优秀STEAM案例 | 抗震建筑的设计与制作

“抗震建筑的设计与制作”是由澳大利亚昆士兰科技大学教授English团队开发的STEM项目。该项目要求学生在一定的预算内，利用牙签、橡皮泥、剪刀、木杆、振动器表等材料，融合数学、工程、科学等知识，设计和搭造“抗震建筑”，并由模拟地震台进行震级测试。以“抗震建筑的设计与制作”项目作为课程学习内容，进行了指向深度学习的STEM教育模型的教学实践。

实施过程1.预热阶段

**①明确主题。**教师发放准备材料和活动手册，要求学生设计和搭造一座能够承受地震的建筑物。其中，地震等级通过模拟地震台来设定、展示，活动手册用来记录学生在项目实施过程中遇到的问题和想法。

**②呈现知识。**学生对项目的主题和目标形成自己的认识，通过教师讲解、浏览网络资源等初步了解抗震预防知识、理解搭造抗震建筑的基本原理，并准备牙签、木杆、剪刀等相关材料和工具。

**③创设情境。**教师通过播放地震相关影像资料和虚拟场景营造的真实情境体验，激发学生参与项目的兴趣和热情。

2.酝酿阶段

**①资料搜集。**将学生分成6个小组，各小组分别搜集抗震预防相关资料（如防震标准、设防等级、抗震注意事项等）和搭造抗震建筑的专业资料，解决如何选择抗震有利的建筑平面、如何选择技术和经济合理的抗震结构、如何处理主体结构与承重结构构件之间的关系等问题。

**②自主学习。**利用搜集的资料，各小组梳理基础性问题（如抗震建筑采用什么框架结构，墙体、梁柱使用什么材料等），设计抗震建筑三维模型并标记好尺寸，包括抗震建筑将采用什么形状、高度多少、使用交叉支撑还是锥形几何等。

**③解析任务。**将“抗震建筑”这个项目分解为目标单一的子任务，并确定每个子任务的具体内容。

3.发生阶段

**①团队合作。**小组成员发挥所长，完成“抗震建筑”项目的子任务，如墙体梁柱等零部件的制作、建筑的主体结构制作、防震的承重结构制作等。之后，将设计的三维模型变成实物作品。

**②展示产品。**学生向教师展示实物作品并进行测试，如将模拟地震台设为里氏震级4，测试制作的抗震建筑会发生什么情况、遇到什么问题等，并分享任务解决方案。

**③教师指导。**针对测试过程中抗震建筑出现的问题，教师给予指导、提出建议，如采用板柱结构等，以更好地防震抗震。教师有意识地引导学生就“如何改进会使设计更好”“是否有必要替代或构造全新的结构”等问题进行讨论。

**④完善产品。**学生结合教师和同学的建议，进一步完善抗震建筑作品。

4.成熟阶段

**①多元评价。**教师、学生共同根据活动手册的记录内容进行过程性评价，根据抗震产品检测进行作品评价，实现以评促改。

**②自我反思。**学生以学习报告的形式对抗震建筑作品进行反思，如总结抗震建筑的搭造经验，包括框架结构怎样设计、梁柱采用什么材料、柱间支撑和交叉横跨等细节问题应如何处理等，并反思作品的不足之处。

**③拓展迁移。**根据教师针对学习报告提出的反馈性意见，学生思考如何制作出成本更少、抗震效果更佳的建筑，并在实践中尝试。

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