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亲子工程实验室 / MISSION 04

给小小设备,一个稳稳的家。Load-bearing Structure · 承重平台

把纸变成支撑柱,为观测设备搭建平台。用同一份载荷检验:站得住,也托得稳。

5–6 岁左右 · 成人陪同2 次 × 25–35 分钟每组 1 位孩子 + 1 位成人

01 / LESSON BRIEF孩子要解决什么问题?

“怎样让纸做的平台,托住三块轻积木至少 15 秒?”

今天的任务故事 · 可直接朗读

我们的月面营地准备安装一台小小观测设备。设备需要离开地面,平台却不能摇摇晃晃。今天不去月球,先在桌面建一个纸模型:四根纸柱、一块平台、三块轻积木。你来安排支撑的位置,检查设备放上去后是否还能站稳。

开场约 3 分钟。先听孩子的想法,再出示材料;视频可选,入口在末尾“相关资料”。

完成课程,孩子将尝试

  • 指出载荷、平台和支撑柱。
  • 选择柱子的位置,参与搭建可独立站立的模型。
  • 看到倾倒、弯曲或连接松开的区别,用相同载荷比较 A、B。

任务成功条件

模型不靠手或墙支撑,托住指定的三块轻积木 15 秒,平台和载荷均不倾倒;A、B 各测试两次。

带课节奏

第一次:故事与提出问题 5 分钟,设想与计划 5 分钟,制作约 10–15 分钟,测试 A 约 5–10 分钟。第二次:回看记录 3 分钟,改进与测试 B 约 12–20 分钟,分享与讨论 5–10 分钟。孩子累了可在任一步停下,保留模型和记录,下次接着做。

孩子负责选择、操作、观察和表达;成人负责危险或精细步骤、保持测试条件和代写。不会写字、画图或计时不影响参与。小组带课时先由成人统一演示安全操作,每个孩子轮流做一次决定。

给成人:用简单语言讲清原理

载荷的重量通过台面和支撑传到桌面。纸卷成管后形状改变,抵抗弯折的能力也会改变。较宽的支撑范围通常有利于防倾倒,但柱子不等高、连接松动和台面太软也会造成失败。这里只在地球桌面比较模型;并不模拟月球重力或真实建筑材料。

02 / GET READY备好材料,再留一点探索空间。

一组材料清单

  • 四张约 10 × 15 厘米的普通纸,另备四张;成人裁好。
  • 15 × 15 厘米较硬台面纸板 1 块、胶带、尺、笔。
  • 三块大号轻塑料积木作为固定载荷,总重建议不超过 100 克;不能用书本或金属重物。
  • 纸垫 1 张标场地、成人计时工具;彩笔可选。

课前准备 · 成人约 10–15 分钟

  1. 成人先用同样的纸试卷一根高约 10 厘米、直径约 3 厘米的柱子,确认能独立立住。
  2. 在台面中心标载荷位置。在下表面画两组柱位:A 的四个中心组成边长约 6 厘米的正方形;B 可选边长约 10 厘米。
  3. 准备足够胶带,地面清空。先试放单块轻积木检查基本安全,再拆下供孩子建模。

安全边界

平台只在低桌或地垫上测试,不登高、不承人、不压动物或手。积木一块一块轻放,出现明显变形立即卸载,不以压塌为目标。成人剪硬纸板,孩子不接触刀具。

03 / ENGINEERING DESIGN七步完成,一次真正的改进。

测试 A → 找到一个问题 → 改成 B → 同样条件再测 → 分享证据。需要时回到计划;C 为可选。

1

ASK · 提出问题

约 5 分钟

“设备放在哪里?什么在托着它?”

孩子任务与成人支持

孩子指出台面与柱子,摸一摸纸的软硬。

观察点

是否理解任务是托住载荷。

2

IMAGINE · 设想方案

约 3 分钟

“柱子挤在一起,还是分开一些?你想先试哪种?”

孩子任务与成人支持

孩子摆出一种支撑位置。

观察点

不要求先懂重心或力的名称。

3

PLAN · 制订计划

约 2–5 分钟

“我们用哪三块设备?要站多久?”

孩子任务与成人支持

共同圈定载荷和位置,成人画柱位。

观察点

成功条件是否一致。

4

CREATE · 动手制作

约 10–15 分钟

“四条腿一样高吗?胶带把哪里连起来?”

孩子任务与成人支持

孩子卷纸、按胶带或摆柱,成人完成困难接头。

观察点

参与一项真实结构操作即可。

具体制作/布置方法

  1. 把每张 10 × 15 厘米纸的两条 10 厘米边卷向一起,形成高 10 厘米的筒,直径约 3 厘米,重叠处用胶带固定。四根尺寸尽量相同。
  2. 将四根筒竖立并排,成人检查上下边齐平;孩子指认哪根较高,成人修平。
  3. 把台面翻面,先让孩子选择柱位;推荐先用 A 的 6 厘米方形位置作为起点。四根筒端分别对准标记。
  4. 每根柱用两条短胶带跨接纸筒外壁和台面,固定在下表面;另一端不粘桌子。翻正后轻放到平面。
  5. 检查空平台是否站稳;孩子可指出摇晃处,成人修复松开的连接。修复完再开始正式 A。
  6. 三块载荷依次轻放台面中心指定区,以相同排列不叠高;不要推或按平台。
5

TEST · 测试验证

约 5–10 分钟

“先看哪里动了:柱子、接头,还是台面?”

