一、活动设计
（一）设计背景
技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响。技术与工程实践活动可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。
桥梁是生活中常见的工程技术，是运用科学和技术进行设计、解决实际问题而诞生的工程产品，进行桥梁设计和学习有助于加强学生对工程技术的理解。
（二）学习目标
1.知识与技能目标：学习桥梁的结构和类型，并探究桥梁的形状如何影响承重能力；使用设计过程来设计桥梁方案，并建造和测试模型桥梁。
2.过程与方法目标：从一个实验开始，探索平衡力，以及平衡是如何在建筑中发挥作用；学会使用厘米和分米进行数学练习，学习并了解牛顿第一运动定律。
3.情感态度与价值观目标：创造性地运用所学知识来改造世界，提高学生的问题解决能力、方案检测能力，及设计研究和评估的科学素养。
（三）STEAM能力表
STEAM知识导入称重受力技术突破建筑美学点线面与力需求分析技术突破职业聚焦建筑美学方案设计称重受力模型构建设计美学拉力/推力原型设计称重受力技术使用工程运用设计美感数学测量成果评测称重受力技术使用数学测量路演展示称重受力职业聚焦视觉美感（四）活动流程
1.知识导入：探讨生活中或影视作品中见过的桥，描述不同桥的形状和外观，根据桥的外观来判断桥的承重原理；通过纸桥承重实验，观察桥梁结构的形状与力的关系。
2.需求分析：桥梁是一种非常重要的建筑物。有了桥梁，人们才能跨越峡谷、江河、公路，以及其它难以跨越的障碍。桥的存在和不断发展，是人类审美、想象力与科学技术的结晶。随着科技的进步和人类需求的变化，桥梁也在不断发生着变化。
3.方案设计：在课程中，学生要扮演建筑设计师，讨论并设计一个桥梁方案。学生能够充分了解桥梁在生活中的作用，明确课堂任务。确保学生了解不同结构的桥梁所发挥的不同功能。
为学生提供基础的原型制作材料，学生以小组为单位，根据所提供的材料，确定桥梁的类型及建造方案；进行方案展示并根据建议进行改进优化。检查设计方案是否合理，是否标明使用材料和原型功能；学生是否能清楚地描述方案内容，是否能对他人的方案提出有效建议。在没有参照的基础上，充分发挥学生的想象空间，确保学生学会将想法记录下来，并与他人交流分享。
4.原型设计：学生按照小组绘制的方案进行原型设计，原型设计结束后进行桥梁承重测试；先测量桥的长度、宽度和高度，然后将桥固定在课本上。记录测量所得的数据，准确至最接近的厘米，记录出桥梁的原型数据。测试学生的桥梁模型，先在桥面中央放置一个塑料杯，然后在杯子中放硬币，每次一个，直至桥倒塌。
承重越强的桥梁越结实；根据各个小组的设计方案，以及作品的功能、结构、外观进行评估。作为整个项目中最重要的环节之一，可以充分检验学生的工程设计能力、模型构建能力，掌握数学测量技能。
5.成果评测：根据项目所涉及的学科理论知识，组织学生进行书面知识测评。书面知识测评分为A、B、C、D四个等级，根据学生答题情况评定相应等级。
6.路演展示：组长在全班展示作品（名称、功能），介绍团队分工，组员分别描述制作过程中遇到的困难及解决办法。让学生说出一种改进原型设计的方法并说明原因。根据学生在产品路演中的语言表达能力、团队的默契程度、作品的创意性、学习过程的反思总结过程进行评估。
二、活动过程
（一）知识导入
1.桥梁的分类（按桥梁结构受力特点分）
类别主要受力承重构件缺点梁桥压力、拉力主梁跨径大用料多拱桥压力拱圈或拱肋施工繁杂自重大桁架桥压力、拉力梁、柱过于依赖地基情况悬索桥拉力主缆不宜作为重型铁路桥，悬索锈蚀后不易更换组合体系桥拉力、压力缆索、主梁设计构造复杂、施工技术要求高 2.桥梁承重实验
