《未來(lái)的海上城市》STEM課程設(shè)計(jì)方案課件

未來(lái)的海上城市STEM課程設(shè)計(jì)方案科技學(xué)堂《未來(lái)的海上城市》STEM課程設(shè)計(jì)是基于《萬(wàn)物》雜志2019年第1期的欄目“未來(lái)的海上城市”（P22-P29）而設(shè)計(jì)。本STEM課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容源于參加“萬(wàn)物雜志云共享計(jì)劃”各位老師的討論結(jié)果。本STEM課程設(shè)計(jì)不是完備的教案，而是為旨在有意開展“未來(lái)的海上城市”STEM活動(dòng)的教師提供靈感和參考。教師需要根據(jù)工作的實(shí)際需求選擇教學(xué)方法，制定教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)出合適的教案。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題活動(dòng)內(nèi)容簡(jiǎn)介為了緩解人口暴漲，工程師設(shè)計(jì)了摩

天大樓，向天空索取居住的土地；為

了解決擁堵的交通，工程師設(shè)計(jì)了龐

大的地下交通網(wǎng)絡(luò)，向地下索取土地。如今，我們面臨著另一個(gè)嚴(yán)重的生存

挑戰(zhàn)——海平面上升。為了解決這個(gè)問題，工程師提出了建筑漂浮在海上的

城市——向大海索取土地。海平面上升的挑戰(zhàn)本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題我們現(xiàn)在面臨著嚴(yán)重的海平面上升的威脅，在20世紀(jì)初，海平面上升了20厘米，而到了2100年，海平面預(yù)計(jì)上升65厘米?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，如果全球氣溫上升3攝氏度，將會(huì)有2.75億人的家園被淹沒，如果全球持續(xù)變暖，巴西里約熱內(nèi)盧著名的海灘將會(huì)沉沒到水下，上海也會(huì)有2500萬(wàn)人無(wú)家可歸，美國(guó)邁阿密也無(wú)法幸免遇難。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題怎樣理解這個(gè)問題呢？我們用一個(gè)活動(dòng)說(shuō)明。海平面上升的挑戰(zhàn)雖然地球的陸地面積很大，但可居住的面積卻很

有限。目前，我們正在面臨海平面上升的嚴(yán)重威

脅，從二十世紀(jì)初到現(xiàn)在，海面升高了約20厘米，科學(xué)家預(yù)測(cè)，到了2100年，海面預(yù)計(jì)上升65厘米。許多發(fā)達(dá)城市是沿海而建的，上升的海平面將帶

來(lái)毀滅性的打擊。教學(xué)建議：教師可用floodmap軟件模擬海平面上升的效果[1]海平面上升的挑戰(zhàn)本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題我們可以在一套密閉的體系里，用黏土等材料模擬出一個(gè)居住環(huán)境，在體系中放入冰塊，用射燈照射，并加入/減少隔離板，模擬臭氧層厚度的影響，觀察水位上漲的變化。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題用紙盒、黏土等材料制作以“海平面上升”為主題的作品，并用故事的形式敘述出來(lái)。海平面上升的挑戰(zhàn)海平面上升的挑戰(zhàn)：參考作品本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題盡管真正意義上的海上城市并未出現(xiàn)。但我們已經(jīng)開始了這方面工作的嘗試。例如，paypal創(chuàng)始人彼得·蒂爾就投資建立了一個(gè)“海上家園研究所”，該研究所的目標(biāo)是2020年在南太平洋塔希提島附近第一座海上城市，這個(gè)城市將提供250到300人居住、娛樂和辦公。如果一切都進(jìn)展順利的話，海上城市將在今年正式開工建造。海上城市大觀本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀LilyPad比利時(shí)建筑師Vincent

Callebaut的作品睡蓮一般的美麗造型可容納50000人生態(tài)友好型城市自給自足的可再生能源本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀收獲之城E.Kevin

