茅以升课程设计

茅以升课程设计一、教学目标

本节课以“茅以升与桥梁工程”为主题，结合学科特点和学生所在年级的认知水平，设定以下学习目标：

**知识目标**：

1.学生能够掌握茅以升的主要生平事迹及其在桥梁工程领域的贡献，理解其科学精神与工程实践的结合；

2.通过具体案例分析，学生能够认识到桥梁结构的基本原理（如拱桥、悬索桥的力学特点），并能与实际生活中的桥梁实例进行关联；

3.学生能够列举至少两种茅以升主持设计的桥梁工程，并简述其技术创新与社会意义。

**技能目标**：

1.培养学生的观察与分析能力，通过片、视频等资料，识别不同桥梁的结构特点，并尝试绘制简单桥梁的示意；

2.提升学生的合作探究能力，通过小组讨论形式，总结茅以升科学研究的思维方式（如“实践—理论—再实践”的循环）；

3.激发学生的动手实践兴趣，鼓励学生利用日常材料（如纸、绳等）搭建简易桥梁模型，验证力学原理。

**情感态度价值观目标**：

1.激发学生对工程技术的兴趣，树立“科技报国”的理想信念，学习茅以升严谨求实、勇于创新的精神；

2.培养学生的社会责任感，理解桥梁工程对国家发展、民生改善的重要作用，增强民族自豪感；

3.通过对比茅以升所处的时代背景与现代桥梁技术，引导学生思考科技进步对社会发展的推动作用。

**课程性质分析**：本课程属于科学技术的跨学科内容，结合历史人物事迹与工程原理，注重知识性、实践性与价值引导的统一。学生处于初中阶段，具备初步的抽象思维和探究能力，但对桥梁工程的系统性认知尚浅，需通过直观案例和互动活动降低理解难度。

**学生特点**：

1.对具有故事性的科学人物充满好奇，易被茅以升的生平事迹吸引；

2.动手能力差异较大，需设计分层任务以适应不同水平学生；

3.对工程原理的理解依赖具象化教学，如模型演示、生活实例等。

**教学要求**：

1.教师需整合历史、物理、社会等多学科资源，构建情境化学习环境；

2.强调“以生为本”，通过问题驱动、小组合作等形式促进深度学习；

3.结合课后拓展任务，如调研家乡桥梁、设计桥梁宣传海报等，延伸课堂知识。

二、教学内容

本节课围绕“茅以升与桥梁工程”的核心主题，以培养学生科学素养和工程思维为目标，选择和以下教学内容。内容设计紧扣教材相关章节，确保知识的系统性与实践性，并符合初中学生的认知特点。

