沈麗

摘要：STEM教育課例《爆破摩天大樓》第一課時的教學(xué)目標(biāo)為：（1）知道降低重心可使建筑物保持穩(wěn)定;認識被爆破的物體倒塌的特點;能夠搭建出高而穩(wěn)的大樓;能夠根據(jù)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(jié)構(gòu)，能夠找準(zhǔn)簡單結(jié)構(gòu)的爆破點。（3）通過搭建并爆破大樓，知道工程項目的設(shè)計需要反復(fù)地綜合考慮。教學(xué)過程包括以下環(huán)節(jié)：動手搭建，初步感知;明確任務(wù)，歸納技巧;趣玩游戲，深度思考;總結(jié)鋪墊。

關(guān)鍵詞：STEM教育課例爆破摩天大樓

本節(jié)課為STEM教育課例《爆破摩天大樓》的第一課時，教學(xué)目標(biāo)為：（1）知識與技能。知道降低重心可使建筑物保持穩(wěn)定;認識被爆破的物體倒塌的特點;能夠搭建出高而穩(wěn)的大樓;能夠根據(jù)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(jié)構(gòu)，能夠找準(zhǔn)簡單結(jié)構(gòu)的爆破點。（3）情感態(tài)度與價值觀。通過搭建并爆破大樓，知道工程項目的設(shè)計需要反復(fù)地綜合考慮。教學(xué)重點為：知道降低重心可使建筑物保持穩(wěn)定。教學(xué)難點為：通過分析簡單結(jié)構(gòu)，能夠找準(zhǔn)簡單結(jié)構(gòu)的爆破點。教學(xué)準(zhǔn)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(wù)單。

具體教學(xué)過程如下：

一、動手搭建，初步感知

師同學(xué)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(wěn)的大樓嗎？我們比一比，看看哪一小組搭建的大樓又高又穩(wěn)。（出示圖1）在搭建之前，老師想提醒大家注意以下幾點。

任務(wù)一

任務(wù)：

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(wěn)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(jù)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(xué)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(dāng)?shù)讓?，再?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(wù)，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(xù)往上搭建。大家預(yù)測一下：你們的大樓還能繼續(xù)保持穩(wěn)定嗎？

生不能。因為大樓的地基占地面積小，地基不穩(wěn)。

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(yīng)該怎樣搭建，才能使大樓又高又穩(wěn)呢？你有哪些建議？

生大樓的底座要大，下大上小，才能保持穩(wěn)定。

師為什么大樓下大上小，就能更加穩(wěn)定呢？

生我們在三年級的時候?qū)W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(wěn)定。

生可以搭成三角形的形狀，因為三角形具有穩(wěn)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(xué)道理！你們可以把自己的想法運用到搭建的過程中。

[設(shè)計意圖：任務(wù)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(dǎo)學(xué)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(wù)，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(wù)二。

任務(wù)二

1. 在“15厘米×15厘米”的區(qū)域內(nèi)，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(xiàn)爆破。

師現(xiàn)在的任務(wù)跟剛才的任務(wù)相比，更具有哪些挑戰(zhàn)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(wěn)。

生不但要搭建，而且要爆破。

生在“15厘米×15厘米”的區(qū)域內(nèi)搭建。

師那我們應(yīng)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(shù)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(wěn)，該怎么辦呢？

生合理分配搭建材料;搭建的大樓結(jié)構(gòu)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(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過分析任務(wù)要求，明確需要完成的任務(wù);通過思考如何利用有限的材料搭建一座又高又穩(wěn)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(wù)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(yīng)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(dāng)爆破工程師的潛質(zhì)。（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(shè)置爆破點的理由。大家以小組為單位，一起來挑戰(zhàn)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(dāng)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(shè)置爆破點。

生我們小組認為，應(yīng)該爆破第二層右邊豎著的這根木條，當(dāng)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(wěn)定。

師你分析得非常有道理，我們來試一試。

（學(xué)生操作，并且爆破成功。）

師（出示相應(yīng)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(jīng)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(qū)域相對集中。

[設(shè)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(xué)生對爆破有深入的了解和思考，并意識到爆破點的設(shè)置需要根據(jù)實際情況進行考量。]

四、總結(jié)鋪墊

師同學(xué)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(jié)課我們繼續(xù)來挑戰(zhàn)！

[設(shè)計意圖：引向挑戰(zhàn)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究的興趣，為下節(jié)課爆破“摩天大樓”做鋪墊。]