《未来的海上城市》STEM课程设计方案课件

未来的海上城市STEM课程设计方案科技学堂《未来的海上城市》STEM课程设计是基于《万物》杂志2019年第1期的栏目“未来的海上城市”（P22-P29）而设计。本STEM课程设计的内容源于参加“万物杂志云共享计划”各位老师的讨论结果。本STEM课程设计不是完备的教案，而是为旨在有意开展“未来的海上城市”STEM活动的教师提供灵感和参考。教师需要根据工作的实际需求选择教学方法，制定教学目标，设计出合适的教案。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题活动内容简介为了缓解人口暴涨，工程师设计了摩

天大楼，向天空索取居住的土地；为

了解决拥堵的交通，工程师设计了庞

大的地下交通网络，向地下索取土地。如今，我们面临着另一个严重的生存

挑战——海平面上升。为了解决这个问题，工程师提出了建筑漂浮在海上的

城市——向大海索取土地。海平面上升的挑战本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题我们现在面临着严重的海平面上升的威胁，在20世纪初，海平面上升了20厘米，而到了2100年，海平面预计上升65厘米。科学家预测，如果全球气温上升3摄氏度，将会有2.75亿人的家园被淹没，如果全球持续变暖，巴西里约热内卢著名的海滩将会沉没到水下，上海也会有2500万人无家可归，美国迈阿密也无法幸免遇难。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题怎样理解这个问题呢？我们用一个活动说明。海平面上升的挑战虽然地球的陆地面积很大，但可居住的面积却很

有限。目前，我们正在面临海平面上升的严重威

胁，从二十世纪初到现在，海面升高了约20厘米，科学家预测，到了2100年，海面预计上升65厘米。许多发达城市是沿海而建的，上升的海平面将带

来毁灭性的打击。教学建议：教师可用floodmap软件模拟海平面上升的效果[1]海平面上升的挑战本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题我们可以在一套密闭的体系里，用黏土等材料模拟出一个居住环境，在体系中放入冰块，用射灯照射，并加入/减少隔离板，模拟臭氧层厚度的影响，观察水位上涨的变化。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题用纸盒、黏土等材料制作以“海平面上升”为主题的作品，并用故事的形式叙述出来。海平面上升的挑战海平面上升的挑战：参考作品本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题尽管真正意义上的海上城市并未出现。但我们已经开始了这方面工作的尝试。例如，paypal创始人彼得·蒂尔就投资建立了一个“海上家园研究所”，该研究所的目标是2020年在南太平洋塔希提岛附近第一座海上城市，这个城市将提供250到300人居住、娱乐和办公。如果一切都进展顺利的话，海上城市将在今年正式开工建造。海上城市大观本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观LilyPad比利时建筑师Vincent

Callebaut的作品睡莲一般的美丽造型可容纳50000人生态友好型城市自给自足的可再生能源本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观收获之城E.Kevin

Schopfer设计2010年海地大地震后，建筑师萌生了设计漂浮在海上城市的想法。帮助遭受严重地震和海啸城市的重新建设。这是一个系绳浮动模块组成的浮动城市，内部主要用于城市办公、教育和轻工业等，外圈主要用于农业生产。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观自主维持的浮动城市中国建筑委托AT建筑工作室设计采用六边形模块制成的浮动土地自给自足，零碳排放垂直农场和鱼类养殖场作为食物来源本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观诺亚方舟Aleksandar

Joksimovic和Jelena

Nikolic设计为世界末日设计的浮动城市由太阳能或潮汐能等可再生能源供电由多个环形岛屿组成，可供农业生产等本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观X

SEA

TAX-Tu设计的海上漂浮城市多孔混凝土建筑而成；大量覆盖藻类作为生物燃料能源；自给自足提供动力；本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观Green

