項目化學習課程《各種各樣的橋》

倪哲宇

項目化學習對我們的教育提出了更高的要求，作為教育者中的一員，我們已經做好準備迎接教育課堂的挑戰。在項目化學習中，我們注重學生的認知特點和中華文化的有機滲透，把一些優秀的教育理念、教學方法和本土文化特色融入項目化學習中，設計符合我們的本土化項目學習，利用好每一個階段性評價以關注每一位學生的點滴成長，為傳統課堂的轉變和教學策略的變革提供實踐研究的經驗。培養學生能力，適應飛速發展的社會需要，這也是我們實施研究項目化學習的終極目標。本文筆者談談如何將國外經典項目化學習案例用于項目化學習課程《各種各樣的橋》的設計中。

英國項目化學習課程《倫敦橋》

倫敦橋是英國的地標建筑，整個項目化學習的主題內容圍繞倫敦橋展開，引出世界上大量名橋的信息。教師事先準備了大量的資料，學生通過信息資料搜集了解每一種不同的橋的特點，對橋的結構進行研究、分析、歸類，探究不同結構對橋承重力的影響。項目化學習的終極挑戰是設計一座大橋，并通過3D打印分別完成大橋部件的制作和組合，最后通過承壓杠鈴片的多少測試大橋的承重力。

1.現代信息技術在項目化學習中的運用

從《倫敦橋》的項目化學習中我們看到大量現代技術的使用，整個項目化學習的設計運用了非常先進的教學輔助設施，從項目開始到完成終極挑戰，學生的研究過程主要通過iPad上的模擬軟件完成。教師事先搜集符合研究要求的素材庫，而學生利用搜索引擎查找自己感興趣的橋梁，搜集相關信息和資料，了解橋的承重結構特點并歸納出不同橋梁的不同特點，在網上與橋梁設計師遠程對話，聽設計師講解有關此座橋梁的設計理念……項目充分運用了教學輔助設施，起到非常重要的推進作用。《倫敦橋》的小組挑戰以全班學生為一個整體，設計一座能承受更多重量的橋梁。在分析橋梁不同的結構后，學生分工合作，開始在3D模擬軟件上設計橋梁的零部件。完成零部件后，一座3D打印的橋梁呈現在了師生面前。隨著杠鈴片的增加，橋梁的一次次坍塌，學生不斷修改大橋結構，最終建造出了一座能承受更多重量的橋梁。

2.本土項目化學習實施的分析

《倫敦橋》課程是一個將現代信息技術完整融合在項目化學習中的成功案例。在項目化學習中運用3D打印，首先對于抽象思維比較薄弱的小學生來說，可以幫助他們在設計過程中將自己的想法和理念在虛擬的世界中進行模擬和反復調試;其次，它可以幫助小組在制作物理模型時突破傳統材料和工具的使用局限，只需把自己的想法在電腦上進行拉伸等簡單的幾何結構變形操作，開拓了無限的設計空間。

如果在我們的項目化學習中引入現代信息技術，可以借鑒《倫敦橋》課程的研究過程，將信息技術與解決實際問題的方法結合起來。當然，在項目化學習中運用信息技術并不單單局限于使用3D打印，我們可以根據各個學校的教學特點和課程設置引入不同的現代信息科技技術。在項目化學習中運用現代信息技術，可以幫助學生更科學地收集，分析數據，擴大思維空間，在現實世界中模擬，在虛擬世界中證明，讓小組在設計如何運用解決問題的方法的同時，突破各種局限，碰撞出更多更有創意的思維火花。

美國項目化學習課程《橋梁工程師》

《橋梁工程師》是美國項目化學習的一個經典案例。項目伊始就進入信息收集階段，在了解有關橋梁的關鍵詞匯后，學生開始進入職業體驗的過程，他們需要對橋梁工程師進行全面系統的調查，了解他們的工作以及他們設計的橋梁主體結構的特點，嘗試模擬制作一座跨度為5米的橋梁。

1.等比例物理模型在項目化學習中的運用

整個項目中小組在浸潤式情境中體驗橋梁在我們生活中的重要作用，小組通過強大的搜索功能了解有關橋的信息，并嘗試利用設計制作等比例物理模型來解決實際問題。整個項目的終極挑戰是完成一座可便攜的景觀橋梁，這個成果設計可謂精彩之極，讓人腦洞大開，是學生創造力的充分體現。通過頭腦風暴，學生的創意可謂千奇百怪，有的模仿折紙，有的橋梁被設計成可以卷起來的樣子，有的嘗試充氣的橋梁……當然，只要能達到便攜的目的，終極挑戰就算成功了。