**1.教学内容选择与**

**核心知识模块**：

-**人物事迹与精神**：聚焦茅以升的生平关键节点（如童年启蒙、留学经历、主持钱塘江大桥建设、抗震救灾等），提炼其“爱国、求实、创新、奉献”的精神特质；

-**桥梁工程原理**：以钱塘江大桥为例，讲解拱桥、悬索桥的结构特点与力学原理（如应力分布、材料选择），并与教材中“简单机械”“力的平衡”等章节知识关联；

-**工程实践案例**：对比茅以升时代的技术限制与现代桥梁（如港珠澳大桥）的先进技术，探讨科技进步对工程的推动作用。

**内容逻辑顺序**：

-**导入（5分钟）**：通过茅以升名言或钱塘江大桥建成的历史影像激发兴趣；

-**主体部分（30分钟）**：

-**模块一：人物故事**（10分钟）讲述茅以升求学与工程实践的故事，重点突出其解决“沉箱问题”的创新方法；

-**模块二：原理探究**（15分钟）结合教材“压强与浮力”章节，演示拱桥受力模型，学生分组用橡皮泥、木条模拟桥梁结构；

-**模块三：案例对比**（5分钟）展示茅以升手稿与当代桥梁设计，引导学生思考技术迭代；

-**拓展延伸（5分钟）**：发布课后调研任务，如“家乡桥梁的建造故事”或“桥梁安全标志设计”。

**2.教学大纲与进度安排**

**依据教材章节**：

-教材《科学》七年级下册“机械与工程”单元、《技术》八年级“现代工程伦理”；

-具体内容涵盖：

-**茅以升生平事迹**（教材P45“科技人物”栏目补充阅读材料）；

-**桥梁结构原理**（教材P62“力的作用效果”实验延伸）；

-**工程伦理讨论**（教材P78“技术与社会”案例延伸）。

**进度安排**：

-**课前（2天）**：布置预习任务，收集茅以升相关资料或本地桥梁照片；

-**课中**：采用“故事讲述—原理演示—小组实验—讨论分享”四步流程，每环节设置明确时间节点；

-**课后**：要求学生提交桥梁调研报告或手绘设计，作为过程性评价依据。

**3.教学资源整合**

-**实物资源**：桥梁模型、橡皮泥、木条等实验材料；

-**数字化资源**：钱塘江大桥建设纪录片片段（3分钟）、茅以升手稿扫描件；

-**跨学科链接**：结合数学“几何形”知识，分析桥梁墩柱排列的规律性；

-**生活化关联**：引导学生观察学校走廊吊灯的悬挂结构，类比悬索桥原理。

通过上述内容设计，既保证知识的系统性与科学性，又突出茅以升事迹的育人价值，同时通过分层任务满足不同学生的学习需求。

三、教学方法

为达成课程目标，激发学生兴趣，本节课采用多元化的教学方法组合，确保知识传授与能力培养的平衡。具体方法选择依据教学内容、学生特点和课堂目标，注重互动性和实践性。

**1.讲授法与情境创设**

在介绍茅以升生平事迹时，采用讲授法结合情境创设。教师通过讲述钱塘江大桥建成时的民族振奋故事，播放黑白历史照片和建设场景录音，辅以简明语言勾勒关键节点（如克服日寇封锁、解决沉箱难题），时长控制在8分钟。此方法快速建立知识框架，符合初中生对历史叙事的接受习惯，同时为后续讨论奠定基础。

**2.案例分析法与原理探究**

针对桥梁结构原理部分，采用案例分析法与小组探究结合。以钱塘江大桥“双悬臂钢桁梁桥”为例，教师首先展示工程纸，提问：“为何选择这种结构？茅以升如何解决长江水流冲击问题？”学生分组查阅教材P62“力的平衡”章节，结合教师提供的力学演示模型（如用弹簧测力计模拟悬索受力），讨论拱桥与悬索桥的优劣势。此方法将抽象原理具象化，关联教材实验，培养分析能力。

**3.实验法与动手实践**

安排15分钟动手实验环节，要求学生用4张A4纸、透明胶带设计承重桥梁模型，挑战承载5枚硬币。实验后小组汇报设计思路，教师点评时关联茅以升“从实践中总结理论”的科学精神。此方法符合教材“简单机械”章节的实践要求，通过失败与成功体验强化结构力学认知。

**4.讨论法与价值引导**

在案例对比环节，采用全班讨论法。展示茅以升时代与当代港珠澳大桥的技术对比，提问：“现代桥梁有哪些进步？这些进步体现了怎样的科学精神？”引导学生思考工程伦理，如环保要求、智能化管理对工程师素养的需求，自然承接教材P78“技术与社会”内容。

**5.多媒体辅助与分层任务**

全程使用PPT呈现关键信息，穿插动画模拟桥梁受力过程。课后发布分层任务：基础层绘制桥梁结构手绘，拓展层调研本地桥梁病害并设计加固方案，高阶层撰写“假如我是茅以升工程师”短文，确保不同水平学生均有参与路径。

教学方法的选择注重逻辑递进：从感性认知到理性探究，从单一知识到综合应用，最终实现知识、技能与价值观的统一。

四、教学资源

为有效支撑教学内容与多样化教学方法，本节课需准备以下教学资源，确保其科学性、典型性和可操作性，丰富学生的学习体验。

**1.教材与补充阅读材料**

以人教版《科学》七年级下册“机械与工程”单元和《技术》八年级“现代工程伦理”章节为核心教材。补充《中国桥梁史》青少年版（节选茅以升传记）、《工程背后的故事》系列读物中相关文章，作为学生预习和课后拓展的阅读材料，强化教材P45“科技人物”和P78“技术与社会”内容的学习深度。

