STEM課程之《腳手架的學問》

李祉諾

腳手架這個主題非常貼近學生的生活，他們在生活中已經(jīng)會利用簡單的材料搭建模型，在數(shù)學課上也已經(jīng)對三角形、正方形等形狀有了初步的認識，但并不清楚物體的穩(wěn)定程度與其結構是否有關、搭建什么樣的模型最穩(wěn)固。STEM課程《腳手架的學問》將通過觀察、操作等活動學習多門學科知識，體會到科學與我們的生活密切相關。

教學目標

科學：知道物體的穩(wěn)固程度與物體的結構有關。

技術：能利用提供的材料設計并搭建支架，提高動手制作能力。

工程：分析生活中一些支撐物的結構，了解三角形結構在生活中的廣泛應用，嘗試用所學知識解釋生活中的一些現(xiàn)象。

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

課時安排

本課程分兩課時完成：第一課時通過動手將吸管搭接成不同形狀，發(fā)現(xiàn)不同結構承受擠壓的能力不同，其中，三角形結構不易變形;第二課時通過搭建支架知道不同結構的支架穩(wěn)固程度不同，進而了解三角形結構在生活中的廣泛應用。

課前準備

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、小組活動單等。

主要教學流程

1.搭接形狀

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

教師追問哪種形狀不會變形、比較穩(wěn)固？引出通過實驗來尋找答案。學生將吸管拼搭成不同形狀，擠壓它們，測試哪些容易變形、哪些不易變形，并記錄在活動單上（如圖1）。實驗結束小組交流后發(fā)現(xiàn)：當物體的結構中含有三角形時，物體的結構比較穩(wěn)固，不易變形。

設計意圖：通過討論腳手架不坍塌的原因引起學生對物體結構的關注，為下面的實驗作鋪墊。實驗時，教師讓學生自主搭接各種形狀，這不僅提高了學生探究的積極性，還給了他們充分想象的空間。

2.搭支架比賽

（1）明確要求

學生已經(jīng)知道含有三角形的結構穩(wěn)定，這時教師向學生提出挑戰(zhàn)：用木條和塑料扎絲搭建支架。學生的積極性被激發(fā)后，教師介紹挑戰(zhàn)要求：在20分鐘內，設計并搭建支架，支架能夠承受書本多的小組獲勝。若兩組搭建的支架能夠承受書本的本數(shù)相同，使用材料少的一組獲勝。

（2）設計制作

學生以小組為單位合作討論完成支架結構的設計，并把結構圖畫在活動單上（如圖2）。每個小組利用給出的材料（木條和塑料扎絲）按照設計圖來搭建支架。在制作環(huán)節(jié)中，部分學生難以利用塑料扎絲將木條搭接在一起，教師指導小組成員講解搭接方法，鼓勵學生自己動手嘗試搭建支架。

（3）展示交流

每個小組派代表介紹設計思路并展示作品，教師在每個組的支架上放書本，測試支架能承受書的本數(shù)，評選出最穩(wěn)固支架（如圖3）。

（4）討論小結

教師引導學生討論“最穩(wěn)固支架”在結構上的特點。部分學生會認為高度較低的結構比較穩(wěn)定，這時教師出示課前搭建好的高度較低、由四邊形構成的支架，進行承重測試，幫助學生對比觀察：在高度相同的情況下，含有三角形結構的支架更穩(wěn)固，從而歸納總結出含有三角形結構的支架比較穩(wěn)固。

設計意圖：在前面的活動中，學生已經(jīng)知道三角形結構不易變形，但只是對于平面圖形的認識，并不能把這一知識與立體結構聯(lián)系在一起。因此，筆者設計了“搭支架比賽”，這樣可以讓學生更積極地投入活動中。在比賽中，要求學生自主設計、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，提高他們的動手制作能力，培養(yǎng)他們的表達能力等。初三的學生對事物的觀察容易停留在外在輪廓，對內部結構觀察不仔細，容易得出高度低的支架更穩(wěn)固的結論，這里教師不急著出示正確結論，而是給出課前準備好的四邊形結構高度較低的支架，幫助學生建立控制變量的意識，認識到含有三角形結構的支架比較穩(wěn)固。

3.尋找三角形結構

教師出示腳手架、橋梁、晾衣架、樹木支架、蜘蛛網(wǎng)、照相機架等物體的圖片，引導學生思考：這些常見物的結構有什么相同點？有什么好處？學生發(fā)現(xiàn)這些物體都含有三角形的結構，比較穩(wěn)固。之后，教師鼓勵每個小組以頭腦風暴的方式尋找身邊含有三角形結構的物品的實例。小組交流后，布置課后作業(yè)：用木條搭建穩(wěn)固的橋。

設計意圖：本環(huán)節(jié)與本課的引入環(huán)節(jié)相呼應，學生用所學的知識去揭開腳手架的秘密。通過小組頭腦風暴尋找生活中具有三角形結構的物品，了解三角形結構在生活中的廣泛應用，將科學知識與實際生活聯(lián)系在一起。課后作業(yè)“搭建橋”則是本課程的升華，將科學知識應用到實際中，加深學生對三角形結構的理解。