STEM主题教学案例——会动的房子

会动的房子

泉州市丰泽区实验小学   许丽玲

【主题内容分析】

对于每一个为生活而辛苦着的人来说，房子，那就像蜗牛的壳，即使再小，那也是一个安身立命之所。人类文明进步以来，对住宅的要求在不断摸索中前进，居住环境有了很大的变化，小小的"蜗牛壳"，背负了几个世纪人"家"的梦想。

随着科技的发展，各种主题风格，建筑形式多样的房子出现在我们面前。房产开发商也绞尽脑汁吸引顾客投资买房。在人民生活水平日益提升的今天，怎样才能建造一栋别具特色的，能够满足所有人需求的房子呢？特别是在房子朝向这个问题上，能建造一座让每家每户都机会均等的、可以朝向各个方向的房子吗？本项目包含了以下活动流程：

确定需求与调查研究活动一：创设情境，项目导入

活动二：查阅资料，自主学习

分析观点活动三：寻找搭建材料，设计一座能实现分层旋转的大楼

建立模型活动四：小组成员合作，尝试搭建模型

测试优化与解决问题活动五：旋转大楼的性能测试

品发布与拓展延伸活动六：“旋转大楼”展示与评价会

【主题教学目标】

科学（S）

• 知道滚动与滑动两种运动方式的摩擦力不同，滚动摩擦力小、滑动摩擦力大。

• 知道中心轴在旋转运动中的支承作用。

• 知道磁铁磁极的相互作用，同极相互排斥、异极相互吸引。

• 知道不同材料具有不同性质。

技术（T）

• 知道滚动与滑动两种运动方式的摩擦力不同并能加以利用。

• 知道中心轴在旋转运动中的支承作用并加以利用。

• 知道磁铁磁极的相互作用并加以利用。

• 能描述不同物体的特征和材料的性能并加以利用。

• 能在观察材料特征的活动中进一步掌握观察方法。

工程（E）

• 会绘制房子模型的设计图、能制作可分层旋转的房子模型，知道设计图纸在工程活动中的指导与检验作用。

• 了解工程师依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。

• 通过设计、搭建、测试、优化让学生体验工程实践的一般过程，培养学生的工程素养。

数学（M）

• 知道在直径相等的情况下，圆形面积比方形面积大

【试用年级】

六年级

【建议课时】

5-6课时

【材料清单】

【主题教学过程】

第一课时：确定需求与调查研究

目标：

• 了解工程师依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。

• 了解科学技术推动着人类社会的发展和文明的进程。

• 知道滚动与滑动两种运动方式的摩擦力不同，滚动摩擦力小、滑动摩擦力大。

• 掌握科学调查与学习的手段，学会合作。

活动一：创设情境，项目导入

视频情境：购房者买房，坐北朝南的房子通风好，采光足，但是总价贵；没有南北通透的房子阴暗潮湿，价格便宜一些。

确定需求：建造一座让每家每户都机会均等的、可以朝向各个方向的房子。

活动二：查阅资料，自主学习

1.调查楼市市场，了解各种房子朝向的优缺点

南朝向：南北通透通风好，采光非常充足，具有冬暖夏凉的特点。

东南朝向：采光相对来说比较好，然而通风却一般。

东朝向：采光是较好，但是通风比较差。

西南朝向：采光比较好，只是有一定西晒的困扰。

西朝向：采光时间比较短，夏日午后室内会出现暴晒的情况。

北朝向：这个朝向采光是最差的，但是夏日会感觉比较凉爽，而冬季则会较阴冷。

2.查阅资料，了解房子的发展史

三万年前，我们的祖先住在山洞里或树上，这就是所谓的"穴居"和"巢居"；距今约六七千年前的石器时代，当时的民居主要是半地穴式房屋和干栏式建筑；商周时期已有较为成熟的夯土技术，便有了了干栏式木骨泥墙建筑；秦砖汉瓦是秦汉统一后的代表语汇，魏晋南北朝出现了"舍宅为寺"单体建筑；明清时期白墙青瓦这样的民居记载着当地居民古朴典雅的生活气息；上世纪八十年代建造了规模较大的楼梯式多层小区，如今，时代在发展，科技在进步，一座座摩天大楼拔地而起。