Schopfer設(shè)計(jì)2010年海地大地震后，建筑師萌生了設(shè)計(jì)漂浮在海上城市的想法。幫助遭受嚴(yán)重地震和海嘯城市的重新建設(shè)。這是一個(gè)系繩浮動(dòng)模塊組成的浮動(dòng)城市，內(nèi)部主要用于城市辦公、教育和輕工業(yè)等，外圈主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀自主維持的浮動(dòng)城市中國(guó)建筑委托AT建筑工作室設(shè)計(jì)采用六邊形模塊制成的浮動(dòng)土地自給自足，零碳排放垂直農(nóng)場(chǎng)和魚類養(yǎng)殖場(chǎng)作為食物來(lái)源本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀諾亞方舟Aleksandar

Joksimovic和Jelena

Nikolic設(shè)計(jì)為世界末日設(shè)計(jì)的浮動(dòng)城市由太陽(yáng)能或潮汐能等可再生能源供電由多個(gè)環(huán)形島嶼組成，可供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀X

SEA

TAX-Tu設(shè)計(jì)的海上漂浮城市多孔混凝土建筑而成；大量覆蓋藻類作為生物燃料能源；自給自足提供動(dòng)力；本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀Green

Float清水公司設(shè)計(jì)由一系列模塊組成的自給自足的浮動(dòng)城市。每個(gè)島嶼中間有一座1000米高的大廈，有垂直農(nóng)場(chǎng)、住宅和辦公區(qū)可容納100萬(wàn)人本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市大觀自由號(hào)自由號(hào)不是一艘郵輪，而是一個(gè)集生活、工作、旅游的海上城市長(zhǎng)度超過1300米，寬度超過200米，主甲板上方25層的建筑涵蓋住宅、教育、醫(yī)療、辦公、娛樂、酒店等設(shè)施。頂層為飛行甲板，可供公務(wù)機(jī)起降，船尾配備了港口，可容小心船只接駁。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市物資長(zhǎng)期自給自足為眾多的人提供的長(zhǎng)期生活保障城市功能完善對(duì)運(yùn)動(dòng)功能要求不高本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題海上城市與船只有什么不同船只維持一段時(shí)間的自給自足為一定數(shù)量的人提供短期的生活功能較為單一強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)功能討論：海上城市的利與弊本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題益處應(yīng)對(duì)海平面上升可移動(dòng)性可持續(xù)發(fā)展提升生活質(zhì)量提供重建的機(jī)會(huì)弊端對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響物資供應(yīng)問題建造費(fèi)用高昂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性法律與秩序問題城市的居住和服務(wù)空間海上城市應(yīng)具備普通城市的功能，如醫(yī)療服務(wù)、垃圾處理系統(tǒng)、旅游觀光、居住場(chǎng)所、娛樂場(chǎng)所等本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題生產(chǎn)空間海上城市要具有養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能，盡可能地自給自足提供食物。海上城市需要什么設(shè)施能源需求海上城市應(yīng)具備一定的能源，海上城市的能源應(yīng)該是綠色環(huán)保的。用水問題海上城市應(yīng)具備一定的海水淡化裝置，保障城市生活的用水，同時(shí)也應(yīng)具有污水循環(huán)和處理的裝置。海上城市的安全性問題海上城市應(yīng)有穩(wěn)定裝置，保障居民安全，大到夠抗擊海嘯，小到避免居民暈船?？苹美L畫在科技輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下，學(xué)生畫出自己想象中的海上城市，并畫出應(yīng)有的城市功能，認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)生活中的城市基本結(jié)構(gòu)和功能。這項(xiàng)活動(dòng)適合學(xué)前班到小學(xué)學(xué)生開展，這個(gè)階段的孩子想象力豐富，而不擅長(zhǎng)抽象的表達(dá)，科幻繪畫可以讓學(xué)生將心中的想象通過彩筆畫出來(lái)。核心工程任務(wù)本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題簡(jiǎn)易模型制作用輕質(zhì)黏土或其它材料搭建可以漂浮在水面上的房屋模型，體驗(yàn)海上城市的基本構(gòu)造。這個(gè)方法比科幻繪畫更進(jìn)一步，適合小學(xué)開展。核心工程任務(wù)本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題復(fù)雜的模型制作這也是眾多老師談到最多的一個(gè)方式，有的老師提出可以規(guī)劃海上城市的功能模塊，并設(shè)計(jì)成沙盤；有的老師提出學(xué)生要畫出規(guī)劃圖、寫下任務(wù)書、可以的話做成紙模型；有的老師提出從智能設(shè)計(jì)入手，制作具體模型；有的老師提出可以用各種材料和3D打印的方式做成海上城市模型，并進(jìn)行測(cè)試；適合小學(xué)中高年級(jí)到初高中開展。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題核心工程任務(wù)設(shè)計(jì)方案解決海上城市的某個(gè)具體問題海上城市的建造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，我們可以只針對(duì)其中某個(gè)問題作為核心工程問題，學(xué)生設(shè)計(jì)出模型解決方案。例如，有老師提出可結(jié)合水培植物種植認(rèn)識(shí)海上城市食物來(lái)源的解決方案；有的老師提出海水淡化、水循環(huán)等海上用水問題；有的老師提出城市生態(tài)搭建的問題；有的老師提出城市的智能布局和生態(tài)設(shè)計(jì)等等。競(jìng)選海上城市市長(zhǎng)學(xué)生需要通過演講闡明為什要建設(shè)海上城市，怎樣建造海上城市，并說(shuō)服其他同學(xué)認(rèn)同自己的想法。簽訂規(guī)劃書教師設(shè)計(jì)規(guī)劃書，并與學(xué)生協(xié)商簽訂。這也是一種STEM教育中常用到的方法。確立工程問題活動(dòng)形式本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題在面臨全球變暖的環(huán)境下，地勢(shì)低洼的XX市面臨海平面上升的威脅。為此，市政府

