适合年级
小学4—5年级
活动概述
本活动要求学生建造一座可以承受飓风级的强风、暴雨和洪水的建筑物。
图1 学生们一起建造他们的第一座建筑物
引 入
“自然灾害与自然灾难之间的区别是什么？”教师可通过向学生提出这个开放性问题开始本活动。接下来教师向学生展示含受灾社区的飓风、洪水、龙卷风和地震的图片，然后让学生与一名同伴一起将这些图片分为2类。在分类过程中，教师观察学生们考虑了这些图片的哪些相同和不同之处。
在本活动中，教师和学生将危险定义为全球各地自然发生的严重的天气事件。由于地理位置不同，有些地方比其他地方更容易遭受到某种自然灾害。自然灾难是根据自然灾害对人们和他们的生活造成的影响来定义的。可参考“网络资源”中的一段视频以协助本阶段的活动。
接下来教师问学生：“人们可以做些什么以降低自然灾害对于社区的破坏？”可以给学生们观看2段视频，这2段视频展示了建筑物如何被自然灾难影响。第1段视频“飓风来了：新奥尔良受到威胁”解释了新奥尔良、路易斯安娜地区的税收制度如何增加或降低自然灾难的严重程度。第2段视频“飓风101”展示了飓风的形成、运动和强度，以及飓风后的风暴潮。教师利用这些视频向学生提供人类如何通过设计建筑物减少自然灾害造成的破坏的例子。
然后教师安排每个小组解答1个问题并讨论如下内容。
● 有哪些天然防护屏障可以保护一个地区少遭受如飓风等自然灾害造成的破坏？（湿地可以使飓风减速。）
● 如果你住在沿海社区，你如何抵御自然灾害？（飓风来临时，海滨地区的人们会在房子或商店的窗户上安装木板。）
● 有哪些人为造成的环境变化会扩大飓风的影响？（如果人们把房子建得离大海太近的话，更多的房屋将被毁掉。）
● 人们可以采取什么防护措施降低或控制这些危险？（与家人一起制订一个方案，以便在紧急情况下可获得补给。捡起院子里多余的而且可能被风吹起来的树枝或物品。）
● 会有其他自然灾害伴随着飓风发生吗？为什么？（当飓风带来的降雨量过大时可能会发生洪灾。）
探 究
学生被分成5个协作小组，教师给学生们安排如下任务。
你们小组供职于城市住房发展委员会，该委员会指导当地建筑公司根据最新的安全规定改造升级沿海岸区域建造的房屋。你们的一部分工作内容是建造房屋模型并测试它们抵抗飓风等自然灾害的有效性。你们将测试这些房屋抵抗强风、暴雨和风暴潮的强度。
设计过程
首先，教师给学生提供方格纸用于绘制设计稿并练习按比例测量，要特别强调方格纸上的一个方格代表半英寸，因为房屋结构标准中有尺寸限制。学生们最初的设计图纸与基本的房屋图纸类似，用三角形代表屋顶、用正方形代表主体结构。然后教师向他们提供建筑材料（如手工木板、黏土、硬纸板和胶水），学生们的设计图就能变得更加完善了。
例如，学生将手工木板绘制到设计图中成为墙体结构的一部分，在教师向学生们提问了哪种结构形状能承受强风后，他们会将三角形屋顶改为平坦屋顶。学生们对于房屋结构想法的改变是引导式对话的结果，更是他们在绘制图纸过程中查看和使用材料的能力的结果。
第2天，给每个小组发1个装有沙子的中号（19升）塑料托盘。沙子代表沿海地区，塑料托盘用于稍后在模拟发洪水时对建筑物的测试。各小组列出他们用于建造房屋的材料并解释他们选择每一种材料的理由。
如果需要，学生们在建造过程中可以获取更多材料，但胶布和胶水除外。在建造过程中，也许会有学生说在沙子上建造房屋很难。为了减轻他们的担忧，教师可建议学生们使用绝缘导管或吸管建造一个结构地基，而不是直接在沙子上建造房屋。
测试建筑物
