項(xiàng)目式學(xué)習(xí)助力科技創(chuàng)新實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽備賽

◇朱 熠（廣東：清遠(yuǎn)市清新區(qū)教育局教育股）

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)就是在教師的支持協(xié)助以及耐心指導(dǎo)之下，把相對(duì)獨(dú)立項(xiàng)目交給學(xué)生自主動(dòng)手、動(dòng)腦處理，由學(xué)生負(fù)責(zé)推進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施到各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)完成項(xiàng)目任務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的教學(xué)方法。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以項(xiàng)目為線索，以作品的制作為導(dǎo)向，以科學(xué)理論為核心，借助各類資源在一定時(shí)間內(nèi)解決學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的真實(shí)存在的復(fù)雜問(wèn)題，最終構(gòu)建自身的知識(shí)系統(tǒng)的一種探究型學(xué)習(xí)模式。在這一過(guò)程中，師生通過(guò)互動(dòng)協(xié)作的方式促進(jìn)項(xiàng)目的完成，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，項(xiàng)目活動(dòng)由學(xué)生負(fù)責(zé)，教師起主導(dǎo)作用，以從旁協(xié)助、輔導(dǎo)的方式幫助學(xué)生完成任務(wù)。

2020年10月，筆者輔導(dǎo)學(xué)生參加清遠(yuǎn)市清新區(qū)第七屆青少年科技創(chuàng)新實(shí)踐能力（小學(xué)組）挑戰(zhàn)賽，奪得了3 個(gè)一等獎(jiǎng)，2021年10月輔導(dǎo)10 名學(xué)生參加清遠(yuǎn)市清新區(qū)第八屆青少年科技創(chuàng)新實(shí)踐能力（小學(xué)組）挑戰(zhàn)賽，又勇奪10 個(gè)一等獎(jiǎng)。本文以組織學(xué)生備戰(zhàn)這兩次比賽的實(shí)踐，談一談運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)助力科技創(chuàng)新實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽備賽工作的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。

一、“紙的力量——橋梁結(jié)構(gòu)承重”項(xiàng)目介紹

清新區(qū)第七屆青少年科技創(chuàng)新實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽比賽項(xiàng)目為“紙的力量——橋梁結(jié)構(gòu)承重”，要求在100 分鐘內(nèi)，三人一組，利用普通廢舊報(bào)紙、固體膠（得力20g）、透明膠現(xiàn)場(chǎng)制作一個(gè)紙橋梁結(jié)構(gòu)模型（兩橋墩的跨度最近距離≧80cm，橋面寬≧15cm，橋梁厚度≦8cm，橋重量不超過(guò)1kg），橋梁中間自行放置承重物10 公斤（5 公斤的2片杠鈴片），在承重區(qū)域內(nèi)，模型需承重5秒，在承重過(guò)關(guān)的前提下，橋梁輕者為勝。

二、做好前期準(zhǔn)備，確定項(xiàng)目聚焦點(diǎn)

通過(guò)對(duì)清新區(qū)第七屆青少年科技創(chuàng)新實(shí)踐能力挑戰(zhàn)賽相關(guān)文件的解讀，筆者所在的項(xiàng)目組決定在四五年級(jí)的學(xué)生中選拔人員組隊(duì)參加比賽，各隊(duì)采取三人小組合作的方式進(jìn)行。

第一步，項(xiàng)目組的指導(dǎo)教師引導(dǎo)各參加隊(duì)伍組內(nèi)分工，查閱與橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識(shí)，構(gòu)思設(shè)計(jì)合理的橋梁方案，了解并掌握相關(guān)的工程技術(shù)知識(shí)。然后，組織各隊(duì)伍進(jìn)行組內(nèi)交流與分享，讓各隊(duì)伍組內(nèi)每個(gè)成員都了解各自所需做的工作、搜集的信息、掌握的知識(shí)、存在的疑惑與困難。在組內(nèi)交流與分享中，能解決的問(wèn)題即時(shí)解決，不能解決的問(wèn)題請(qǐng)教老師幫助解決或者再分工繼續(xù)探究，從而整合形成各小組自己的相對(duì)統(tǒng)一的知識(shí)結(jié)構(gòu)。這樣，既能提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，又能增強(qiáng)學(xué)生的合作探究意識(shí)。

第二步，組織各隊(duì)伍集中進(jìn)行交流、分享各自小組所掌握的信息和知識(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)充知識(shí)面，拓展思維角度。同樣，在交流與分享中，其他組的知識(shí)和方法可以借鑒的就借鑒，剩下的那些不能解決的問(wèn)題，就成為整個(gè)項(xiàng)目組都需要關(guān)注的焦點(diǎn)。

