爆破摩天大楼（第一课时）

沈丽

摘要：STEM教育课例《爆破摩天大楼》第一课时的教学目标为：（1）知道降低重心可使建筑物保持稳定;认识被爆破的物体倒塌的特点;能够搭建出高而稳的大楼;能够根据木条的长、宽、高，计算出搭建的大楼的高度。（2）通过分析简单结构，能够找准简单结构的爆破点。（3）通过搭建并爆破大楼，知道工程项目的设计需要反复地综合考虑。教学过程包括以下环节：动手搭建，初步感知;明确任务，归纳技巧;趣玩游戏，深度思考;总结铺垫。

关键词：STEM教育课例爆破摩天大楼

本节课为STEM教育课例《爆破摩天大楼》的第一课时，教学目标为：（1）知识与技能。知道降低重心可使建筑物保持稳定;认识被爆破的物体倒塌的特点;能够搭建出高而稳的大楼;能够根据木条的长、宽、高，计算出搭建的大楼的高度。（2）过程与方法。通过分析简单结构，能够找准简单结构的爆破点。（3）情感态度与价值观。通过搭建并爆破大楼，知道工程项目的设计需要反复地综合考虑。教学重点为：知道降低重心可使建筑物保持稳定。教学难点为：通过分析简单结构，能够找准简单结构的爆破点。教学准备为：每组10根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的长方形木条、1个Pad、2张任务单。

具体教学过程如下：

一、动手搭建，初步感知

师同学们都玩过搭积木吧？（展示积木）那你们见过这种积木吗？这种积木其实就是长方形的木条，它的长和宽都是1.5厘米，高是8厘米。你们能用10根这样的木条，搭建一座又高又稳的大楼吗？我们比一比，看看哪一小组搭建的大楼又高又稳。（出示图1）在搭建之前，老师想提醒大家注意以下几点。

任务一

任务：

用10根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的长方形木条，搭建一座又高又稳的大楼。提醒：

1.讨论的时候，音量控制在本小组的成员听得到的程度。

2.在搭建的过程中遇到困难时，可以寻求两位老师的帮助。

3.搭建成功后，用Pad拍照记录，并计算出大楼的高度。

4.用时5分钟，时间一到，立即停止。我们搭建的大楼高，横着摆放的木条有根，竖着摆放的木条有根。

计算大楼的高度：搭建大楼的技巧：

师时间到！请材料员将木条整齐地摆放在桌子的中间。

生（投影展示拍摄的大楼照片，如图2）这是我们小组搭建的大楼。我们将2根木条竖着摆放，做大楼的地基;然后将1根木条横着摆放在2根木条之上，使第一层由3根木条组成;再这样依次往上搭建两层;将最后1根木条竖着摆放，作为大楼的第四層。 我们搭建的大楼高36.5厘米。我们是这样计算的：木条竖着摆放时，高是8厘米，横着摆放时，高是1.5厘米，根据搭建的大楼形状，8+1.5+8+1.5+8+1.5+8=36.5厘米。

图2图3

师有没有谁能够更快地计算出大楼的高度呢？

生竖着摆放的木条是4层，直接用8×4=32（厘米）;横着摆放的木条是3层，直接用1.5×3=4.5（厘米）。32+4.5=36.5（厘米），所以大楼高36.5厘米。

（学生鼓掌。）

生（投影展示拍摄的大楼照片，如图3）我们小组搭建的大楼高28.5厘米。我们用3根竖着的木条当底层，再将1根木条横放在上面，整体作为第一层;接着在第二层竖着放2根木条，并将1根木条横放在上面;第三层和第二层一样搭建。竖着的木条有3层，3×8=24（厘米），横着的木条有3层，3×1.5=4.5（厘米）。24+4.5=28.5（厘米），所以大楼高28.5厘米。

师刚才的任务，大家完成得很漂亮。如果老师给你们更多根木条，将大楼继续往上搭建。大家预测一下：你们的大楼还能继续保持稳定吗？

生不能。因为大楼的地基占地面积小，地基不稳。

生越往上搭建，大楼上部越重，越容易倒塌。

生越往上搭建，大楼越容易斜，越容易倒。

师我们应该怎样搭建，才能使大楼又高又稳呢？你有哪些建议？

生大楼的底座要大，下大上小，才能保持稳定。

师为什么大楼下大上小，就能更加稳定呢？

生我们在三年级的时候学过，“降低重心，可以使物体保持平衡”。大楼底部大了，那它的重心就低了。重心越低，物体越容易保持稳定。

生可以搭成三角形的形状，因为三角形具有稳定性。

生还可以搭成立体的形状。

生大楼要搭得高，需要更多根木条。

师是的，大家很聪明，说得也很有科学道理！你们可以把自己的想法运用到搭建的过程中。

[设计意图：任务一为用10根木条搭建简单的大楼，并计算出大楼的高度，旨在引导学生初步感知搭建大楼的技巧以及快速计算大楼高度的方法。]

