，并且爆破成功。）

師（出示相應圖片）這里還有一棟大樓需要爆破。這棟大樓的四周都有建筑物。如果用剛才的爆破方式將其爆破，你們覺得合理嗎？

生不合理。大樓的四周都有建筑物，往哪邊倒塌都不安全。

師爆破這棟大樓時，大樓怎樣倒塌才比較安全？

生往中間倒塌。

師在我們的生活中，經常會遇到這種情況。爆破工程師是如何進行爆破的呢？請看視頻。（播放視頻）視頻中，大樓的爆破方式和我們用到的爆破方式一樣嗎？

生不一樣。

師哪里不一樣？

生大樓幾乎是原地倒塌的。

生爆破的大樓，傾倒的區域相對集中。

[設計意圖：通過對爆破游戲的操作，以及解決生活中常見的爆破問題，讓學生對爆破有深入的了解和思考，并意識到爆破點的設置需要根據實際情況進行考量。]

四、總結鋪墊

師同學們，你們認為哪種爆破的難度最大呢？

生往中間爆破的難度最大。

師我們要么不玩，要玩就玩難度最大的。下節課我們繼續來挑戰！

[設計意圖：引向挑戰任務，激發學生繼續探究的興趣，為下節課爆破“摩天大樓”做鋪墊。]