**2.多媒体资源**

准备PPT课件，包含：

-茅以升生平时间轴（关键节点标注钱塘江大桥等工程）；

-钱塘江大桥建设纪录片3分钟精华片段（展示沉箱下浮、钢梁架设过程）；

-桥梁结构对比（拱桥、悬索桥、梁桥的力学模型示意，关联教材P62力学原理）；

-港珠澳大桥工程参数表（用于案例对比，突出材料、跨度等技术进步）；

-3D桥梁模型动画（模拟车辆过桥时的应力变化，辅助理解工程原理）。

确保多媒体资源与教材内容紧密关联，如动画演示需对应“力的作用效果”章节。

**3.实验与教具资源**

准备分组实验材料：每组橡皮泥（模拟沉箱）、木条（模拟桥墩）、细线（模拟缆绳）、A4纸（桥梁主体）、硬币（载荷）、弹簧测力计（探究受力）、透明胶带。另备茅以升手稿扫描件放大，供学生分析其工程笔记特点。

**4.生活化资源**

收集学生家乡桥梁照片或视频（如城市立交桥、乡村石拱桥），提前一周通过班级群发布，作为实验设计灵感和课后调研素材，强化教材中“技术改变生活”的理念。

**5.工具书与网络资源**

教师准备《中国土木工程名词解释》简明版，用于解答学生关于“应力”“抗风”等专业术语的疑问。推荐中国土木工程学会官网的“青少年科普”栏目，作为课后自主学习的平台。

资源的选择注重典型性与层次性：历史资料侧重精神感召，工程原理资料强调与教材知识点嫁接，实验材料突出可操作性和失败教育的价值。网络资源作为补充，确保信息权威性。

五、教学评估

为全面、客观地评价学生的学习效果，本节课采用多元化的评估方式，覆盖知识掌握、技能运用和情感态度三个维度，确保评估与教学目标、内容和方法保持一致。

**1.过程性评估（占40%）**

-**课堂参与度**：评估学生在讨论、实验环节的积极性，如主动回答问题、小组合作贡献度等，对应情感态度目标。教师通过观察记录，结合小组互评，形成初步评价。

-**实验报告**：要求学生提交桥梁模型实验报告，包含设计、材料清单、承重测试数据及原理分析。评估重点为结构设计是否合理（关联教材P62力学原理）、数据记录是否规范、分析是否尝试联系茅以升解决工程难题的方法。此方式考察技能目标中的模型设计与原理应用能力。

**2.作业评估（占30%）**

-**基础作业**：完成教材P47练习题第3、4题，考察对茅以升生平和贡献的基础认知，关联知识目标第1点。

-**拓展作业**：提交“家乡桥梁调研简报”（文并茂），要求描述桥梁类型、结构特点，并思考其对社会交通的影响。此任务关联知识目标第3点及情感态度目标中的社会责任感培养，体现教材“技术与社会”章节的应用。

**3.总结性评估（占30%）**

-**课堂知识检测**：课后5分钟进行口头测试，提问：“钱塘江大桥采用了什么结构？这种结构有何优点？”以及“茅以升解决沉箱难题体现了怎样的科学精神？”评估学生对核心知识点的掌握程度。

-**分层任务成果**：结合课后分层任务（手绘、调研报告、短文），按等级评价：基础层要求示清晰、标注准确；拓展层要求调研信息基本准确、提出合理建议；高阶层要求逻辑清晰、体现工程伦理思考。此评估全面覆盖知识、技能和价值观目标，并与教材内容深度关联。

