巧用身邊材料組織STEM項目式學習

◇季元江（甘肅：隴西縣思源實驗學校）

一、學習背景與思路

（一）課例概述

用紙造一座“橋”是教科版小學科學六年級上冊“形狀與結構”單元中的一個課例。本課例運用STEM項目式學習方式，以生活中常見的低成本材料——紙設計制作具有一定大小和承重力的紙橋為載體，讓學生真實感受利用身邊低成本、自造物設計實驗的樂趣，從而認識橋，了解橋的形狀結構與受力特點。

（二）學習背景與核心任務

1.學習緣起

學校附近河面建造了好幾座拱橋和鋼索橋，學生每天從它身上走過，并引發觀察思考：這樣的形狀和結構有什么好處？它們又是如何受力的？于是教師決定讓學生就像真正的橋梁工程師那樣設計制作一座橋，來探究這些問題。紙是很容易找的低成本材料，易于剪裁，又較結實，學生正好可以用來制作一座紙橋，尋求問題的答案，體驗創造的快樂。

2.學習背景

如今，隨著我國經濟的騰飛和科技水平的提高，中國橋梁正在世界橋梁史上書寫屬于自己的篇章。這無疑喚起了廣大少年兒童的民族自豪感，迸發了強烈的創造熱情，激發了自己動手制作橋梁的濃厚興趣。而科學橋的形狀和結構、用紙造一座橋等知識內容，正好為小學六年級學生的課堂教學創造了契機。通過多課時整合，教師綜合運用跨學科知識組織學生對本課例進行了STEM項目式學習。

3.核心任務

設計、制作一座具有一定承重能力的紙橋，其寬度大于10厘米，能跨越35厘米寬的峽谷，并完成載物承重能力測試。

（三）學習思路

1.學習步驟

一是創設情境，觀賞各種拱橋和鋼索橋，開闊視野；二是探究橋的不同形狀和結構及其受力特點；三是激發興趣，明確造橋要求，確定目標任務；四是繪制草圖，制訂設計方案；五是發揮想象，進行紙橋制作和測試；六是評價“橋”并進行完善。

2.階段性任務

課件出示各種拱橋和鋼索橋圖片及視頻供學生觀看并觀賞家鄉的橋；回顧學習內容，深入了解拱橋、鋼索橋的受力特點；學習相關知識，課件出示造橋要求，確定目標任務；繪制草圖，厘清思路；制定設計方案，小組分工合作，制作紙橋；完成紙橋承重實驗，對橋進行客觀評價。

3.階段性成果

開闊視野，得到美的享受，介紹家鄉的橋；用自己的語言介紹橋，再查資料，進一步內化知識；學生明確要求和任務單，呈現設計圖紙，羅列材料清單并領取；各小組展示自己的紙橋作品并向大家介紹作品；采取個人自評和小組互評方式評價橋，進一步反思與完善。

二、學習主題與學習目標

（一）學習主題

1.學習主題

應用形狀結構的知識及經驗，設計與制作一座牢固、美觀且有一定承重力的橋。

2.核心問題

根據紙的特性，如何增強其抗彎曲能力和選擇什么樣的形狀及結構造橋，各部分材料怎樣分配，怎樣牢固地連接各部分？只有綜合考慮以上問題，才能造出一座具有一定大小和承重能力的橋。

3.STEM項目式學習

教師創設情境，聯系生活實際，提出一系列科學問題，給學生足夠時空，讓其合作探究，利用團隊優勢，善用跨學科知識，進行STEM項目式學習，最終解決問題。

4.學生分析

適合的學段或年齡段：11～12歲學生，已有知識、經驗、掌握技能等特點；六年級學生經過多年科學課的學習，積累了不少知識和經驗，絕大多數人參加過機器人、創客、航模、編程等社團活動，參與過機器人、航模制作等活動，具備了一定的技能，非常符合此次以低成本材料紙造一座橋為課例的STEM項目式學習；學生學習過程中可能會遇到以下困難：怎樣設計紙橋并畫出紙橋設計圖，制作的橋要選擇什么樣的形狀和結構才能增強紙橋的抗壓能力，制作紙橋各部分的材料怎樣分配，又如何牢固地連接各部分。

（二）學習目標

1.知識目標

熟練掌握運用低成本材料紙設計和制作橋需要的科學知識，學以致用，順利完成STEM項目式學習任務。

2.能力和技能目標

STEM項目式學習強調培養學生的綜合能力。本課例通過操作、觀察、獲取的紙質實驗材料進行科學實驗，培養小學生的觀察、動手、創新能力，團隊協作能力和持續的創新能力。

3.情感態度價值觀

通過易得的紙質材料設計、制作紙橋，提升學生的綜合素養，增強學習的趣味性，使其感悟科學的真諦，探究科學的奧妙，感受學習的樂趣；既實現用簡易紙質材料設計實驗，又傳承勤儉節約的優良美德。

