教学案例 | 战无不胜、攻无不克的古老攻城利器

 

作者：湖州市安吉县天荒坪小学  朱焱平

前言

本文选自《融合·创新·分享：STEAM教育实践的湖州样本》一书的项目案例。作者是湖州市安吉县天荒坪小学的朱焱平老师。

案例《投石机》体现跨学科融合的教学理念，以学生为主体，以小组合作的形式思考、讨论、交流、实践的一个循环的过程，从而解决问题。教师主要起引导作用，引导学生联系已有的知识和生活实际进行操作。在制作过程中，需要学生具有较强的动手能力，以及对力学杠杆原理、数学三角稳定、抛物线、数据分析等跨学科知识的掌握和应用。本项目强调学生在学习的过程中收集信息、分析数据、进行设计和再创造的综合实践过程。

01

STEM项目《投石机》

本项目是浙江教育出版社出版的 《劳动与技术》 五年级上册主题三“竹木制作”的第二个系列活动。教材选择使用一次性木筷为制作材料，选材简单，易于加工。在本项目的学习中，学生需要联系已有的知识和生活实际来进行操作，在制作的过程中，需要较强的动手能力，以及对杠杆原理、三角形的稳定性、抛物线、数据分析等跨学科知识的掌握和应用。

02

实施过程

实施过程采用5E教学法，分为提出问题、准备阶段、阐述制作、展示评价四个环节。

提出问题

2018 年 5 月 11 日下午，安吉县举行了小学劳技“投石机定点投掷”竞赛活动，先分小组制作投石机，然后分别在3米、4米、5米的距离定点向靶标中心（直径80厘米，中心点离地1.2米的圆圈）投掷橡皮，计算得分。

准备阶段

本环节的目标是为解决项目中的问题做好知识、技能和方法的准备。

1. 教学准备

首先，教师播放电影 《指环王 3:王者无影》 中关于利用投石机攻城的片段，激发学生兴趣，并向学生提问——投石机给你留下怎样的印象？你对这样的投石机感兴趣么?

接着，教师展示投石机的图片和模型，并要求学生了解其构架与运作原理。

最后，教师准备教学PPT、投石机模型和图片、卷尺、跳高架、勺子、橡皮、矿泉水。学生准备15根筷子、30 根皮筋。

2. 技能准备

• 学生认识皮筋的特点和作用。
  教师讲解皮筋的两种捆绑方法，并比较两者的异同点。

  “一”字捆绑：将两根筷子固定住，然后沿顺时针或逆时针方向缠绕皮筋；“十”字捆绑：将皮筋套在一根筷子头上，然后十字交叉缠绕皮筋。

• 学生自由练习两种捆绑方法（固定——套住——绕圈）。

阐述制作

在了解了投石器的组成构造和运作原理后，教师引导学生利用杠杆原理和橡皮筋的特性设计可行性方案，最终呈现各自的投石机作品。

1. 绘制设计图

2. 制作投影出示支架和投射架

3. 设计研讨

• 学生思考、讨论自己小组制作的投石机有哪些创新之处？

• 学生思考、讨论自己小组制作的投石机有哪些需要解决的问题？

利用三角形最稳定的原理，对投石机容易发生扭曲的地方进行加固。

4. 试验、论证和修改方案

从3米、4米、5米的距离，定点向靶标中心（直径80厘米，中心点离地1.2米）投掷橡皮，计算得分。

学生讨论交流：为了使制作的投石机能赢得冠军，需注意哪几个方面？（投射距离、橡皮运动的路线、投射角度、皮筋数量等。）

而教师指导测量方法——用卷尺测出不同数量皮筋、不同投射角度的情况下，投石机的投射距离；用跳高架测试每次抛物线的最高点的高度。

学生在进行试验

学生以小组为单位，分别用1—4条皮筋，对两个变量进行试验，记录数据并画出简单抛物线。

测试记录单

投石机投射抛物线记录表

6. 测试模型

测试完成后，请学生谈谈测试过程中出现的问题。综合分析各小组的测试结果，展示不同投掷角度、不同皮筋数量情况下的投掷结果。

在测试完成后，每个小组对自己组的测试结果进行汇报。学生第一次测试时，在观察1—2根皮筋的时候结果还是比较准确，但是当皮筋的数量增加到3—4根时，投掷高度很高，距离较远，观察结果变得不够准确。

于是小组讨论交流解决的办法，所有学生都倾向于多投射几次，并且进行组内分工合作：2名同学负责观察高度，2名同学负责观察距离，1名同学负责投掷，1名同学负责测量。

这样通过多次、多人合作测试，最后汇总的结果准确度较高。

展示评价

在本节课的教学过程中，问题情境的出现，让学生充满兴趣。在探究的过程中，学生分小组进行测试，节约了时间。

通过测试，学生对于投射角度与投射力度有了更深刻的了解。数学、科学、工程等跨学科的融合，学生的合作意识和动手能力得到了充分的锻炼。

学习评价分为过程性评价和总结性评价。每一个模块中学生都对自己的成果进行阶段性评价，保证教学流程的顺利进行和教学环节的质量。教师对于学生学习成果也进行教学中的 评价，确保本 STAEM 项目学习目标的达成。

学生作品

03

案例分析

STAEM教育是融合性教育综合活动，着重关注学生多学科知识的融合，培养学生手脑并用的科学探究探究能力。

在项目的开展中，教师要遵循“循环设计”的理念，运用“思考、解难、测试、复核与改良”等循环手段，设计、制作具有创意的作品。学生运用所学的知识和能力，根据数据作出分析和推理，会令解难的过程更具说服力。

1.打破传统教学方法

本次活动就是教会学生认识记录、分析数据的重要性，这样可以起到事半功倍的效果。

2.强自主探究思路

本次项目的实施从情境的设置到影片的观看，都能充分引起学生的兴趣;从分析数据到动手实验，全部过程都是学生自主完成，教师只是起到引导的作用；从投石机的制作到抛物线的分析，再到最后的比赛，学生都充分参与其中。

3.强化团队合作意识

STEAM 项目学习强调团队合作，所以本项目从第一个活动开始，就是团队合作，并且分工明确。特别是后面在进行1—4根皮筋投射角度和距离的测量活动时，如果不是全班的团队合作，根本不可能在一节课的时间内完成，这也为以后进行大项目研究打下合作基础。团队合作是节约时间、提高效率的必由之路。

本项目以 STEAM 教育理念为核心，通过劳技课堂来展示。四个活动中，每一个活动都强调各个方面的整合，使学生善于运用自主、合作、探究的方式进行学习，强化了更高层次的思维技能，以工程为载体解决实际的问题，在原有基础上进行创新。

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来源｜STEM未来计划编辑

《融合·创新·分享：STEAM教育实践的湖州样本》是湖州市前阶段STEAM教育实践的成果，既有学校实践层面的典型经验介绍，又有教师开发的经典项目案例。

内容分学校篇和项目篇。学校篇介绍学校STEAM教育实践案例，包括学校简介、STEAM教育理念、课程的开发与实施、软硬件建设、未来规划等。项目篇详细介绍 STEM 教育项目设计、项目实施过程、案例分析等内容。

非常不错的一本书，能为广大教师提供普适性好、操作性强的STEAM教育实施方案和项目学习内容，为下阶段各学校开展STEAM教育实践提供借鉴。

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