所需材料：3张A4纸、胶带、书（若干本，全班共同使用）步骤1、将3张A4纸分别卷成方形纸管、圆形纸管和三角形纸管；
2、将其中一种纸管直立，在其顶部放书，逐本增加直至纸管倒塌；
3、在下表中记录书本数量；
4、更换纸管，重复步骤2至3。实验记录方形纸管圆形纸管三角纸管承受书本数量注意：为了测量测试管子的重量，可以使用尺寸相似的平装书。测试时，要确保测试的物品位于管子中心位置。总结：一般来说，圆形管子会比其他形状的管子承受更多的重量，但建筑的质量也会发生作用。
（二）需求分析
1.不同的桥梁
图例：朝天门长江大桥（单孔拱桥）
朝天门长江大桥位于长江上游重庆主城区，西连江北五里店，东接南岸弹子石，主跨长552米，全长1741米，若含前后引桥段则长达4881米，主跨为世界跨径最大的拱桥。
图例：武汉杨泗港长江大桥（悬索桥）
武汉杨泗港长江大桥，是武汉市第10座长江大桥。杨泗港长江大桥是长江上首座双层公路大桥，一步跨越长江，跨越长度排名世界十大悬索桥第二。武汉杨泗港长江大桥，总投资达80.34亿元，北接汉阳国博立交，南连武昌八坦立交，全长4.13公里。上下双层公路，共设10车道，同时设有人行道和景观道。
图例：金门大桥（吊桥）
沪通长江大桥集国铁、城际铁路和高速公路于一体，全长11.07公里，上距江阴长江大桥约45公里，下距苏通长江公路大桥约40公里，采用公路和铁路合建，正桥为两塔五跨斜拉桥。大桥主塔高325米，采用钻石型混凝土结构，约100层楼房高，为世界最高公铁两用斜拉桥主塔。大桥采用主跨1092米的钢桁梁斜拉桥结构，建成后将是世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥。
图例：沪通长江大桥（斜拉桥）
2.桥梁的重要性：桥梁是一种非常重要的建筑物。有了桥梁，人们才能跨越峡谷、江河、公路，以及其它难以跨越的障碍。
3.设计挑战：学生要扮演铁路模型团队的成员，在100分钟内使用既定材料制作一个纸桥，桥面高度不低于10cm，桥面宽8cm以上，两桥墩间跨度内侧不小于16cm，桥面中央要有8×3cm以上的承重平面。
材料要求：A4打印纸≤15张，双面胶1卷。
备注：所用A4纸不得超过15张；在课程中，学生阐述桥梁方案的设计原理，包括：精确测量的尺寸以及尽可能规范的设计图纸。
随后，学生先进行自己小组内的交流，最终确定本小组的方案。之后小组轮流展示方案，教师和其余小组成员对方案提出修改建议。整个设计方案的交流和确定过程中，设置了组内互评和小组互评，把各个小组的设计稿进行展示，也对其他小组设计的方案提出合理化建议。每个小组可以听取其他小组的建议，也可以坚持自己小组的想法和观点。
图例：梁拱组合体系
（三）原型设计
1.复习桥梁的不同类型和功能并加强认知：桥梁代表了社会的工程能力和成就。在古代，罗马的沟渠就像今天的金门大桥是十分杰出的工程成就。因为桥梁主要的目的就是为行人提供通过诸如水、山谷等障碍的通道。桥梁的设计需要精巧和前沿的工程，桥梁需要延展的距离对于决定采用哪种类型的桥梁十分重要。
2．绘图须知
桥面高度不低于10cm，桥面宽8cm以上，两桥墩间跨度内侧不小于16cm，桥面中央要有8×3cm以上的承重平面。设计图纸可等比缩小。
（四）原型设计测试