在STEM工程設計環節要求學生在等比例的情況下設計制作一座跨度為5米的橋梁，完成這個階段挑戰需要一定的時間，學生在家長和教師的指導下進行草圖設計、模型制作。顯然，這需要一個比較長的制作過程去不斷地測試與調整。等比例物理模型是對學生綜合技能運用的巨大挑戰，它為學生創設了一個真實情境，在設計制作過程中，學生能體驗到等比例物理模型不同于其他虛擬模型的特點，即只有在實際操作才會遇到問題。因此設計制作等比例物理模型可以讓學生在浸潤式環境中真切體驗到運用技能解決實際問題的過程。

2.本土項目化學習實施的分析

運用設計制作等比例物理模型需要具備一些硬件條件，如具備一定的實施空間，擅長一些大件材料和工具的使用……與《橋梁工程師》課程中等比例物理模型的設計制作相比，目前我們為了能廣泛開展項目化學習，多采用一些類似吸管、牙簽、玻璃膠帶等相對比較容易操作的材料和工具，以保證所有學生都能參與實踐研究，完成物理模型的搭建。

當然，在項目化學習中運用設計制作等比例物理模型作為解決實際問題的方式時，《橋梁工程師》課程的研究過程有很多可以借鑒的地方。首先，我們可以在項目化學習中選擇一些利用相對體積較小的物理模型解決實際問題的主題內容;其次，我們也可以通過虛擬情境的設計為學生創設一個浸潤式的情境體驗，這樣的情境設計，相信能大大激發學生的學習興趣和想象力。

由此可見，在項目化學習中運用等比例物理模型作為解決實際問題的一種方式，我們需要選擇合適的主題內容，讓設計制作的物理模型能真實地使用到日常生活中。當然我們還可以將虛擬身份代入真實情境，比如讓小組成員化身為小動物，運用反向思維換位思考，運用一些耳熟能詳的童話故事作為情境渲染……在整個項目化學習中從一開始就為學生創設一個良好的體驗環境，讓終極挑戰中的物理模型順理成章地運用在虛擬環境中。

設計有特色的本土項目化學習課程《各種各樣的橋》

通過對《倫敦橋》和《橋梁工程師》的分析可以發現，每個國家開展項目化學習都會緊密結合當地學生的學習特點和教學資源。因此，在項目化學習中，我們汲取其他國家先進的教學設計經驗，以加強本土項目化學習的研究過程和研究方式，提高項目化學習的設計標準。

同時我們發現，設計符合本土化項目化學習對培養學生解決實際問題的能力是非常重要，也是非常迫切的。首先我們可以嘗試選擇一些具有中華傳統文化特色的內容作為項目化學習的引子，使項目化學習從學生身邊的例子入手，給予學生真切的情境體驗;其次我們也要借鑒國外先進的教學經驗，在了解傳統文化特色的基礎上，嘗試使用一些先進的信息科學技術作為解決實際問題的技能，讓我們的項目化學習跟上時代的步伐;最后要根據學生的思維特點設計整個項目化學習的主題內容，有針對性地開展活動，幫助學生開闊眼界、活躍思維，從而形成具有本土特色的項目化學習模式。下面談談項目化學習課程《各種各樣的橋》的設計過程。

1.《各種各樣的橋》一課的構架梳理

作為項目化學習《橋》的一個研究范例，《各種各樣的橋》一課以我國造橋歷史上的代表作——趙州橋為項目導入，趙州橋作為我國造橋歷史上一座世界聞名的石拱橋，橋的結構和橋身的裝飾都體現了我國勞動人民的知識技能和悠久的文化底蘊，結合四年級語文課程中《趙州橋》《家鄉的橋》這兩篇課文對我國橋梁的描述，整個項目化學習設計以趙州橋作為引子，探究不同類型的橋的承重與結構之間的關系，以及古代橋梁與現代橋梁體現中華傳統文化的不同方法，梳理了人文、技能、思維、成果展示等核心知識點，架構了整個項目化學習教學框架（見表1）。

2.聚焦核心問題

驅動問題：如何運用身邊的材料，設計一座具有中國文化特色的景觀橋？

子問題：為什么趙州橋是一座世界聞名的石拱橋？橋有哪些不同的結構？趙州橋如何體現中國的傳統文化？怎樣的橋梁能成為景觀橋梁？景觀橋梁如何體現中國傳統文化？如何理解三角形是橋梁結構上運用最多的多邊形？

3.國外經典項目化學習案例設計的借鑒

（1）將虛擬身份代入真實情境

《倫敦橋》和《橋梁工程師》都為學生設置了橋梁工程師這樣一個身份，借鑒這個方式，我們也為《各種各樣的橋》設計了一個虛擬身份，讓小組成員在真實的情境中完成項目研究和挑戰。我們的項目描述如下：

