《小小橋梁工程師——紙橋承重挑戰(zhàn)》五年級科學STEM教學設計案例——基于工程實踐的跨學科整合課例▍一、教學背景與設計理念橋梁是生活中常見的交通樞紐結構對學生而言既熟悉又充滿技術魅力。本教學設計以“紙橋承重”為載體，融合科學（結構與力）、技術（材料加工）、工程（設計迭代）、數學（測量與數據）四大要素，引導學生通過“發(fā)現(xiàn)問題—設計方案—動手實踐—測試改進”的工程流程，體驗從抽象概念到具象造物的完整思維過程。五年級學生已具備基礎的觀察歸納能力和動手操作能力，課程通過真實情境任務驅動，打破學科壁壘，培養(yǎng)其系統(tǒng)思維與創(chuàng)新實踐素養(yǎng)。▍二、教學目標（一）科學探究目標通過觀察不同橋梁結構的受力特點，能提出影響承重能力的關鍵因素假設（如形狀、厚度、支撐方式）。在實驗中運用控制變量法，收集并對比不同紙橋模型的承重數據。（二）工程實踐目標能根據任務要求（材料限定為A4紙與膠帶，跨度固定），繪制包含尺寸標注在內的橋梁設計草圖。經歷“設計—制作—測試—反思—改進”的工程迭代過程，完成至少1次模型優(yōu)化。▍三教學準備**類型****具體內容**---------------------------------------------------------------------------------------------**教師材料**橋梁結構動畫視頻簡易力學教具（彈簧測力計重物）學生優(yōu)秀作品案例圖**學生材料**A4紙5張、雙面膠1卷、剪刀（每組1把）、直尺、回形針若干（模擬“車輛”重物)**環(huán)境布置**4人小組圍坐操作臺，配備電子秤（精確到克）、記錄單模板▍四、教學過程（一）情境導入：橋梁危機事件（1課時）1.問題驅動播放“暴雨沖毀簡易木橋導致村莊交通中斷”新聞片段，提問：“如果我們是應急工程師，如何用有限材料快速搭建一座臨時便橋？”引導學生聚焦核心需求——用最少材料實現(xiàn)最大承重。**2科學前置探究分組提供平板、拱橋、斜拉橋模型圖片，用彈簧測力計演示不同結構的受力差異學生通過觸摸泡沫橋梁模型自主發(fā)現(xiàn)：三角形結構比四邊形更穩(wěn)定（科學：結構穩(wěn)定性原理）橋面厚度增加能提升抗彎曲能力（科學材料特性）（二）工程挑戰(zhàn)：紙橋迭代設計（2課時）階段1：方案論證（30分鐘）分發(fā)《工程設計手冊》，要求標注橋梁類型、跨度（20厘米固定）、主要承重結構。教師巡視時追問：“你的設計中哪些部分參考了真實橋梁？為什么選擇這種形狀？”“反常識實驗”：將A紙對折三次形成“槽型梁”承重能力顯著提升，引發(fā)學生對“材料形態(tài)改變影響性能”的認知沖突。**階段2：模型制作（40分鐘）強調安全規(guī)范（剪刀使用方法）后，學生按設計圖施工教師重點觀察工程協(xié)作表現(xiàn)：是否有人負責材料裁剪有人負責結構組裝（技術分工）遇到膠帶粘性不足等問題時是否嘗試折疊加固材料（創(chuàng)造性解決問題）階段三測試改進出示“橋梁驗收標準”承重達到500克且橋面無明顯塌陷為“合格橋梁用回形針逐枚加載測試同步記錄數據：|測試次數|承重克數|橋面形變情況|改進措施|--------------------------------------------第1次280克中間彎曲明顯增加橋墩數量第2次420克兩端輕微翹起橋面折疊成波浪形1.多維評價技術維度稱重達標情況結構創(chuàng)新性匯報維度圖紙與實物一致性改進邏輯清晰度合作維度小組任務分工表（課前填寫）2.跨學科聯(lián)結數學教師介入指導：用幾何圖形分析橋面結構的對稱性計算材料使用率紙橋自重÷承重重量）滲透“效率”概念。▍五、教學延伸與反思（一）差異化拓展基礎任務：用給定材料復刻經典橋梁結構；進階任務：嘗試用報紙等環(huán)保材料制作“可持續(xù)橋梁”；挑戰(zhàn)任務：設計能通行玩具小車的“功能性橋梁”。（二）教師反思要點關注學生在“失敗測試”中的情緒反應及時引導工程思維中的“試錯價值”警惕過度干預學生設計保留“不完美但有創(chuàng)意”作品作為教學資源▍六、STEM要素融合說明表科學（S）|技術（T）|工程（E）|數學(M)-|-|-|-晶體結構穩(wěn)定性材料力學特性|剪刀安全用法折