孩子任务与成人支持

孩子观察并指出变化,成人加载计时。

观察点

能否定位问题。

测试规则

成人轻放固定三块积木,放完最后一块开始计 15 秒。孩子看柱子和台面,手离开。记录撑住/未撑住、具体变形处。每次卸载后检查,A 再试一次;模型永久折坏则重做同规格 A,并注明重做。B 使用相同载荷位置、柱高、台面和时间。

去测试记录填写 A → 第一次课可在这里结束。

6

IMPROVE · 改进设计

约 12–20 分钟

“只改这一处,其余留一样,可以吗?”

孩子任务与成人支持

一起做 B,用同样的三块积木再测。

观察点

比较是否控制了条件。

从证据开始改

根据证据只选一个变化:容易整体倾倒,把四柱从较近的位置移到更宽的位置;柱子压弯,改为同尺寸但双层纸柱,位置不变;台面下弯,则仅加一层同尺寸台面。B 再测两次。若两版都撑住,只能说在这个载荷下都达标,不能推出谁最结实。

填写 B,并比较两版结果 →

7

SHARE · 分享发现

约 5–10 分钟

“我们的设备安全站了多久?还有什么没测过?”

孩子任务与成人支持

孩子展示平台和记录,说下一步想法。

观察点

承认结论只适用于本次载荷。

遇到问题时:先诊断,再改动

空平台就摇

先检查四柱等高、端面平整和桌面水平;这是准备修复,修好再测。

柱子还好,平台却掉了

检查连接点脱胶,记录为连接问题;可仅改接头固定方式作为 B。

两次结果相反

检查载荷是否放在相同位置、柱脚是否折坏。写“不确定”,不要只保留成功那次。

04 / TEST LOG把观察留下来。

孩子可以口述或指认,成人代写。页面不自动保存,关闭或刷新前请下载记录。也可打印后手写。

测试15 秒是否撑住先变化的位置载荷位置/修复备注
A 第 1 次
A 第 2 次
B 第 1 次
B 第 2 次
打印后可画:我的模型/路线/发现的问题

05 / REFLECT & EXTEND把完成作品,变成学会思考。

讨论问题 · 选 1–2 个即可

  • 为什么加积木时不能用手扶着平台?
  • 高平台就一定好用吗?
  • 如果两种都能撑住,我们能说哪一种最强吗?

今天看哪些成长?

用“在支持下尝试/能自己完成/暂未观察到”记录,不打总分,不按作品漂亮程度或一次成功评价。

  • 指出载荷、平台和支撑柱。 成人观察孩子的指认或解释。
  • 选择柱子的位置,参与搭建可独立站立的模型。 允许成人完成精细部分。
  • 看到倾倒、弯曲或连接松开的区别,用相同载荷比较 A、B。 允许结果没有改善,但要忠实描述。

下一次可以继续探索

  • 保持结构不变,仅把同样载荷移向台面一侧,研究载荷位置;慢放,出现倾斜立即卸载。
  • 另一天限制胶带长度,重新设计用料更少的平台;不与原版本直接混算。

本课结束时,孩子只需分享一个发现。拍模型即可留念;更完整的图纸、多方案比较和数字测量都可等兴趣与能力成熟后再加入。

06 / REFERENCES相关资料

官方依据与本课改编

NASA / JPL · Spaghetti Anyone? Building with Pasta

JPL 原课:K–8,少于 30 分钟。20 根干意面、1 米胶带和一颗大棉花糖,18 分钟内搭最高的独立结构并承载至少 15 秒。背景涉及深空网天线的结构受力。

本课改编:本课借鉴独立支撑、固定载荷、测试和重设计,将尖脆意面替换为纸筒,棉花糖替换为轻积木;从“最高塔”改为“稳定平台”,保留 15 秒观察窗口。月面营地故事、尺寸、四柱方案、A/B 流程均为改编,不是 NASA 月面工程方案。

本页为独立整理的中文课程,非 NASA 官方译本、认证或联合课程。主文目标为可观察行为的重写;任务故事、七步组织、具体课时、教师话术、评价和记录表均为适龄设计,不是 NASA 原话。资料核对日期:2026-09-17。完成的是资料核对与内容、页面检查,尚未进行家庭或课堂实测,成人课前需用实际材料试做。

进一步阅读

配套影像与观看提示

本课使用上方可朗读任务故事即可开场;未列入未经核验或不匹配幼儿任务的视频。原课引用的教师向 TED 演讲见“进一步阅读”。