未雨綢繆，成立委員會(huì)論證建設(shè)海上城市

的可能性。委員會(huì)召集一批知名的建筑師，設(shè)計(jì)出海上城市的原型，以協(xié)助市政府作

出最終決策。通過評(píng)審的設(shè)計(jì)師，將能獲

得海上城市最終的設(shè)計(jì)權(quán)，并獲得豐厚的

設(shè)計(jì)費(fèi)。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題規(guī)劃書情景設(shè)計(jì)參考委員會(huì)對(duì)海上城市的設(shè)計(jì)提出了以下設(shè)計(jì)要求：1、容納至少滿足5000人的基本生活需求；2、能夠抗擊海洋災(zāi)害的襲擊；（教學(xué)建議：教師可以模擬制定工程委托書的文件，）海上城市的淡水獲取是一個(gè)巨大的問題。我們可以設(shè)計(jì)海水過濾和滲透實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)

生認(rèn)識(shí)獲取淡水的方法以及其優(yōu)勢(shì)和局限。本活動(dòng)以《萬(wàn)物》雜志1月刊《未來(lái)的海上城市》為主題我們還可以關(guān)注海上城市的能源獲取問題。例如，海上城市我們應(yīng)該使用哪種能源，它們有哪些特點(diǎn)。并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或小型工程來(lái)實(shí)施。理解科學(xué)背景我們還可以關(guān)注居住空間的問題，如果要建設(shè)一定數(shù)量居民的海上城市，我們需要多少居住空間、多少生活發(fā)展空間等等，通過調(diào)查法，讓學(xué)生了解我們的城市。我們還需要關(guān)注海上安全的背景知識(shí)，設(shè)置如何保持海上城市穩(wěn)定的問題。我們參考通過大型艦船、海上平臺(tái)、摩天大樓等設(shè)備是如何保持穩(wěn)定的，來(lái)認(rèn)識(shí)維持穩(wěn)定的方法和重要性。形成性評(píng)價(jià)分布于整個(gè)活動(dòng)的過程中，我們可以用工程過程量表評(píng)價(jià)學(xué)生在每一個(gè)活