孫磊 楊建 趙金英 布琳

本項目來源于山東省科技館教育活動體系STEM主題系列，是館校合作項目中的實踐活動之一。項目對接《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準》，結(jié)合山東省初中物理8年級現(xiàn)行教材“力學(xué)”內(nèi)容，綜合利用場館資源，引入要解決的工程問題，以設(shè)計制作一座橋梁模型為主題，分析在該情境中需要完成的工程任務(wù)，將港珠澳大橋的奮斗精神和大國工匠精神融入其中，注重學(xué)科知識領(lǐng)域的相互滲透和聯(lián)系，立意高遠，目的明確，活動生動，是學(xué)校教育和校外教育銜接的創(chuàng)新形式，是綜合實踐育人的有效途徑。

教學(xué)對象與學(xué)情分析

教學(xué)對象：初中7 9年級學(xué)生。

學(xué)情分析：該階段學(xué)生已經(jīng)了解工程設(shè)計的基本步驟，可以在綜合考慮各種因素和限制條件后設(shè)計一個作品;可以在教師引導(dǎo)下，運用已有知識設(shè)計實驗，用科學(xué)方式收集數(shù)據(jù)并進行對比、分析，得出結(jié)論。該年齡段學(xué)生獨立意識和求知欲強烈，樂于通過多種方法進行探究，并可以與他人進行深入的分工合作，對自己和他人想法提出建議并對探究過程作出改進。

教學(xué)目標

科學(xué)知識：依據(jù)橋梁的設(shè)計及制作過程了解簡單的科學(xué)知識原理，如材料、力學(xué)、結(jié)構(gòu)等。

科學(xué)探究：對自然現(xiàn)象保持好奇心和探究熱情;通過積極交流和討論，培養(yǎng)科學(xué)探究活動中的主動參與性。

科學(xué)態(tài)度：培養(yǎng)認真細致、善于思考、善于發(fā)現(xiàn)問題、善于動手實踐的科學(xué)態(tài)度。

科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境：深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記系列重要講話精神，弘揚港珠澳大橋奮斗精神，將培育踐行使命、勇于跨越、精益求精、追求卓越的大國工匠精神融入其中，秉承“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，著力提高社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實踐能力。

教學(xué)重點與難點

重點：認識不同類型的橋梁及受力分析;了解橋梁加固的思路;探索材料結(jié)構(gòu)與強度的關(guān)系。

難點：了解并能夠分析橋梁的主要受力;了解橋梁加固的思路;了解材料結(jié)構(gòu)與強度的關(guān)系，并能夠在橋梁建模中靈活運用。

教學(xué)過程

情境導(dǎo)入，確立任務(wù)（1課時/40分鐘）

階段目標：以彰顯科技的特效影院感受當今科技成果，直觀體驗港珠澳大橋的雄偉與壯觀;通過主題宣傳片的內(nèi)容與感悟，激發(fā)探究欲望，引入主題及教學(xué)內(nèi)容。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生走出課堂，在觀影的情境過程中感受大國工匠精神，引入項目主題并激發(fā)探究與學(xué)習(xí)的興趣。

學(xué)情分析：初中階段的學(xué)生對事物有了較強的分析及辨別能力，感悟能力也進一步提高，在情境中融入主題更能激發(fā)學(xué)生對科技發(fā)展成果的成就感和學(xué)習(xí)港珠澳大橋建設(shè)者的奮斗精神。

教學(xué)策略：情境教學(xué)和多媒體教學(xué)策略。

活動過程：①觀看《港珠澳大橋宣傳片》。②觀影感悟，引導(dǎo)主題。通過觀影感受港珠澳大橋的震撼與輝煌，分享心得，引導(dǎo)學(xué)生體會橋梁人的不易及奮斗精神。③確立工程任務(wù)。利用設(shè)想的情境，導(dǎo)出建造橋梁模型的工程任務(wù)。

背景知識的分析與探究（2課時/80分鐘）

階段目標：結(jié)合工程任務(wù)要求，分析并解決完成任務(wù)所需要的科學(xué)問題和工程問題;能夠認識4種基本類型橋梁;借助于體驗展品，探究橋梁的受力;了解三角形的穩(wěn)定性，進行簡單的紙橋加固活動。

設(shè)計意圖：依據(jù)生活經(jīng)驗引入橋梁主題，借助工程問題的提出，完成設(shè)計并制作一座能滿足一定工程任務(wù)要求的橋梁模型。這項任務(wù)的背景知識的學(xué)習(xí)，同時將認識橋梁類型、學(xué)習(xí)加固簡單橋梁的方法，以及體驗材料的結(jié)構(gòu)與強度等知識目標融入其中，讓學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決問題的方法。