评估方式注重形成性评价与总结性评价结合，通过课堂观察、作业批改、口头问答等方式及时反馈，帮助学生调整学习策略。所有评估任务均基于教材内容，确保评价的效度和信度。

六、教学安排

本节课安排在两课时内完成，共计90分钟，教学地点为普通教室，配备多媒体投影设备，并预留实验操作区域。教学进度紧凑，兼顾知识传授、能力培养和情感引导，同时考虑学生课堂注意力和体力状况，设置适当休整环节。

**1.时间分配与教学环节**

-**第一课时（45分钟）**：

-**导入（5分钟）**：通过茅以升名言或钱塘江大桥建成影像激发兴趣，引入主题。

-**人物事迹与精神（10分钟）**：教师讲授茅以升生平关键节点，重点突出其科学精神，关联教材P45“科技人物”栏目。

-**原理探究导入（5分钟）**：展示桥梁结构对比，提出核心问题，引出力学原理学习。

-**午餐与休息（5分钟）**：安排短暂休息，调整状态。

-**分组实验准备（5分钟）**：分发实验材料，明确实验任务（设计承重桥梁）。

-**实验操作与初步讨论（15分钟）**：学生分组动手实验，教师巡视指导，鼓励记录数据与遇到的问题。

-**第二课时（45分钟）**：

-**实验成果汇报与点评（10分钟）**：各小组展示模型，分享设计思路，教师点评并关联茅以升的工程实践方法，关联教材P62“力的平衡”原理。

-**案例分析（10分钟）**：对比茅以升时代与港珠澳大桥的技术差异，引导学生思考科技进步，关联教材P78“技术与社会”。

-**课堂讨论（10分钟）**：围绕“桥梁工程的社会意义”展开讨论，鼓励学生结合本地实例，强化情感态度目标。

-**作业布置与总结（10分钟）**：发布课后分层任务，回顾本节课核心知识点，强调学习目标达成。

**2.学生实际情况考虑**

-**作息适配**：将课间休息安排在学生普遍精力下降时段，保证后续学习效率。

-**兴趣激发**：通过展示现代化大桥片、播放建设纪录片片段，满足学生对先进科技的好奇心。

-**分层指导**：实验环节对动手能力较弱的学生提供简易模板参考，对能力较强的学生提出优化设计挑战，体现因材施教。

-**环境布置**：提前在教室后排摆放实验桌椅，预留足够操作空间；PPT背景选用与桥梁相关的片，营造学习氛围。

整体安排遵循“情境引入—知识学习—实践探究—价值升华”的逻辑顺序，确保在90分钟内高效完成教学任务，同时为课后拓展留下充足空间。

七、差异化教学

鉴于学生间存在学习风格、兴趣和能力水平的差异，本节课将实施差异化教学策略，通过分层任务、多元活动和弹性评估，确保每位学生都能在原有基础上获得进步，达成个性化发展目标。

**1.分层任务设计**

-**基础层**：侧重知识记忆与原理理解。要求学生完成教材P47基础题，绘制茅以升生平时间轴，并在实验中理解简单桥梁结构（如梁桥）的基本力学原理。提供标准化实验模板和结构例辅助。

-**拓展层**：强调知识应用与能力提升。要求学生分析钱塘江大桥设计的技术特点，对比其与现代桥梁的差异，并尝试在实验中优化桥梁结构以提高承重能力。提供工程案例简要说明和数据分析。

-**挑战层**：注重创新思维与深度探究。要求学生调研本地桥梁病害，设计改进方案；或撰写短文，从工程伦理角度探讨“科技发展中的安全与成本问题”。提供相关文献推荐（如《工程伦理案例选编》简明版）和讨论指引。

**2.教学活动差异化**

-**讨论环节**：基础层学生以小组形式分享对茅以升事迹的印象；拓展层学生需在分享中包含原理分析；挑战层学生需提出批判性观点并论证。教师根据各层学生特点设计引导性问题。