1.测试：将三至四册课本叠起来，然后在相距40厘米的地方，放置另一堆高度相等的课本。学生的桥需跨越这两堆课本，先测量桥的长度、宽度和高度，然后将桥固定在课本上；以桥面中央承重大小为标准，学生自行选择统一的砝码（规格为50g、100g，200g）逐个加重，砝码加载完毕，桥梁结构保持10秒钟不垮塌时的承重重量记为有效；若发生倾斜，但纸桥并没有变形垮塌，可给第二次测试机会，如果再次发生倾斜，则取两次有效值中最大值为最终成绩。
团队桥梁类型桥梁数据最大承重量长度
（厘米）宽度
（厘米）高度
（厘米）
2.试错与优化
桥梁设计的结果或许不那么完美，过程还有些曲折，但不要小瞧学生的能力，同时要对他们有足够的耐心。当教师发现学生做得不好或者不对的地方，别急着干涉；当他们遇到困难不知道该怎么办时，也别太快插手，引导学生依靠自己和团队的力量解决问题。
（五）书面知识测评
根据项目所涉及的学科理论知识，组织学生进行书面知识测评。书面知识测评分为A、B、C、D四个等级，根据学生答题情况评定相应等级。
1、一个球受到了 作用，令其保持静止状态。
2、 可用来支撑桥梁。
3、 用钢索拉住桥面。
4、多多和加加玩跷跷板，多多体重45千克，加加体重37千克。她们可以用什么方法使跷跷板保持平衡？
5、一家夏令营经理请你为营地中的数条溪流设计小桥，桥建成后仅供游人使用。你会选择哪一类型的桥？画出你的设计图并说明原因。
（六）产品路演
1.路演的重要性
路演展示是提高学生表达能力、逻辑思维能力、领导力的重要环节。通过路演和答辩，学生能够更好地阐述自己的产品设计理念、设计过程、功能，还能够培养学生的团队合作意识、商业思维、国际理解力等。
2.路演的基本流程
制作一个桥梁设计PPT或科学知识展板，介绍桥梁的材料、结构及其优势，分享制作过程中遇到的困难以及解决措施，展示学习成果；进行5分钟答辩，教师或专家担当评委，对学生的作品和路演进行提问和评分；统计学生们的分数，颁发相应的勋章和奖品，宣告项目完结。
三、活动分析
基于STEAM课例分析框架，对以《桥梁工程师》为主题的STEAM课程进行初步分析。
STEAM课堂教学模式的共同要素 学习活动中的具体体现真实情境 从生活中比较常见的事物导入，能够链接旧识，激发学生的学习兴趣。关键问题 整个单元的教学都是围绕”桥梁承重”这个关键性的问题展开的。设计方案 小组根据所学的桥梁承重知识设计方案，制作桥梁模型。改进方案学生通过参考原型制作素材，工具的使用，网络查找资源，教师及同学的建议，进一步完善设计方案。实施方案1、建造桥梁模型；2、桥梁尺寸测量；3、桥梁承重测试；4、根据测试结果调整设计方案及原型优化。产品交流展示在全班同学面前，展示自己的桥梁设计方案、桥梁模型，并现场演示桥梁承重测试实验。
本活动以桥梁工程设计为背景，以桥梁承重测试为挑战目标，贯穿了物理、数学、艺术学科的相关知识，兼顾工程、设计的思路方法，从课程主题的选择到课程内容的设计都体现了STEAM跨学科学习的特色。
学生在完成核心任务的过程中，需要动手动脑相结合，独立学习与合作探究相结合。在课程导入环节，利用纸桥承重实验开启学生的课堂探究，主动将桥梁知识探究和学习的任务交给学生，学生从之前知识的单向输入者变为了课堂的主动探究者。
之后，学生利用数学知识和物理知识设计桥梁结构和形状，在进行外观设计时，还要从美学的角度考虑桥梁模型的外观和功能，充分将STEAM跨学科思维融合到一体。
但是，由于课时所限，学生在进行主题探究时无法深刻体会学科知识的实际应用，体验与学习活动的关联性。如牛顿运动定律与桥梁设计的关系，应该让学生提前查找资料，充分思考并了解牛顿运动定律的内容，并大胆猜测其与桥梁建造的关系。这有助于学生培养乐于思考、善于观察的习惯，在进行桥梁设计和测试时，能充分感受到学科知识与实际生活的联系，增强对学习和生活的热情。