如果你是一個橋梁工程師，你能為你生活的城市設計一座具有中國傳統文化特色的景觀橋嗎？請以工程設計師的身份進行調查，向大家介紹你的發現，說明為什么利用這種方法設計并制作橋梁;然后以“橋”作為主題開展頭腦風暴，調查統計，分析數據，匯總建議，收集篩選相關信息，運用工程設計流程設計一個微景觀，向最終評審闡述你們的設計理念和橋梁的結構組成，最終在景觀橋梁招標會中能脫穎而出，完成終極挑戰。

（2）等比例模型設計在項目化設計中的借鑒與改進

工程設計思維是一種解決問題的方法。首先，我們需要了解人們對景觀橋梁的需求：作為景觀橋梁，需要多大的承重能力？景觀橋梁的景觀元素體現在哪些地方？

工程設計就是要解決人們的實際需求，而等比例物理模型作為《橋梁工程師》中經常運用的一種解決問題的方法，有著特有的真實情境體驗。在《各種各樣的橋》的設計中，我們尚不能為所有小組提供等比例物理模型設計制作的硬件支持，因此，我們不能直接將這種制作方式直接運用到我們的項目化學習中。但是我們可以嘗試改變等比例物理模型的設計理念，在項目設計的最終展示環節中，運用反向思維，讓小組在微景觀的框架下設計景觀橋梁，這就為小組挑戰設定了一個框架，將現實環境等比例縮小，為每一個小組參與終極挑戰的成員提供參與條件。

合作小組根據微景觀的需求選擇橋梁的類型，畫出草圖，嘗試制作物理模型。當然我們的物理模型是采用身邊的材料完成的，如吸管、牙簽、標簽紙、A4紙、鐵絲、棉紗線等。這些材料的創新使用方法本身就是一種創造思維的體現：吸管用剪刀剪開后就能用來捆扎;牙簽是連接紙管的零部件;回形針拉直就是鋼筋的雛形;A4紙卷成紙管就是圓柱結構……

當然，設計制作物理模型的過程中，我們還可以采用多種傳統的工藝方法，比如磚瓦結構、卯榫結構、傳統紋飾的設計等。

因此在評估《橋》這一項目化學習的終極挑戰中，最終評審根據小組展示的微景觀中景觀橋梁的設計理念進行評估。

（3）現代信息技術在項目化設計中的借鑒與改進

借鑒《倫敦橋》采用大量的現代先進信息技術作為技術支持的教學方法，我們也鼓勵學生運用3D軟件繪制出模擬的橋梁結構，當然，隨著科學技術與信息技術的發展，學校教育理念和教學條件有了翻天覆地的變化。很多學校除了引進3D打印技術外，樂高、圖形化編程、App小程序等都是常用的課程教學內容，因此我們在設計項目化學習中可以指導小組采用不同的技術支持完成終極挑戰，如我們可以在微景觀中用樂高作為景觀橋梁主體結構或外形設計，我們也可以運用相關金屬套材作為景觀橋梁的主要耗材……合適的技術運用能恰到好處地體現出景觀橋梁的特色。

（4）思維訓練方式在項目化設計中的借鑒與改進

創新思維能力是項目化學習能力培養的主要目標之一。從《倫敦橋》和《橋梁工程師》中我們可以看到，項目設計充分運用了不同的研究模式對學生進行思維訓練，比如用思維導圖描述小組完成工程流程設計的過程、用流程圖表達實驗設計的過程、運用強大的搜索引擎對搜集的信息進行分析等。因此，我們在項目化學習中要借鑒國外案例對學生思維訓練方式的設計，在研究項目化學習的過程中潛移默化地進行思維訓練和能力培養（如圖1）。

對學生進行思維訓練可以幫助學生靈活設計并運用不同的方法進行工程設計和項目研究，因此在《各種各樣的橋》項目化學習中，整個研究過程我們靈活運用多種活動形式對學生進行思維訓練。

方式1：創造思維培養——頭腦風暴法

以“你認為橋梁需要具備哪些基本功能或特點”開展一次頭腦風暴，記錄小組成員的想法，學生在短短的兩分鐘時間里記錄下各小組不同的答案：結構、材料、樣式等，但是在這個環節中我們并不需要給學生定義一個標準，我們只需要達到預先設計的思維訓練目標。

方式2：代換思維——等量代換法

外白渡橋在三次變化中采用了代換的方法，用橋墩代替浮橋，用鋼結構代替木結構，使橋梁變得越來越堅固，承重能力也隨之加強。能不能采用代換的方法在制作過程中創意運用不同的材料？通過曹沖稱象和荒野求生等游戲題對學生進行相關訓練，為后面的工程設計制作作好鋪墊。

從目前項目化學習在本土實踐情況來看，我們需要借鑒國外的實踐經驗，對項目主題內容進行適度選擇與調整，再根據教學大綱梳理學科與跨學科的核心知識，統整一切能利用的資源。同時要在課堂中開展小組合作，培養思維模式，訓練學生的綜合技能。