Float清水公司设计由一系列模块组成的自给自足的浮动城市。每个岛屿中间有一座1000米高的大厦，有垂直农场、住宅和办公区可容纳100万人本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市大观自由号自由号不是一艘邮轮，而是一个集生活、工作、旅游的海上城市长度超过1300米，宽度超过200米，主甲板上方25层的建筑涵盖住宅、教育、医疗、办公、娱乐、酒店等设施。顶层为飞行甲板，可供公务机起降，船尾配备了港口，可容小心船只接驳。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市物资长期自给自足为众多的人提供的长期生活保障城市功能完善对运动功能要求不高本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题海上城市与船只有什么不同船只维持一段时间的自给自足为一定数量的人提供短期的生活功能较为单一强调运动功能讨论：海上城市的利与弊本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题益处应对海平面上升可移动性可持续发展提升生活质量提供重建的机会弊端对海洋生态环境的影响物资供应问题建造费用高昂设计结构和稳定性法律与秩序问题城市的居住和服务空间海上城市应具备普通城市的功能，如医疗服务、垃圾处理系统、旅游观光、居住场所、娱乐场所等本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题生产空间海上城市要具有养殖和农业生产功能，尽可能地自给自足提供食物。海上城市需要什么设施能源需求海上城市应具备一定的能源，海上城市的能源应该是绿色环保的。用水问题海上城市应具备一定的海水淡化装置，保障城市生活的用水，同时也应具有污水循环和处理的装置。海上城市的安全性问题海上城市应有稳定装置，保障居民安全，大到够抗击海啸，小到避免居民晕船。科幻绘画在科技辅导员的指导下，学生画出自己想象中的海上城市，并画出应有的城市功能，认识现实生活中的城市基本结构和功能。这项活动适合学前班到小学学生开展，这个阶段的孩子想象力丰富，而不擅长抽象的表达，科幻绘画可以让学生将心中的想象通过彩笔画出来。核心工程任务本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题简易模型制作用轻质黏土或其它材料搭建可以漂浮在水面上的房屋模型，体验海上城市的基本构造。这个方法比科幻绘画更进一步，适合小学开展。核心工程任务本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题复杂的模型制作这也是众多老师谈到最多的一个方式，有的老师提出可以规划海上城市的功能模块，并设计成沙盘；有的老师提出学生要画出规划图、写下任务书、可以的话做成纸模型；有的老师提出从智能设计入手，制作具体模型；有的老师提出可以用各种材料和3D打印的方式做成海上城市模型，并进行测试；适合小学中高年级到初高中开展。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题核心工程任务设计方案解决海上城市的某个具体问题海上城市的建造是一个复杂的系统性工程，我们可以只针对其中某个问题作为核心工程问题，学生设计出模型解决方案。例如，有老师提出可结合水培植物种植认识海上城市食物来源的解决方案；有的老师提出海水淡化、水循环等海上用水问题；有的老师提出城市生态搭建的问题；有的老师提出城市的智能布局和生态设计等等。竞选海上城市市长学生需要通过演讲阐明为什要建设海上城市，怎样建造海上城市，并说服其他同学认同自己的想法。签订规划书教师设计规划书，并与学生协商签订。这也是一种STEM教育中常用到的方法。确立工程问题活动形式本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题在面临全球变暖的环境下，地势低洼的XX市面临海平面上升的威胁。为此，市政府

未雨绸缪，成立委员会论证建设海上城市

的可能性。委员会召集一批知名的建筑师，设计出海上城市的原型，以协助市政府作

出最终决策。通过评审的设计师，将能获

得海上城市最终的设计权，并获得丰厚的

设计费。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题规划书情景设计参考委员会对海上城市的设计提出了以下设计要求：1、容纳至少满足5000人的基本生活需求；2、能够抗击海洋灾害的袭击；（教学建议：教师可以模拟制定工程委托书的文件，）海上城市的淡水获取是一个巨大的问题。我们可以设计海水过滤和渗透实验帮助学

生认识获取淡水的方法以及其优势和局限。本活动以《万物》杂志1月刊《未来的海上城市》为主题我们还可以关注海上城市的能源获取问题。例如，海上城市我们应该使用哪种能源，它们有哪些特点。并设计实验或小型工程来实施。理解科学背景我们还可以关注居住空间的问题，如果要建设一定数量居民的海上城市，我们需要多少居住空间、多少生活发展空间等等，通过调查法，让学生了解我们的城市。我们还需要关注海上安全的背景知识，设置如何保持海上城市稳定的问题。我们参考通过大型舰船、海上平台、摩天大楼等设备是如何保持稳定的，来认识维持稳定的方法和重要性。形成性评价分布于整个活动的过程中，我们可以用工程过程量表评价学生在每一个活