国外优秀STEAM教育案例 :意大利面桥梁

原标题:国外优秀STEAM教育案例 :意大利面桥梁

本案例引自美国工程教育网站

“意大利面桥梁”

课程简介

土木工程师设计了建筑物、水坝、高速公路和桥梁等结构,为我们的生活提供了便利。学生团队通过使用意大利面作为主要的建筑材料,来制作桥梁并探索工程领域。最后学生通过测试自己制作的桥梁,看看桥梁的最大承重量。

相关工程知识

在建造桥梁,许多工程师在不同的工程部门工作。土木工程师负责此类结构的设计和施工,但他们也与机械工程师和材料工程师一起设计最稳定的结构。这些工程师在制定计划时必须考虑许多可变因素,比如要跨越的距离、桥梁在哪里建造、预期的交通类型、可用的材料、预算以及桥梁的外观等。

课程基本信息

年级:七年级

课时:2课时

团队规模:3人

学科领域:科学和技术

学习目标

学生在活动后,能够创建一个设计方法,

进行小组工作,构建土木工程师使用的技术

材料清单

1磅干意大利面(消耗性成本1美元)、胶枪、胶棒、1包各种重量(从5到50磅)的砝码、大浴缸(或报纸散开,使清理更容易)、2张桌子(相距1英尺)、金属条(用作道路)、链(举重)

课程引言

你认为谁在我们镇上创造了人造建筑?谁能确保我们使用它们是安全的?(听取学生的想法。)土木工程师设计和建造建筑物,水坝,高速公路,摩天大楼和桥梁等建筑。

我们可以通过建立桥梁来探索工程领域。然后我们在它们中断的时候判断它们的最大承重量。让我们开始吧!

活动任务

学生以团队为单位,根据所给材料来设计并制作一座桥,测试此桥的最大承重。

课程步骤

1.向学生展示可用的“建筑材料”,包括用于测试的金属条“道路”,链条和重量。

2.将班级划分为学生团队。

3.让团队在纸上画出他们的桥梁设计。确保桥梁足够长,以跨越两个表之间的指定距离。

4.使用热胶将桥固定在一起。

5.当桥梁完工时,测试它们的强度。放置一座桥,使其横跨两个桌子之间的间隙。在桥下放置一个浴缸或展开的报纸,以捕捉落下的碎片,使清理更容易。

6.把金属条放在桥上(如道路)。然后在链条上施加重量,从5磅开始,最多50磅,或直到桥断裂。

7.最后进行课堂讨论,比较结果并得出结论。使用调查问题作为结论评估。

安全问题

1.小心不要被热胶水和热胶枪烫伤。

2.戴安全眼镜。

3.小心重量下降。

调查问题

1.添加更多重量时发生了什么?这座桥是什么样的?

2.增加桥梁的高度是否会增强?

3.有哪些方法可以改善你的设计?

评定

1.将调查问题分配为测试,测验或家庭作业。回顾学生的答案,以衡量他们的理解力。

2.让学生记录他们的桥梁在失败之前承受了多少重量。然后,作为一个班级,创建一个直方图,显示每个桥梁的重量。讨论哪种设计能够承受最大的重量和原因(材料,几何形状,胶水的使用等)。

资料补充

对于更高等级的设计,需要增加额外要求,以在设计中加入桁架系统以加强桥梁结构。结合建筑/装配模式使桥梁侧面和底部更坚固。为了帮助产生想法,请向学生展示图1中的示例桁架桥设计。指出设计是如何通过将通常包括三角形的图案放在一起的短直片制成的。

案例分析

教学主题:

这是典型的以桥梁设计为主线的STEM课程。透过生活中的桥为主题,其教学目标在于通过制作完成能够承受最大重量的桥梁,理解结构和承重之间的关系。

教学内容:

案例中的知识结构面广,涉及跨学科知识,如:工程因素考虑(可变因素),跨越的距离(数学)、桥梁在哪里建造(地理、地质)、预期的交通类型(交通)、可用的材料(材料)、预算(资金)以及桥梁的外观(艺术),培养学生跨学科知识应用与综合性思维进而解决工程问题。

教学教法:

教师透过小组合作方式进行桥梁设计、并解决问题(最大承重)、要求学习者进行活动历程的记录并探讨哪一种设计能承受最大重要与原因。设计给学生的调查问题可视为来引导学生进行探究式学习的脚手架, 提醒学生在进行最终测试之前的反思与如何进行修正设计。

教学材料:

该教学案例主要使用意大利面为材料进行桥梁设计制作, 材料取自日常生活中便于课堂实践。

其他:

值得关注的是教学设计考虑到课程活动中的安全议题、并提醒学习者活动过程的注意事项。此外教室有意地提供多种桥梁结构的范例图,以协助学生进行深度讨论与桥的最佳结构探究。

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