在室外测试建筑物，使用有不同风速的电动落叶清扫机模拟不同级别的飓风（也可以使用吹风机，但吹风机不能提供模拟所需的风力强度）。在测试过程中，所有学生必须佩戴安全护目镜，只有教师才可以使用落叶清扫机。确保学生与测试区域之间有一定的距离（可划线标注测试区域）。
图2 学生准备测试他们的第一个建筑物（暴风雨来之前）
教师使用喷雾瓶模拟下雨并向塑料托盘和建筑物倾注水以代表洪水和风暴潮。教师向学生提供评估建筑物能否成功承受的标准。如果建筑物倒下或坍塌，学生要记录他们的建筑物在哪个步骤（如雨量和最低风力）失败，并详细描述模拟过程中他们的建筑物所发生的情况。
解 释
测试完成后，学生们返回教室讨论自然灾难的后果。学生将他们的笔记与测试成功的标准相对照，根据建筑物成功承受的不同级别的模拟暴风雨（例如：第1级模拟雨水和温和的风速）将他们的建筑物评定为1—4级。
各小组参考结果图表，口头比较他们的建筑物。当学生们回顾测试结果时，教师让学生思考为何一些建筑物比其他的建筑物更加坚固。然后讨论结构和材料组成的重要性：“如果墙体被风吹倒了，我们该如何利用现有材料加固墙体结构呢？”基于这些结果，学生们进行讨论并将他们的想法记录到重新设计表上，以确定他们该如何重新设计他们的建筑物。
图3 测试建筑物后学生的反应（暴风雨之后）
讨论重新设计
通过讨论，所有小组可能会一致认可，要想建造坚固的建筑物，他们需要使用不同的建筑材料。淹水是所有小组都会面临的问题。学生们关于预防洪水的重新设计想法可能包括“在建筑物周围垒墙”和“将房子建造在支架之上”等。风力也是所有小组都面临的问题。各小组都会决定他们的建筑物需要更坚固的材料应对高风速。他们还会讨论增加建筑物的重量，这样一来建筑物就不会被风刮走，并且在墙体上增加质量会使得建筑物更加坚固。经过讨论，学生们会一致同意的建筑物重新设计方案包括使用更加坚固的材料，将建筑物提高到地面之上，以及加固建筑物抵御大风和洪水等。
扩 展
所有小组都会要求获得更多的胶布、胶水、绳子和石头，以重新设计他们的建筑物。为了便于对比模拟结果，教师可提供给他们同样的硬纸板、橡皮筋、黏土和手工木板作为建筑材料。各小组利用第1次测试积累的经验实践对建筑物进行重新设计，然后对重新设计的建筑物使用同样的标准再进行测试。在第2次测试中，再次讨论结果并进行全班分析。然后再次将学生召集到一起讨论关于重新设计的想法。
评 估
本活动的评估以表现性任务为基础。评估各小组参与设计、创造和测试模型的情况。学生完成设计指南会获得个人得分。可使用1份家庭作业表作为本活动的总结性评估（见文后“NSTA链接”）。总结性评估中要求学生说明他们用于抵抗强风的具体结构，并要求他们解释测试建筑物过程中发生的具有因果关系的行为。
总 结
本活动让学生学习了在设计和建筑过程中选择和使用材料的重要性。在设计过程中，学生创造并使用他们的建筑物模型来计划并实施公平测试。在整个设计过程中学生都可以了解团队协作和解决问题的重要性。
网络资源
Big Idea 8: Natural Hazards Affect Humans www.youtube.com/watch?v=n73qtEojP_Y
Hurricane: New Orleans Under Threat www.pbslearningmedia.org/asset/ess05_vid_neworleans
Hurricanes 101
www.watchknowlearn.org/Video.aspx?VideoID=51382&CategoryID=790
Weather Wiz Kids: What Is a Hurricane?
www.weatherwizkids.com/weather-hurricane.htm