项目化学习课程《各种各样的桥》

倪哲宇

项目化学习对我们的教育提出了更高的要求，作为教育者中的一员，我们已经做好准备迎接教育课堂的挑战。在项目化学习中，我们注重学生的认知特点和中华文化的有机渗透，把一些优秀的教育理念、教学方法和本土文化特色融入项目化学习中，设计符合我们的本土化项目学习，利用好每一个阶段性评价以关注每一位学生的点滴成长，为传统课堂的转变和教学策略的变革提供实践研究的经验。培养学生能力，适应飞速发展的社会需要，这也是我们实施研究项目化学习的终极目标。本文笔者谈谈如何将国外经典项目化学习案例用于项目化学习课程《各种各样的桥》的设计中。

英国项目化学习课程《伦敦桥》

伦敦桥是英国的地标建筑，整个项目化学习的主题内容围绕伦敦桥展开，引出世界上大量名桥的信息。教师事先准备了大量的资料，学生通过信息资料搜集了解每一种不同的桥的特点，对桥的结构进行研究、分析、归类，探究不同结构对桥承重力的影响。项目化学习的终极挑战是设计一座大桥，并通过3D打印分别完成大桥部件的制作和组合，最后通过承压杠铃片的多少测试大桥的承重力。

1.现代信息技术在项目化学习中的运用

从《伦敦桥》的项目化学习中我们看到大量现代技术的使用，整个项目化学习的设计运用了非常先进的教学辅助设施，从项目开始到完成终极挑战，学生的研究过程主要通过iPad上的模拟软件完成。教师事先搜集符合研究要求的素材库，而学生利用搜索引擎查找自己感兴趣的桥梁，搜集相关信息和资料，了解桥的承重结构特点并归纳出不同桥梁的不同特点，在网上与桥梁设计师远程对话，听设计师讲解有关此座桥梁的设计理念……项目充分运用了教学辅助设施，起到非常重要的推进作用。《伦敦桥》的小组挑战以全班学生为一个整体，设计一座能承受更多重量的桥梁。在分析桥梁不同的结构后，学生分工合作，开始在3D模拟软件上设计桥梁的零部件。完成零部件后，一座3D打印的桥梁呈现在了师生面前。随着杠铃片的增加，桥梁的一次次坍塌，学生不断修改大桥结构，最终建造出了一座能承受更多重量的桥梁。

2.本土项目化学习实施的分析

《伦敦桥》课程是一个将现代信息技術完整融合在项目化学习中的成功案例。在项目化学习中运用3D打印，首先对于抽象思维比较薄弱的小学生来说，可以帮助他们在设计过程中将自己的想法和理念在虚拟的世界中进行模拟和反复调试;其次，它可以帮助小组在制作物理模型时突破传统材料和工具的使用局限，只需把自己的想法在电脑上进行拉伸等简单的几何结构变形操作，开拓了无限的设计空间。

如果在我们的项目化学习中引入现代信息技术，可以借鉴《伦敦桥》课程的研究过程，将信息技术与解决实际问题的方法结合起来。当然，在项目化学习中运用信息技术并不单单局限于使用3D打印，我们可以根据各个学校的教学特点和课程设置引入不同的现代信息科技技术。在项目化学习中运用现代信息技术，可以帮助学生更科学地收集，分析数据，扩大思维空间，在现实世界中模拟，在虚拟世界中证明，让小组在设计如何运用解决问题的方法的同时，突破各种局限，碰撞出更多更有创意的思维火花。

美国项目化学习课程《桥梁工程师》

《桥梁工程师》是美国项目化学习的一个经典案例。项目伊始就进入信息收集阶段，在了解有关桥梁的关键词汇后，学生开始进入职业体验的过程，他们需要对桥梁工程师进行全面系统的调查，了解他们的工作以及他们设计的桥梁主体结构的特点，尝试模拟制作一座跨度为5米的桥梁。

1.等比例物理模型在项目化学习中的运用

整个项目中小组在浸润式情境中体验桥梁在我们生活中的重要作用，小组通过强大的搜索功能了解有关桥的信息，并尝试利用设计制作等比例物理模型来解决实际问题。整个项目的终极挑战是完成一座可便携的景观桥梁，这个成果设计可谓精彩之极，让人脑洞大开，是学生创造力的充分体现。通过头脑风暴，学生的创意可谓千奇百怪，有的模仿折纸，有的桥梁被设计成可以卷起来的样子，有的尝试充气的桥梁……当然，只要能达到便携的目的，终极挑战就算成功了。

