設(shè)計與選擇

左文飛

工程與技術(shù)教育越來越被大家所提及，在日?？茖W(xué)教學(xué)中，也常常能挖掘一些技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)資源。有人提出應(yīng)該“根據(jù)建筑物中構(gòu)件的用途和條件的限制，設(shè)計結(jié)構(gòu)和選擇材料”。此種提法更注重學(xué)以致用，不僅要學(xué)習(xí)各種結(jié)構(gòu)的特點和材料的特性，更要結(jié)合實際運用于生活中，給學(xué)生分析實際問題的機會。而不是發(fā)現(xiàn)了原理、規(guī)律后就算大功告成。

那么如何根據(jù)建筑物中構(gòu)件的用途和條件的限制來設(shè)計結(jié)構(gòu)和選擇材料呢？中心詞落在設(shè)計和選擇上，這是兩個動詞，說明這個工作是需要學(xué)生來落實的。學(xué)生需要經(jīng)歷一個設(shè)計和選擇的思考過程。而思考的依據(jù)就是“根據(jù)建筑物中構(gòu)件的用途和條件的限制”。這個用途包括：用在哪里？怎么用？要達(dá)到什么要求？這個條件指自然環(huán)境、人工環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境等所能提供的物質(zhì)、技術(shù)資源，以及該構(gòu)件對環(huán)境的適應(yīng)性。要求學(xué)生來評判設(shè)計，甚至進行決策。

為什么要把這個概念提出來讓學(xué)生學(xué)習(xí)？如今，各種新型材料層出不窮，各種富有創(chuàng)意的、功能強大的結(jié)構(gòu)設(shè)計也比比皆是。那么如何使用它們呢？有條件用嗎？符合需要嗎？這就要求根據(jù)這個物品派什么用場、要達(dá)到什么程度來選擇，它要求在了解結(jié)構(gòu)、材料的功能、特性的基礎(chǔ)上進行合理的使用。但以往的學(xué)習(xí)中要么只認(rèn)原理，不重利用。要么泛泛而談，是列舉式的、表層的、走馬觀花的。這一提法更突出設(shè)計與選擇，這個工作學(xué)生來做。讓他們認(rèn)識到科學(xué)原理的利用要符合實際。利用已有的知識和經(jīng)驗來回答：為什么這么選？為什么這么做？明明有更好的設(shè)計和材料為什么不能用？體會到適合的才是最好的。在這個過程中，學(xué)生的思維會趨向深入，對科學(xué)原理、規(guī)律，對材料的特性的把握更準(zhǔn)確，印象也會更深刻。在這個過程中，學(xué)生學(xué)著利用知識，讓這些知識成為活的知識，認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)是為現(xiàn)實服務(wù)的，不是孤傲地印刷在書本上的，不是孤立于生活之外的。我們掌握了科學(xué)技術(shù)之后，要學(xué)會用于認(rèn)識世界、改造社會、改善生活，而不是束之高閣或供奉于神龕。同時，這也是社會和日常生活中所需要的一種能力，不盲目地追求最高、最優(yōu)，而是追求最適應(yīng)。

怎么做到呢？

一是教學(xué)素材或教學(xué)活動要有導(dǎo)向性?！案鶕?jù)建筑物中構(gòu)件的用途和條件的限制，設(shè)計結(jié)構(gòu)和選擇材料”，這不是個學(xué)生能自發(fā)提出的問題，卻又是需要他們掌握的。這就需要教師或教學(xué)素材的引導(dǎo)，將學(xué)生的注意力聚焦到這個問題上來。

二是創(chuàng)設(shè)一個合理的情境，解決實際問題。這是一個能力目標(biāo)，不僅僅是解決思想認(rèn)識的問題，是要在實踐中找到切實可行的操作方案的。那就不能靠說教，不能完全靠思辨。要有行為的參與。那就拋給他們一個現(xiàn)實性的問題，讓他們分析：需求是怎樣的、已經(jīng)擁有哪些資源、缺少些什么、缺少的材料容易獲得嗎、有時間上的限制嗎、性價比合適嗎……讓學(xué)生在分析和交流中不斷完善自己的想法，學(xué)著從整體的角度把握，進行合理的選擇。