筆者所在的“紙的力量——橋梁結(jié)構(gòu)承重”項(xiàng)目組的隊(duì)員們開始有些疑慮：1.用紙搭的橋，能承重10kg嗎？2.跨度80cm 以上，制作出的紙橋的重量真的能控制在1kg 以內(nèi)嗎？帶著心中的疑慮，學(xué)生開始查閱相關(guān)資料，進(jìn)入科學(xué)探究的過(guò)程。這個(gè)階段，科學(xué)的猜想與假設(shè)尤為重要，也為后期項(xiàng)目的實(shí)施指明方向。在經(jīng)歷小組內(nèi)分享和小組外交流的過(guò)程后，項(xiàng)目組關(guān)注點(diǎn)聚焦在使用材料和橋梁結(jié)構(gòu)模型的規(guī)格上：報(bào)紙質(zhì)地軟，卷起來(lái)改變它的形狀后，紙張的承重能力能否改善？蜂窩狀與竹筏狀的橋面設(shè)計(jì)抗壓性好，兩種設(shè)計(jì)何種更優(yōu)？橋梁跨度80cm 以上，橋梁厚度8cm 以下，橋梁結(jié)構(gòu)采用支架式結(jié)構(gòu)還是拱形結(jié)構(gòu)的效果好？如何優(yōu)化減輕橋的重量？如何縮短制作時(shí)間？

三、開展項(xiàng)目活動(dòng)，解決項(xiàng)目關(guān)注點(diǎn)

（一）項(xiàng)目的準(zhǔn)備

1.環(huán)境營(yíng)造

有意義的學(xué)習(xí)的發(fā)生總是基于特定的物質(zhì)和精神環(huán)境的，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)亦是如此。指導(dǎo)教師需要為學(xué)生提供必要的物質(zhì)條件：學(xué)校的科技室作為創(chuàng)作橋梁的空間；制作材料為賽制要求的普通廢舊報(bào)紙、固體膠（得力20g）、透明膠及相關(guān)輔助工具；圖書。

此外，我們還提供了精神環(huán)境的支持，如創(chuàng)造平等、接納、尊重的環(huán)境，讓學(xué)生大膽、自由地表達(dá)自我。在真實(shí)情境下開展的有意義的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，構(gòu)建科學(xué)的認(rèn)知體系。

2.劃分小組

本次項(xiàng)目挑戰(zhàn)難度較大，對(duì)學(xué)生的思辨、合作、動(dòng)手等能力有較高的要求，通過(guò)與學(xué)生接觸，項(xiàng)目組選拔15 名學(xué)生（四五年級(jí)）并按照“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”的原則劃分三人小組，共五組。三人中組織能力強(qiáng)者擔(dān)任組長(zhǎng)，每組均有學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的成員以及動(dòng)手能力強(qiáng)的成員，以實(shí)現(xiàn)組內(nèi)成員優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。

（二）項(xiàng)目實(shí)操

1.模型設(shè)計(jì)方案

學(xué)生通過(guò)組內(nèi)討論，首先確定紙橋的大體結(jié)構(gòu)采用支架式結(jié)構(gòu)，原因是拱形結(jié)構(gòu)耗材量大，固體膠、透明膠的耗用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定的量。確定了紙橋的結(jié)構(gòu)后，學(xué)生結(jié)合自身習(xí)得的橋梁設(shè)計(jì)知識(shí)創(chuàng)新性地繪制紙橋的草稿圖，教師適時(shí)解答學(xué)生繪圖過(guò)程中的問(wèn)題，指導(dǎo)他們修改圖紙，敲定最佳的設(shè)計(jì)方案。

其中一組學(xué)生設(shè)計(jì)的紙橋是這樣的：首先，橋墩需要6 根長(zhǎng)45cm、直徑1.5cm 的實(shí)心圓柱條，另外6 根長(zhǎng)45cm、直徑6mm 的實(shí)心圓柱條用于橋墩加固；其次，橋面選用16 條報(bào)紙編成的1cm 寬的麻花辮；最后，兩橋墩連接運(yùn)用2 根長(zhǎng)45cm、直徑1.5cm 的實(shí)心圓柱條，2 根長(zhǎng)45cm、直徑1cm的實(shí)心圓柱條。

學(xué)生此設(shè)計(jì)的靈感源于常玩的秋千，秋千的三腳支架很穩(wěn)定，因此三腳架式能保證橋墩的穩(wěn)定性，不易發(fā)生變形。橋面使用麻花辮纏繞，麻花辮的韌性非常好，放置重物不易被掰斷。

教師在輔導(dǎo)學(xué)生的過(guò)程中，肯定了學(xué)生有創(chuàng)意的想法，但也發(fā)現(xiàn)了其中存在的問(wèn)題：麻花辮的韌性的確很好，但是它的抗彎曲能力對(duì)橋墩的要求很高，因此需要調(diào)整一下橋面設(shè)計(jì)的方案。經(jīng)過(guò)與教師的交流和探討后，該組學(xué)生修正了設(shè)計(jì)方案。