-**实验指导**：基础层提供详细步骤和示范；拓展层鼓励自主探索，教师提供实验变量建议；挑战层允许尝试非标准材料或设计，教师侧重过程观察与启发。

**3.评估方式差异化**

-**过程性评估**：观察记录各层学生在实验中的参与度、合作质量和问题解决策略，评价标准侧重对应层级的任务完成度。

-**作业评估**：基础层以准确性为主；拓展层以分析深度和逻辑性为主；挑战层以创新性和论证充分性为主。

-**总结性评估**：课堂提问针对不同层级设置难度梯度；分层任务成果按对应层级标准评定，允许跨层尝试但评价标准不变。

通过以上差异化策略，确保教学活动与评估方式紧密围绕教材内容，同时满足不同学生的学习需求，促进全体学生共同发展。

八、教学反思和调整

教学反思是持续改进教学质量的必要环节。本节课在实施过程中及课后，将从教学目标达成度、内容适宜性、方法有效性、学生反馈等多个维度进行系统性反思，并根据结果及时调整后续教学策略，确保教学效果最优化。

**1.实施过程监控与反思**

-**课堂观察**：课后立即回顾课堂录像或笔记，重点关注：学生参与度是否均衡？讨论是否深入？实验操作是否存在普遍困难？时间分配是否合理？例如，若发现多数学生在实验中难以理解悬索桥原理，则表明前期原理讲解或案例展示存在不足，需调整后续教学节奏。

-**动态调整**：根据课堂实时反馈调整教学策略。如某层学生在绘制桥梁结构时普遍遇到困难，则立即提供简化模板或增加示示范；若讨论气氛不够热烈，则通过小组竞赛或角色扮演（如模拟茅以升团队讨论）激发参与。

**2.评估数据分析与调整**

-**作业分析**：批改作业后，统计各层级学生错误类型和频率。若基础层学生在茅以升生平细节上错误较多，需在下次课加强故事性讲述或补充阅读材料；若拓展层学生在技术对比分析中深度不足，需提供更丰富的案例或引导性问题。

-**分层任务评价**：对照各层级目标，评估任务设计的有效性。若挑战层任务完成度不高，可能源于任务难度设置不当或学生背景知识储备不足，需调整任务描述或提供资源支持。

**3.学生反馈收集与调整**

-**匿名问卷**：课后通过匿名问卷收集学生关于教学内容兴趣点、难度感知和改进建议。例如，若多数学生反映“希望增加更多动手搭建时间”，则未来课程可适当延长实验环节或增加模型设计维度。

-**个别访谈**：对学习困难或特别积极的学生进行简短访谈，了解其学习障碍或需求，作为个性化辅导和教学调整的依据。

**4.教材与资源关联性校验**

每次反思时审视所选教材内容（如《科学》P62力学原理）与教学目标的契合度。若发现学生对抽象原理理解困难，需补充更多生活实例或可视化模型，强化与教材知识的联系。

通过上述反思与调整机制，确保教学活动始终围绕“茅以升与桥梁工程”主题，紧密结合教材要求，并动态适应学生的学习需求，最终提升课程的整体教学效果。

九、教学创新

在传统教学方法基础上，本节课引入现代科技手段和创新教学形式，增强教学的吸引力和互动性，激发学生的学习热情。

**1.虚拟现实（VR）技术应用**

利用VR设备模拟钱塘江大桥建设过程或现代桥梁检测场景。学生可通过VR头显“亲历”沉箱下水、钢梁吊装的震撼过程，直观感受工程规模与力学挑战，将抽象教材知识（如教材P62力的平衡）转化为沉浸式体验，提升学习兴趣和空间认知能力。

**2.在线协作平台互动**

通过课堂内嵌的在线协作平台（如Padlet或Kahoot!），开展实时投票（“你认为茅以升最伟大的贡献是什么？”）、知识配对（“桥梁结构类型—力学原理”）等互动活动。平台可即时显示投票结果和答题正确率，教师根据数据反馈调整讲解重点，学生通过竞争与合作形式增强参与感。

**3.项目式学习（PBL）引入**

将课后分层任务升级为小型PBL项目：“设计一座服务家乡社区的小型桥梁”。学生需小组合作，完成需求分析、结构设计（运用教材力学知识）、成本估算（联系数学统计）、安全评估（结合道法中“生命安全”内容）和方案展示。此创新形式将单一知识学习转化为综合应用，培养解决实际问题的能力。