二、明确任务，归纳技巧

师其实，刚刚的搭建只是热身运动，还有一个大项目在等着你们呢！（出示图4）请看任务二。

任务二

1. 在“15厘米×15厘米”的区域内，用50根“1.5厘米×1.5厘米×8厘米”的木条，搭建一座不低于60厘米的大楼。

2. 用一根棉线拴住大楼的某根木条，拉动棉线使大楼倒塌，实现爆破。

师现在的任务跟刚才的任务相比，更具有哪些挑战性呢？

生搭建的木条由10根变成了50根。

生大楼的高度要有60厘米，不仅要高，而且要稳。

生不但要搭建，而且要爆破。

生在“15厘米×15厘米”的区域内搭建。

师那我们应该怎样搭建大楼呢？你有哪些建议？

生大楼的底部要大。

师大楼的底部要大，但木条的根数有限。如果我们把大部分木条都用来搭建地基，那大楼的高度能有保障吗？

生不能。

师所以，不能用很多根木条搭建底部。那搭建的大楼要又高又稳，该怎么办呢？

生合理分配搭建材料;搭建的大楼结构要合理。

师我们在完成项目的时候，常会遇到类似这样的困境。单从某一方面考虑，可能会忽略其他方面，因此要进行综合考量。

[设计意图：引导学生通过分析任务要求，明确需要完成的任务;通过思考如何利用有限的材料搭建一座又高又稳的大楼，意识到工程问题需要综合考量。]

三、趣玩游戏，深度思考

师我们在这个任务中，不仅要搭建，还要爆破。提到“爆破”，你们想到了哪些场景？

生我想到了气球的爆炸。

生我想到了用炸弹去炸毁敌人的营地。

生我在电影里看到过楼房的爆炸。

师炸弹炸毁敌营、电影里的楼房爆炸，这样的爆炸有什么特点呢？

生被炸的建筑物四处飞溅，可能会伤到人。

生四周的建筑物也会受损。

师（出示相应图片）这里有一栋需要爆破的大楼，紧挨着它的东、西、北三面都是居民楼，它的南面是一片空地。如果我们也像炸毁敌营一样，来爆破这栋大楼，你们觉得可以吗？

生这栋大楼的周围有居民楼，如果大楼往四周倒塌，会给居民带来安全隐患。

师那你建议怎样爆破这栋大楼呢？

生让大楼往南面空地上倒塌。

师你很聪明！老师来测一测谁最具有当爆破工程师的潜质。（出示图5）这是一个建筑物，请试着用一枚炸弹，只炸毁一根木条，使建筑物往左边倒塌，且倒塌后的建筑物高度低于白色水平线。你打算如何放置这枚炸弹呢？说一说你们设置爆破点的理由。大家以小组为单位，一起来挑战吧！

生（同步操作）炸毁建筑物最底层左边的木条。最底层的木条具有支撑整栋大楼的作用，当把最底层左边的木条移去时，建筑物的重心往左边偏移，建筑物向左边倒塌。

师老师再考考你们：同样的要求，你们能将建筑物往右边爆破吗？说一说你们打算如何设置爆破点。

生我们小组认为，应该爆破第二层右边竖着的这根木条，当它被爆破后，建筑物的第三层和第二层没有了支撑，将会倒塌;在第三层和第二层木条重力的作用下，第一层也会被压倒。如果爆破最底层中间的木条，建筑物会有最右边斜着的木条支撑，不会倒塌;如果爆破最右边斜着的木条，建筑物还有最底层的两根木条支撑，仍然保持稳定。

师你分析得非常有道理，我们来试一试。

（学生操作，并且爆破成功。）

师（出示相应图片）这里还有一栋大楼需要爆破。这栋大楼的四周都有建筑物。如果用刚才的爆破方式将其爆破，你们觉得合理吗？

生不合理。大楼的四周都有建筑物，往哪边倒塌都不安全。

师爆破这栋大楼时，大楼怎样倒塌才比较安全？

生往中间倒塌。

师在我们的生活中，经常会遇到这种情况。爆破工程师是如何进行爆破的呢？请看视频。（播放视频）视频中，大楼的爆破方式和我们用到的爆破方式一樣吗？

生不一样。

师哪里不一样？

生大楼几乎是原地倒塌的。

生爆破的大楼，倾倒的区域相对集中。

[设计意图：通过对爆破游戏的操作，以及解决生活中常见的爆破问题，让学生对爆破有深入的了解和思考，并意识到爆破点的设置需要根据实际情况进行考量。]

四、总结铺垫

师同学们，你们认为哪种爆破的难度最大呢？

生往中间爆破的难度最大。

师我们要么不玩，要玩就玩难度最大的。下节课我们继续来挑战！

[设计意图：引向挑战任务，激发学生继续探究的兴趣，为下节课爆破“摩天大楼”做铺垫。]