橋墩：需要6 根長(zhǎng)45cm、直徑1.5cm 的實(shí)心圓柱條；橋面：需要16 根長(zhǎng)79cm、直徑9mm 的空心圓柱條，2 張報(bào)紙；橋墩加固：6 根長(zhǎng)45cm、直徑6mm 的實(shí)心圓柱條；兩橋墩連接：2 根長(zhǎng)45cm、直徑1.5cm 的實(shí)心圓柱條，2 根長(zhǎng)45cm、直徑1cm的實(shí)心圓柱條。

改進(jìn)后的方案是橋面設(shè)計(jì)成竹筏狀結(jié)構(gòu)，我們都知道掰斷一根筷子很容易，但是掰斷一排筷子就很吃力。因此，把16 根空心圓柱條并排粘貼好，最后用報(bào)紙包起來(lái)固定好用作橋面，大大提高了其抗彎曲能力，增強(qiáng)橋的承重能力。

2.模型制作

方案在手，接著就是讓學(xué)生進(jìn)入將圖形想法轉(zhuǎn)化成實(shí)物模型環(huán)節(jié)。組長(zhǎng)明確紙橋制作的各環(huán)節(jié)，劃分好制作的任務(wù)，根據(jù)本組成員的情況進(jìn)行任務(wù)的分配。以上文圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的小組為例：A和B負(fù)責(zé)橋墩和框架的制作，C負(fù)責(zé)制作橋面。在實(shí)際操作過(guò)程中，該小組遇到不少的新問(wèn)題，如在組內(nèi)成員的交流討論下，解決了橋面長(zhǎng)度達(dá)不到通車效果的問(wèn)題。學(xué)生在合作中制作模型時(shí)，容易遇到無(wú)法解決的難題，這時(shí)就需要教師實(shí)時(shí)了解或干預(yù)學(xué)生合作、相處的動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生保持完成模型的熱情和信心，直至紙橋模型制作完成。

（三）模型測(cè)試

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。紙橋模型制作是否成功，最直觀的就是檢測(cè)它的承重能力。我們按照挑戰(zhàn)賽的賽制要求，讓每組學(xué)生對(duì)紙橋模型稍作調(diào)整后，進(jìn)行測(cè)重與承重的量化檢驗(yàn)。若測(cè)試成功的，則讓學(xué)生繼續(xù)探討“如何優(yōu)化減輕橋的重量”以及“如何縮短制作時(shí)間”這兩個(gè)問(wèn)題，并做好成果交流分享的準(zhǔn)備。若測(cè)試失敗的，尋找失敗的原因，再修改設(shè)計(jì)方案并按要求制作模型。

（四）交流與分享

給學(xué)生設(shè)置交流與分享的環(huán)節(jié)，給學(xué)生表現(xiàn)、表達(dá)自我的平臺(tái)和機(jī)會(huì)。通過(guò)交流分享，組內(nèi)、組間的學(xué)生感知他人的項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念、處理項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程的各類問(wèn)題的方式方法。一方面有助于學(xué)生找到自身存在的短板并加以彌補(bǔ)；另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生合作共贏和敢于創(chuàng)新的意識(shí)。

通過(guò)項(xiàng)目的規(guī)劃、實(shí)操、測(cè)試、交流與分享，項(xiàng)目組的關(guān)注點(diǎn)一個(gè)個(gè)地解決了。當(dāng)然，肯定會(huì)存在一些解決不了的疑難雜癥，可以記錄下來(lái)繼續(xù)探究。

四、“紙的力量——橋梁結(jié)構(gòu)承重”項(xiàng)目評(píng)價(jià)

科創(chuàng)教育在注重學(xué)習(xí)結(jié)果的同時(shí)，更注重學(xué)習(xí)的過(guò)程。因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)方式應(yīng)是多元的。本項(xiàng)目組的評(píng)價(jià)維度包括“對(duì)項(xiàng)目作品成果的評(píng)價(jià)”“小組成員在制作紙橋模型過(guò)程中的各項(xiàng)表現(xiàn)的自我評(píng)價(jià)”“教師對(duì)組長(zhǎng)的評(píng)價(jià)”“教師對(duì)所有學(xué)生的評(píng)價(jià)”。為了方便研究，結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)，筆者設(shè)計(jì)了以下四張?jiān)u價(jià)表。

表一 紙橋模型評(píng)價(jià)表

表二 紙橋模型制作過(guò)程自評(píng)表

表三：教師對(duì)組長(zhǎng)的評(píng)價(jià)

表四 教師對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)表

時(shí)代發(fā)展的速度已經(jīng)超乎我們的想象，我們已經(jīng)步入“雙減”時(shí)代。學(xué)生有更多的時(shí)間去自主學(xué)習(xí)和探究。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展，不僅可以鍛煉學(xué)生的發(fā)散性思維能力、批判性思維能力、整合能力、動(dòng)手能力、小組合作能力以及創(chuàng)造力，還可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究科學(xué)問(wèn)題，為學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。