三是要打好基礎(chǔ)。基礎(chǔ)之一是對結(jié)構(gòu)功能的把握和對材料特性的了解?；A(chǔ)之二是認(rèn)清構(gòu)件的用途和條件的限制。沒有這些認(rèn)知的支撐，實施方案是無法訂立的。在進行選擇、設(shè)計之前，先要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的科學(xué)原理、發(fā)現(xiàn)基本的科學(xué)規(guī)律，先要認(rèn)識所需材料的特性，先要對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境有深入的了解，這樣才能根據(jù)需要選擇合適的結(jié)構(gòu)，找到適合的材料。

四是避免陷入純粹的實用主義。要能正確評價各種材料和結(jié)構(gòu)。不能因其一時一地用不上就否定它的價值。不能因暫時看不到它的應(yīng)用前景就拋棄某一設(shè)計。許多事物都是在實踐中完善的?？梢砸肟茖W(xué)史對學(xué)生進行教育。一些材料、結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)的初期不被人們重視，甚至受到人們的嘲笑?？呻S著科學(xué)的發(fā)展、社會的變革，這些材料和結(jié)構(gòu)越來越顯現(xiàn)出它們的價值。

設(shè)計與選擇的話題屬于工程與技術(shù)的領(lǐng)域，這個領(lǐng)域在以往是不被關(guān)注的，大家的理解各不相同，所以在課堂教學(xué)有所涉及時，往往呈現(xiàn)出不同的面貌。

案例與解讀

案例一：沒有最好，只有最合適。

研究三種類型的橋后。

師：通過剛才的研究，能得出什么結(jié)論？

生：斜拉橋的承受力最大，拱橋第二，平板橋第三。

師：那大家覺得哪種橋最好？

生：斜拉橋。

師：（出示圖片：村口的小河溝。）既然如此，我們村就決定在河上造這座橋了。

生：不好。

生：沒必要。

師：為什么？

學(xué)生討論后交流。

生1：造斜拉橋要花很多錢，村里可能拿不出來。

師：你這么知道斜拉橋要很多錢？

生1：（征詢了一下組內(nèi)的意見）看看橋上要那么多鋼纜就知道了。

生2：村里沒什么人要過橋，這么大的承受力就浪費了。

師：哦，還要考慮有多少人要用這座橋。

生3：斜拉橋都很長的，這條河卻不寬，不需要造這么長的橋。

師：這橋是不短，橋短的話沿著河邊一轉(zhuǎn)彎就能過河，橋長了還得繞遠(yuǎn)路找到橋頭才能過河，不合算。

師：還有人要勸我嗎？我還是喜歡斜拉橋。而且最好三個月內(nèi)建成，現(xiàn)在太不方便了。大家?guī)臀蚁胂?，該找誰來造這座橋呢？

生：這個要找大的建筑公司才行。找找他們還要很長時間的。

師：那怎么辦？造什么橋才好？你有道理我就聽你的。

學(xué)生討論后交流。

生1：造拱橋。拱橋承受力也高的。

師：為什么不造平板橋呢？

生2：平板橋的承受力太小了，現(xiàn)在很多人家都有汽車的，怕它承受不了。

生3：我也認(rèn)為造拱橋好。拱橋便宜。

生4：拱橋容易造。估計我們鎮(zhèn)上就有人會造，不要去城里找。需要的時間也會短一些。

師：那就造拱橋。用什么材料造呢？

生1：石頭。書上的拱橋就是用石頭造的。

生2：我們這里好像沒有這樣的石頭。

師：是的，本地沒有這種材料。

生1：用鋼鐵。

生3：太貴了。還容易生銹。

師：想想學(xué)校旁邊的那座拱橋，是用什么材料造的？

生：水泥。

生：里面還有鋼筋的。

師：這些材料都比較易得?，F(xiàn)在看來，要造一座橋要考慮些什么？

生：承受力，價錢。

生：時間，造起來難不