學(xué)情分析：本階段主題內(nèi)容依據(jù)《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準》“科學(xué)探究”“物質(zhì)科學(xué)”部分的課標內(nèi)容，結(jié)合人教版8年級下冊第7章“力學(xué)”部分，在探索橋梁結(jié)構(gòu)及受力分析的同時將學(xué)生既往經(jīng)驗進行整合及融合，引導(dǎo)并促進知識點的吸收。

教學(xué)策略：啟發(fā)式教學(xué)，自主學(xué)習(xí)，探究式學(xué)習(xí)，聯(lián)系生活教學(xué)策略。

活動過程：教師引導(dǎo)學(xué)生分析該項工程任務(wù)，提出需解決的科學(xué)問題和工程問題，并通過4項活動環(huán)節(jié)逐一解決。①認識各種類型的橋梁。通過提問、觀察和討論，結(jié)合學(xué)生手冊，引導(dǎo)學(xué)生了解橋梁的分類，通過結(jié)構(gòu)特征可以辨別橋梁類別。②展品探究——體驗并分析橋梁受力。結(jié)合山東省科技館“交通與能源”“物質(zhì)與運動”展區(qū)主題展品的直觀體驗，辨別橋梁類型及承重結(jié)構(gòu);感受力的存在，能對橋梁進行初步受力分析，為橋面的加固設(shè)計奠定知識基礎(chǔ)。③搭建撲克牌紙橋。通過紙牌橋的搭建和測試，探究橋面的加固方法并進行匯總和分類。④模擬制作鋼材結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)實橋梁中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)造型;選取不同材料模擬制作，體會材料的強度，思考鋼材結(jié)構(gòu)在加固橋梁中的作用。

解決問題（2課時/80分鐘）

階段目標：靈活應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計并建造一個具有一定承重性能的橋梁模型。

設(shè)計意圖：通過橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作培養(yǎng)工程制造能力，并在制造過程中培養(yǎng)解決問題的能力和團隊合作能力，增強創(chuàng)新意識和實踐能力;養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，初步形成科學(xué)的世界觀。

學(xué)情分析：本階段內(nèi)容主要依據(jù)教育部《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準》中“科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境”部分，注重工程技術(shù)的融入。初中學(xué)段的學(xué)生動手性強，有主動思考及發(fā)現(xiàn)問題的能力，借助于工程問題的解決，更能激發(fā)興趣和挑戰(zhàn)。

教學(xué)策略：合作學(xué)習(xí)教學(xué)策略、探究式教學(xué)策略。

活動過程：①設(shè)計橋梁模型。重申任務(wù)要求，組織小組討論進行初步設(shè)計，按照一定比例繪制出設(shè)計圖。②制作與測試。測試橋梁模型能否通過最基本的承重測試，橋梁模型抗彎曲能力是否達標，并將測試結(jié)果記錄下來。③改進及完善。依據(jù)測試結(jié)果，不斷對設(shè)計方案進行完善及改進優(yōu)化。④海報設(shè)計。設(shè)計要求包括橋梁主題、小組名稱和成員、橋梁設(shè)計圖、設(shè)計思路和橋梁創(chuàng)新點。

分享與總結(jié)（1課時/40分鐘）

階段目標：運用背景知識對所制作的橋梁進行思路總結(jié)、交流與展示。

設(shè)計意圖：小組成員分析小組作品，總結(jié)設(shè)計思路、創(chuàng)新點及不足，探究在此基礎(chǔ)上的加固方法。通過交流與展示，將多種作品成果呈現(xiàn)，增強小組榮譽感，符合STEM教育開放性的特征。

項目評估

采用師評（教師與科技館輔導(dǎo)員）、互評、自評、實踐操作相結(jié)合的方式對本項活動進行綜合評價?；顒右韵到y(tǒng)性、知識性、科學(xué)性、趣味性、體驗性、直觀性、安全性7個方面為原則進行評價。

實情況

“橋世界——STEM綜合實踐活動”自2018年研發(fā)實施以來，面向小學(xué)中高年級段、初中生學(xué)段學(xué)生開展實施15次，同時面向山東省內(nèi)中小學(xué)科技骨干教師培訓(xùn)課程實施2次，總課時數(shù)達102學(xué)時，受眾近800人次，得到參與者的一致好評，作為館校合作項目中綜合實踐活動的開展效果顯著。目前，省內(nèi)很多中小學(xué)校已將它引進學(xué)校的實踐課中，并作為學(xué)校科技節(jié)的實踐及拓展項目，切實實現(xiàn)館校合作項目資源“走出去”的目標。