優(yōu)秀STEAM案例 | 抗震建筑的設計與制作

“抗震建筑的設計與制作”是由澳大利亞昆士蘭科技大學教授English團隊開發(fā)的STEM項目。該項目要求學生在一定的預算內，利用牙簽、橡皮泥、剪刀、木桿、振動器表等材料，融合數學、工程、科學等知識，設計和搭造“抗震建筑”，并由模擬地震臺進行震級測試。以“抗震建筑的設計與制作”項目作為課程學習內容，進行了指向深度學習的STEM教育模型的教學實踐。

實施過程1.預熱階段

**①明確主題。**教師發(fā)放準備材料和活動手冊，要求學生設計和搭造一座能夠承受地震的建筑物。其中，地震等級通過模擬地震臺來設定、展示，活動手冊用來記錄學生在項目實施過程中遇到的問題和想法。

**②呈現知識。**學生對項目的主題和目標形成自己的認識，通過教師講解、瀏覽網絡資源等初步了解抗震預防知識、理解搭造抗震建筑的基本原理，并準備牙簽、木桿、剪刀等相關材料和工具。

**③創(chuàng)設情境。**教師通過播放地震相關影像資料和虛擬場景營造的真實情境體驗，激發(fā)學生參與項目的興趣和熱情。

2.醞釀階段

**①資料搜集。**將學生分成6個小組，各小組分別搜集抗震預防相關資料（如防震標準、設防等級、抗震注意事項等）和搭造抗震建筑的專業(yè)資料，解決如何選擇抗震有利的建筑平面、如何選擇技術和經濟合理的抗震結構、如何處理主體結構與承重結構構件之間的關系等問題。

**②自主學習。**利用搜集的資料，各小組梳理基礎性問題（如抗震建筑采用什么框架結構，墻體、梁柱使用什么材料等），設計抗震建筑三維模型并標記好尺寸，包括抗震建筑將采用什么形狀、高度多少、使用交叉支撐還是錐形幾何等。

**③解析任務。**將“抗震建筑”這個項目分解為目標單一的子任務，并確定每個子任務的具體內容。

3.發(fā)生階段

**①團隊合作。**小組成員發(fā)揮所長，完成“抗震建筑”項目的子任務，如墻體梁柱等零部件的制作、建筑的主體結構制作、防震的承重結構制作等。之后，將設計的三維模型變成實物作品。

**②展示產品。**學生向教師展示實物作品并進行測試，如將模擬地震臺設為里氏震級4，測試制作的抗震建筑會發(fā)生什么情況、遇到什么問題等，并分享任務解決方案。

**③教師指導。**針對測試過程中抗震建筑出現的問題，教師給予指導、提出建議，如采用板柱結構等，以更好地防震抗震。教師有意識地引導學生就“如何改進會使設計更好”“是否有必要替代或構造全新的結構”等問題進行討論。

**④完善產品。**學生結合教師和同學的建議，進一步完善抗震建筑作品。

4.成熟階段

**①多元評價。**教師、學生共同根據活動手冊的記錄內容進行過程性評價，根據抗震產品檢測進行作品評價，實現以評促改。

**②自我反思。**學生以學習報告的形式對抗震建筑作品進行反思，如總結抗震建筑的搭造經驗，包括框架結構怎樣設計、梁柱采用什么材料、柱間支撐和交叉橫跨等細節(jié)問題應如何處理等，并反思作品的不足之處。

**③拓展遷移。**根據教師針對學習報告提出的反饋性意見，學生思考如何制作出成本更少、抗震效果更佳的建筑，并在實踐中嘗試。

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