1、纸牌屋STEM 课程之识别边界并不断改进 李佩宁 美国教育联合会驻华代表处 作者简介：李佩宁, 美国教育联合会驻华代表处;E-mail: (北京;100027) 书本上往往提供或寻求最优解, 但是在实际生活中, 任何一个问题都是有限制条件的。学生需要习得工程师的思维方式, 在限制条件内通过尝试, 不断完善, 寻求一个次优的解决问题的方案。这种思维方式有利于学生形成批判性思维, 养成反思的习惯, 对今后的学习、工作和生活都有极大益处。一、课程重点本课程通过使用纸牌搭建房屋结构, 让学生了解工程建造领域中设计、实验、反思与改进的思维模式。在这个项目中, 学生要自行找到使用纸牌搭建房屋的限制条件,
2、在限制条件内找到解决方案, 并通过实验评估方案的合理性, 进一步完善设计。【涉及领域】工程、设计、物理、数学、建筑学【建议年级】小学低年级【建议时间】基础课程 130 分钟, 拓展课程 30 分钟二、课程任务在第一次和第二次搭建时, 学生遇到的是不同的限制条件。学生需要首先识别这样的限制条件, 根据条件迅速调整设计, 才能够更好地完成课程任务。通过完成纸牌屋承重的课程任务, 学生感受现实生活中遇到问题的解决思路, 即识别限制条件、搜索资料、提出想法、选择一个想法并完善、测试及改进。三、课程步骤1. 导入任务 (20 分钟) 教师先将学生分成几个小组, 然后发给每个小组一副纸牌, 宣布只能使用纸
3、牌搭建一个至少高 30 厘米的房屋。学生会发现, 第一次任务并没有过多的要求。只要达成 30 厘米这个条件即可, 而且对于纸牌的使用方式也没有特别说明。教师应当巡视观察各组情况, 用以下问题进行引导。(1) 怎样使用纸牌?要求里有提到吗?(2) 纸牌能不能折叠?打孔?撕开?(3) 使用胶水是否允许?使用胶带是否允许?(4) 可以使用多少张纸牌?是用尽量少的纸牌好, 还是把整副牌使用完好?学生会对限制条件这个概念有进一步的认识。在下一次实验时, 学生会首先在小组内统一对限制条件的识别, 在限制条件内进行创意和制作。2. 讨论 (15 分钟) 大部分学生完成后, 教师引导学生进行讨论, 同时邀请一
4、些比较有代表性的制作小组进行简单的展示, 谈谈设计的思路和制作的过程。可以用以下问题进行引导。(1) 在制作过程中, 出现了哪些问题?(2) 你是如何解决这些问题的?(3) 这个建筑和真实的房屋有什么不同?请列举。(4) 房屋结构是怎样的?(5) 房屋受到哪几方面的力?(6) 现实中的房屋为什么不会整体移动?在这个环节, 教师可以使用图片 (见图 1) 或者视频, 简单介绍房屋的结构。如果学生的力学知识足够, 还可以讨论房屋的受力情况。如果学生不了解, 那么在课程的最后环节再来进行讨论。图 1 房屋的结构及受力情况 下载原图3. 宣布任务及评价量规 (5 分钟) 【宣布任务】用纸牌制作出至少高
5、度为 30 厘米的房子, 房子需要承受至少一本16 开书的重量而不倒塌。材料:纸牌一副、热熔胶枪。宣布任务后, 呈现评价量规 (见表 1) 。表 1 课程任务评价量规 下载原表 4. 设计 (15 分钟) 各小组需要识别限制条件产生了哪些方面的变化, 在第一次设计的基础上进行改进。与导入任务不同, 正式任务从使用材料上、需要达成的目的上都发生了变化。教师应当引导学生首先进行头脑风暴, 选取较为合理的创意方案, 然后进一步深化设计。小组达成一致后, 开始制作设计图纸。设计图纸要求结构完整、搭建步骤完整、使用材料标注清楚。完成后, 到教师处领取纸牌和热熔胶枪。5. 制作 (35 分钟) 各组按照设
6、计图纸进行制作。要注意热熔胶枪的使用安全, 如有必要, 教师应当专门抽出时间来讲解热熔胶枪的使用方式, 并安排组内每一位成员都试用一次。在制作过程中, 教师应进行巡视。如果在制作过程中需要修正原来的设计, 可以协助学生进行修正, 并修改设计图纸。要让学生记录修改的全过程。6. 测试 (10 分钟) 测试时, 需要测量房屋尺寸;使用 16 开书本测量房屋承压能力;统计使用纸牌数量。7. 展示 (30 分钟) 给每个小组至少 5 分钟的时间介绍制作的过程。从识别限制条件开始, 询问学生课程任务的变化给小组的制作方案带来了哪些不一样的地方。其他小组可以自由进行发问, 组内成员需做出解答。8. 总结 (拓展, 30 分钟) 教师可以补充讲解房屋的基本知识, 并选取一两组具有代表性的作品作为补充讲解的样品。然后, 要求学生思考以下问题。(1) 某个纸牌屋的建造是否合理?合理在什么地方?不合理在什么地方?(2) 不同位置的纸牌分别承担了房屋的什么作用?(3) 房屋的功能需求是什么?结构需求是什么?(4) 房屋是尽量高好还是矮好?为什么?在该环节, 教师可以抽取在前一环节的展示中发言较少的学生回答问题。