3. 查阅分析资料，了解旋转结构相关知识

资料链接：
旋转(xuán zhuǎn):物体围绕一个点或一个轴做圆周运动。

轴(shaft)：是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。机器中作回转运动的零件就装在轴上。

第二课时：分析观点

目标：

• 能描述不同物体的特征和材料的性能并加以利用。

• 能在观察材料特征的活动中进一步掌握观察方法。

• 知道中心轴在旋转运动中的支承作用。

• 会绘制房子模型的设计图。

活动三：寻找搭建材料，设计一座能实现分层旋转的大楼

1.如果不是用中心轴固定支承每一层的房子独立旋转，而是在整栋房子的下面安装驱动力驱动整栋楼层旋转，合理吗？存在什么安全隐患？了解中心圆轴在旋转当中的支承作用。

提示：要想做一座可以牢固的旋转大楼，要从房子的整体结构考虑，而不是某个部位。中心轴固定不动相对牢固，每一层的连接处越紧密就越安全。

2.了解身边有什么能够找到的低成本的材料，这些材料有什么特点，对设计分层旋转的大楼有什么作用？

提示：设计的方案应符合房子的基本外形特征。

3.你们主要用什么方法实现房子的分层旋转功能？运用到了哪些科学知识？

资料链接：利用滚珠轴承可以减少旋转过程中产生的摩擦力；利用磁铁同极相互排斥可以形成磁悬浮旋转。

4.设计分层旋转大楼的模型，我们应该考虑哪些因素呢？

功能、美观、节省材料成本、安全性……

5.分组寻找搭建的材料，并且绘制设计方案。

第三课时：建立模型

目标：

• 能根据设计图纸的方案进行制作、知道设计图纸在工程活动中的指导与检验作用。

活动四：小组成员合作，尝试搭建模型

1.根据图纸搭建旋转大楼的模型，制作的模型要与图纸吻合。

提示：在解决工程问题的过程中，图纸是重要环节，包括工程内部布置情况、外部形状，以及装修、构造、施工要求等内容，是指导和检验工程的标准。改进旋转大楼要从图纸开始，而不是在搭建的过程中随意改变。通过绘图与搭建步骤的问题，引导学生认识工程图纸的重要性，明白任何一件产品，都需要先有设计，然后根据设计制作出相应的产品。

2.小组展示初步成型的旋转大楼模型。

方案一：（滚珠轴承连接）

方案二：（卡扣连接）

方案三：（磁铁同极悬浮连接）

第四课时：测试优化与解决问题

目标：

• 能够在制作完成后有效测试旋转楼房的效果，并能总结经验不断优化模型。

• 体会不断改进设计对结果的影响。

活动五：旋转大楼的性能测试

1. 测试任务

   怎样知道自制的旋转大楼模型是否有效旋转？旋转顺畅程度如何？

1. 任务要求：

   （1）旋转过程中，模拟房子的零件要能绕轴平滑旋转，且不会出现掉落的问题。

   （2）旋转数量为每层都可以独立绕轴旋转2周。

   （3）分工合作，并完成项目报告单的测试部分。

   3.小组测试

   各小组记录旋转过程中出现的问题，以检测自制的旋转大楼旋转效率如何。师巡视并用希沃教学助手直播记录各小组的测试过程及测试结果。

   4. 收集统计结果

   收集汇总测试结果，完成旋转大楼的评价表。

   第五课时：产品展示与评价

目标：

• 体会“提出问题——设计方案——进行制作——实践测试——改进再制作测试——形成产品”的工程技术流程。

• 能从经济效益、社会效益、环境效益等方面评价旋转大楼。

活动六：旋转大楼展示与评价会

1.小组代表汇报展示：设计制作的成品及项目报告单

（1）展示制作的旋转大楼，阐述设计意图及测试的结果。

（2）设计制作过程中遇到了哪些困难？怎么解决的？

（3）你认为你设计的旋转大楼还存在什么不足之处？怎么改进？

（4）你认为设计的旋转大楼在将来能否真正投入到房子的建设中，是否具有发展前景？

2. 依据各组的汇报，各小组投票评选出“最佳设计奖”、“最佳创意奖”，并为获奖的小组颁发荣誉证书。

3.拓展延伸：视频分享迪拜达芬奇塔。

【板书设计】

项目                                 

【附：项目活动记录单】

项目活动记录单

第小组