（三）學習準備

1.教室空間分布

講臺前面多媒體設備教學區，中間六組課桌加電腦上網學習區，后面三組課桌椅作品制作區，左右兩邊材料和工具放置區，后面作品展示區。

2.教室內的硬件及工具

聯網電腦；多媒體設備；制作工具（剪刀、尺子、雙面膠、鉛筆、水彩筆等）；制作材料（A 4紙張，瓦楞紙板，少許鐵絲、卡紙等）。

三、應用紙質材料分組實驗與學習過程

（一）學習流程

創設情境，觀賞各種拱橋和鋼索橋，開闊視野；探究各種橋的不同形狀和結構及受力特點；創設情境明確造橋需求，確定任務目標；繪制草圖，厘清思路；制訂設計方案；發揮想象，并進行紙橋制作和紙橋承重測試；評價橋并進行反思與完善。

（二）學習過程

1.創設情境，觀賞各種拱橋和鋼索橋

拓寬學生視野，得到美的享受；初步了解拱橋和鋼索橋的受力特點。

活動一：觀賞橋梁，拓寬視野

課件出示各種橋梁圖片，播放橋梁建設視頻；學生觀賞各種拱橋和大跨度鋼索橋，開闊視野，得到美的享受；課件出示家鄉的拱橋和鋼索橋；學生觀看家鄉的拱橋和鋼索橋，初步分析其受力特點。

活動二：創設情境，激發興趣

創設情境，介紹我國橋梁的輝煌成就，激起學生的愛國熱情；學生談觀后感受，各抒己見發表自己的新見解；介紹家鄉的橋，喚起熱愛家鄉的情感，進而激發創作熱情；學生用自己的話描繪家鄉的橋給師生聽。

2.探究橋的不同形狀、結構及受力特點

通過查閱資料進一步內化科學知識，分析橋梁承重力特點，明確造橋要求，確定目標任務。

活動三：查閱資料內化科學知識，分析橋梁受力特點

教師課件出示資料和微視頻，深入分析拱橋和鋼索橋的受力特點；學生通過資料和微視頻了解橋梁為什么建成拱形和用鋼索?這樣的形狀結構有什么好處？用自己的話說說。

活動四：激發興趣，明確造橋要求，確定目標任務

教師首先創設情境，激發學生創作興趣，然后課件出示造橋要求，確定目標任務；（出示課件）

學生小組討論、交流：設計一座怎樣的橋既符合要求，又有一定的承重力？

交流后各小組填寫任務單。

3.繪制草圖，厘清思路制訂設計方案

通過繪制草圖，厘清學生思路，確定所用材料和工具，制訂設計方案。

活動五：圍繞制作要求和不同形狀結構的橋受力特點進行圖紙設計

教師提出設計要求，強調設計的重要性，并提示設計時需要注意什么；學生根據設計要求發揮想象，厘清思路，制定方案，繪制圖紙。

學生討論：根據紙的特性，選擇什么樣的形狀和結構，用什么方法增強紙的抗彎曲能力；教師在各小組間巡視，指導幫助有困難的學生。

活動六：按照設計圖，羅列材料清單和工具

教師要求學生羅列材料清單，選用合適的工具；學生開始填寫材料清單表，選擇工具。

4.發揮想象，進行紙橋制作和承重測試

綜合運用跨學科知識進行紙橋模型制作。

活動七：小組合作，進行制作

教師課件出示制作要求，指導學生按照小組設計的圖紙和制訂的計劃，選取材料和工具進行制作；教師指導學生根據要求制作不同形狀和結構的紙橋；學生在教師指導下，分組按設計圖紙和計劃選取合適的材料和工具，綜合運用跨學科知識，有序展開制作活動。

四、結語

本堂課典型地運用了多課時整合，完整地呈現了開發與應用低成本實驗器材進行STEM項目式學習的課例。為了實現教學目標，教師課前精心準備，詳細分析了高年級學生學情，制訂了符合高年級學生STEM項目式學習的教學目標。并通過創設情境，問題導向，由易到難，由淺入深，環環相扣，實現預期的教學效果。

通過學中做、做中學，打破了常規課堂教學文本的束縛；通過親歷實踐活動學生把課本知識內化為自我知識，學以致用。用跨學科融合知識解決了各種疑難問題。最難能可貴的是：學生不用購買昂貴的專用科學器材，而是從日常生活用品或廢舊品中就地取材，變廢為寶，把便于操作和推廣的舊報紙、瓦楞紙板、一次性筷子等物美價廉的低成本材料，當作實驗器材進行科學實驗，極大地填補了學校實驗器材的不足，順利地完成了橋梁制作任務。真正培養了學生的工程思維能力、動手實踐能力、團隊協作能力和STEM創新能力。

小學科學實驗教學中還有不少自制實驗教具的鮮活實例。我們每一位科學教師都應鼓勵和倡導學生善于開發和應用生活中的低成本本土資源開展一系列科學實驗活動，讓每位學生都成為學習的主人。這不僅提升了學生的綜合素養，還培養了學生的科學創新精神，更促進了學生的全面發展，為其今后開展更高一級的學習開了好頭。