**4.（）辅助评估**

尝试使用工具分析学生实验视频，自动识别常见错误（如桥梁结构不稳定），并生成初步评估报告，辅助教师进行精准反馈。同时，可推荐个性化拓展资源（如相关纪录片片段、学术论文摘要），满足学生深度学习需求。

通过VR、在线平台、PBL和等创新手段，本节课旨在突破传统课堂局限，提升教学的科技含量和时代感，使学生在互动体验中深化对桥梁工程的理解和兴趣。

十、跨学科整合

本节课注重打破学科壁垒，促进科学、技术、工程、人文社会等多学科知识的交叉融合，培养学生的综合素养和系统性思维能力，使知识学习更具现实意义和应用价值。

**1.科学与技术的融合**

以桥梁结构原理为核心，深度整合《科学》教材中的力学知识（P62“压强与浮力”、P75“功和能”）与《技术》教材中的工程设计流程。例如，在分析钱塘江大桥沉箱问题时，既讲解浮力原理，又探讨茅以升如何运用技术手段克服长江激流和地质条件限制，体现科学理论指导技术实践的应用。

**2.工程与数学的关联**

引导学生运用数学知识解决工程问题。如在实验设计环节，要求学生计算模型承重效率（材料重量/承载能力）；在调研现代桥梁时，分析其跨度、斜度等数据，理解几何学、三角学在桥梁设计中的作用，关联教材中“几何形”相关内容。

**3.工程与人文社科的渗透**

结合《历史》教材中近现代中国工程建设成就，讲述茅以升的爱国情怀和工程报国精神；通过《道德与法治》教材中“科技与社会发展”章节，讨论桥梁建设对区域经济、文化交流的影响，以及工程伦理（如安全、环保）的重要性。展示茅以升手稿等历史文物片，关联《语文》教材中“文化传承”主题。

**4.艺术与工程的结合**

鼓励学生用绘画、建模等方式表达对桥梁结构的理解；设计桥梁安全宣传海报，融合美术与安全教育内容。例如，绘制不同桥梁结构的受力分析，既巩固科学原理，又培养工程制的基本能力。

**5.生活与实践的连接**

调研家乡桥梁，分析其设计特点、维护状况，思考如何运用所学知识提出改进建议，将课堂知识应用于社会实践，培养问题解决能力和社会责任感。

通过多维度的跨学科整合，本节课旨在帮助学生构建完整的知识体系，理解不同学科在解决现实问题中的作用，促进学科素养的全面发展，使学习更具广度和深度。

十一、社会实践和应用

为将课堂所学知识转化为实践能力，培养学生的创新意识和解决实际问题的能力，本节课设计以下社会实践和应用活动，确保内容与课本知识关联，并符合教学实际。

**1.校内桥梁结构观察与测量**

布置实践任务，要求学生观察学校教学楼、书馆等场所的桥梁结构（如走廊吊桥、楼梯梁），记录其类型、材料、连接方式等特征。鼓励学生运用教材中学到的力学原理（如教材P62“力的作用效果”）分析其受力特点，并尝试测量关键尺寸（如梁的跨度、厚度），绘制简易结构草。此活动将抽象知识具象化，培养观察力和初步的工程测量能力。

**2.社区小型结构模型设计挑战**

学生分组设计并制作能够承受一定载荷的小型桥梁模型（如纸桥、竹桥），材料需限定为日常废弃物或简易工具。要求每组提交设计方案（包含结构原理说明），并在课堂上进行承重测试。测试后，学生分析成功与失败案例，总结结构设计、材料选择方面的经验教训，强调安全与效率的平衡。此活动直接关联教材P62“简单机械”和P75“功和能”中的能量转化思想，培养动手实践和创新思维。

**3.联系本地工程实践（拓展）**

鼓励学有余力的学生利用周末时间，实地探访本地的桥梁工程（如新建道路桥梁、旧桥维修现场），了解工程进展或技术特点。要求撰