课程背景与目标：地球板块活动频繁，地震时常发生，高震级的地震往往造成巨大的破坏和危害。学生们常常问道：“为何看起来坚固无比的建筑物会在地震中跟豆腐一样脆弱不堪?”
本课程通过让学生了解和设计基础隔震系统，并在隔震系统上设计搭建建筑物，理解工程领域中各类建筑物所面临的地震挑战，学习工程师是如何面对这些挑战的。
设计、执行、反思与修正是本课程的思维训练重点；同时，本课程还能极大地培养学生的创造力。在STEM教育领域，工程思维的培养是核心。在实际条件下，工程师总会面临各种设计与实际不符的情况，需要不断修正设计才能达成目标。
课程领域：工程、物理、数学、地理
建议年级：四年级
建议时间：分钟
课程任务：学习地震的基础知识，了解地震是如何传播的，了解各个国家是如何进行建筑物地震防护的。通过设计、搭建、制作基础隔震系统，并在此基础上搭建建筑物，发挥创造力，了解设计——执行——反思——修正的工程设计循环，像工程师一样思考，锻炼与他人交流、合作的能力，感受如何通过不断的设计与改进来更好地达成目标。
教学过程
一、导入(15分钟)
教师给学生播放一段关于地震和防震建筑物的视频，使学生理解地震灾害造成的破坏是自然因素和建筑因素共同作用的结果，以及地震的成因和特点。
(1)基本内容：教师通过呈现视频、图片等方式讲述地震的成因和危害，进而引出地震伴随的建筑物倒塌是造成人员伤害的重要原因，导入本课主题。
(2)拓展内容：梳理地理课上关于地震、地球板块和地震带分布等内容，介绍全球近一百年7级以上地震的情况和造成的危害。
(3)导入环节可以让学生阅读或观看影片，并回答以下问题。
我们怎么定义地震?
世界上有哪几个主要地震带?你能从地图上指出来吗?
板块构造与地震活动有关吗?你能否找到数据证明?
全球每年发生多少次地震?每分钟发生多少次地震?
地震按震级大小可分为几类?
什么样的参数可以用来衡量地震震级?
震源深度与地震的破坏力之间是什么关系?
多大的海底地震能够引发海啸?
想象并描述一下7级地震后的城市是什么样子。
(4)教师带领学生开展头脑风暴：有哪些方法可以增强建筑物的抗震性能?有哪些防震手段和技术?
二、执行任务(分钟)
1.出示任务和评价量规(5分钟)
(1)任务：每个小组需要设计一个50厘米高的防震建筑物。
建筑物分为两部分：下面是基础隔震系统，即长宽均不能大于30厘米的建筑物底座；上层是高塔，只能使用牙签和胶棒制作，并能够在建筑物内放置书、矿泉水和砖块等物品。
(2)材料：基础隔震系统材料，包括硬纸箱板、吸管、竹签、棉花糖、圆珠笔、弹簧、卫生纸；建筑物搭建材料(每个小组配额)，包括牙签5盒、胶棒12支、热熔胶枪2把、砖块1块、矿泉水1瓶、书1本(32开，1~2厘米厚)。
(3)防震建筑物设计评价量规
2.讲解地震震动台的原理(20分钟)
(1)教师给学生讲解地震的基本知识，以及怎样用震动台来模拟地震的横波和纵波。地震所引起的地面振动是一种复杂的运动，它是纵波和横波共同作用的结果。
在震中区，纵波使地面上下跳动，横波使地面水平晃动。由于纵波传播速度较快、衰减也较快，横波传播速度较慢、衰减也较慢，因此离震中较远的地方，往往感觉不到上下跳动，但能感觉到水平晃动。
(2)教师结合视频、图片为学生讲解地震震动台原理，让学生理解震动台是怎么模拟地震横波和纵波的，以及学生自己设计的建筑物将经历怎样的实验。
(3)教师可以用茶杯让学生感受地震震动台的模拟方式，并通过以下问题启发学生思考。
当车在路面上两轮同时高速通过减速带时，车辆容易翻车吗?为什么?
当车在路面上只有一侧轮子高速通过减速带时，车辆容易翻车吗?为什么?
大家玩过尺子打象棋的游戏吗?当快速击打底部的象棋时，上面的象棋倒了吗?为什么?
预测一下，地震纵波对建筑物危害大还是横波对建筑物危害大。
3.拓展问题(5分钟)
地震纵波的传播速度是5~6千米/秒，能引起地面上下跳动。横波传播速度较慢，每秒传播3~4千米，能引起地面水平晃动。在一般情况下，地震时地面总是先上下跳动，后水平晃动，两者之间有一个时间间隔，可根据间隔的长短判断震中的远近。用速度(8千米/秒)乘以间隔时间可以估算出距离震中的距离。
可以给出地震波传播速度，让学生通过地图、直尺和圆规计算震中位置。
4.设计(30分钟)
第一步，学生观察他们有哪些底座材料可以选用。教师引领学生进行头脑风暴，汇总想法。接下来各小组进行设计，形成设计图。先完成的小组可以将设计图交给教师检查。(建议学生在设计之前，寻找关于隔震建筑的资料，并将其运用到自己的设计中去。)
第二步，各小组根据底座的情况，思考高塔如何搭建，画出设计图，先完成的小组可以将设计图交给教师检查。
第三步，教师给出修改意见，修改完成后，小组可以领取全套材料，开始动手搭建。
5.制作（40分钟）
各小组依据设计方案制作底座和高塔，可以在搭建中进一步完善方案。在制作的过程中，学生可以随时使用防震台进行测试，并及时调整自己的方案。教师在小组间巡视，帮助有需要的小组。
6.测试（20分钟）
测试分为三个部分：无承载防震测试、静载荷测试和承载防震测试。
三、全班讨论与反思(20分钟)
教师对完成制作的小组进行防震测试。所有小组完成后，各小组应当上台对自己制作的防震建筑物进行介绍。总结应当包括设计思路、隔震原理及实现手段、效果的评估以及改进方案、在建造过程中遇到的困难和可能的解决办法。教师展示防震效果较好的作品、富有设计感的作品，全班讨论这些设计的优秀之处以及可以改进的地方。
四、写作（15分钟）
如果再给一次制作机会，你们的设计方案会有哪些改变?你们从别的同学那里学到了什么?试着通过写作来说明。
文章来源：《美国STEM课例设计》
作者：陈如平、李佩宁
转自：STEAM教师
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原标题：《优秀STEAM案例
防震高塔——地震和建筑物设计探究》