在STEM工程设计环节要求学生在等比例的情况下设计制作一座跨度为5米的桥梁，完成这个阶段挑战需要一定的时间，学生在家长和教师的指导下进行草图设计、模型制作。显然，这需要一个比较长的制作过程去不断地测试与调整。等比例物理模型是对学生综合技能运用的巨大挑战，它为学生创设了一个真实情境，在设计制作过程中，学生能体验到等比例物理模型不同于其他虚拟模型的特点，即只有在实际操作才会遇到问题。因此设计制作等比例物理模型可以让学生在浸润式环境中真切体验到运用技能解决实际问题的过程。

2.本土项目化学习实施的分析

运用设计制作等比例物理模型需要具备一些硬件条件，如具备一定的实施空间，擅长一些大件材料和工具的使用……与《桥梁工程师》课程中等比例物理模型的设计制作相比，目前我们为了能广泛开展项目化学习，多采用一些类似吸管、牙签、玻璃胶带等相对比较容易操作的材料和工具，以保证所有学生都能参与实践研究，完成物理模型的搭建。

当然，在项目化学习中运用设计制作等比例物理模型作为解决实际问题的方式时，《桥梁工程师》课程的研究过程有很多可以借鉴的地方。首先，我们可以在项目化学习中选择一些利用相对体积较小的物理模型解决实际问题的主题内容;其次，我们也可以通过虚拟情境的设计为学生创设一个浸润式的情境体验，这样的情境设计，相信能大大激发学生的学习兴趣和想象力。

由此可见，在项目化学习中运用等比例物理模型作为解决实际问题的一种方式，我们需要选择合适的主题内容，让设计制作的物理模型能真实地使用到日常生活中。当然我们还可以将虚拟身份代入真实情境，比如让小组成员化身为小动物，运用反向思维换位思考，运用一些耳熟能详的童话故事作为情境渲染……在整个项目化学习中从一开始就为学生创设一个良好的体验环境，让终极挑战中的物理模型顺理成章地运用在虚拟环境中。

设计有特色的本土项目化学习课程《各种各样的桥》

通过对《伦敦桥》和《桥梁工程师》的分析可以发现，每个国家开展项目化学习都会紧密结合当地学生的学习特点和教学资源。因此，在项目化学习中，我们汲取其他国家先进的教学设计经验，以加强本土项目化学习的研究过程和研究方式，提高项目化学习的设计标准。

同时我们发现，设计符合本土化项目化学习对培养学生解决实际问题的能力是非常重要，也是非常迫切的。首先我们可以尝试选择一些具有中华传统文化特色的内容作为项目化学习的引子，使项目化学习从学生身边的例子入手，给予学生真切的情境体验;其次我们也要借鑒国外先进的教学经验，在了解传统文化特色的基础上，尝试使用一些先进的信息科学技术作为解决实际问题的技能，让我们的项目化学习跟上时代的步伐;最后要根据学生的思维特点设计整个项目化学习的主题内容，有针对性地开展活动，帮助学生开阔眼界、活跃思维，从而形成具有本土特色的项目化学习模式。下面谈谈项目化学习课程《各种各样的桥》的设计过程。

1.《各种各样的桥》一课的构架梳理

作为项目化学习《桥》的一个研究范例，《各种各样的桥》一课以我国造桥历史上的代表作——赵州桥为项目导入，赵州桥作为我国造桥历史上一座世界闻名的石拱桥，桥的结构和桥身的装饰都体现了我国劳动人民的知识技能和悠久的文化底蕴，结合四年级语文课程中《赵州桥》《家乡的桥》这两篇课文对我国桥梁的描述，整个项目化学习设计以赵州桥作为引子，探究不同类型的桥的承重与结构之间的关系，以及古代桥梁与现代桥梁体现中华传统文化的不同方法，梳理了人文、技能、思维、成果展示等核心知识点，架构了整个项目化学习教学框架（见表1）。

2.聚焦核心问题

驱动问题：如何运用身边的材料，设计一座具有中国文化特色的景观桥？

子问题：为什么赵州桥是一座世界闻名的石拱桥？桥有哪些不同的结构？赵州桥如何体现中国的传统文化？怎样的桥梁能成为景观桥梁？景观桥梁如何体现中国传统文化？如何理解三角形是桥梁结构上运用最多的多边形？

3.国外经典项目化学习案例设计的借鉴

（1）将虚拟身份代入真实情境

《伦敦桥》和《桥梁工程师》都为学生设置了桥梁工程师这样一个身份，借鉴这个方式，我们也为《各种各样的桥》设计了一个虚拟身份，让小组成员在真实的情境中完成项目研究和挑战。我们的项目描述如下：

如果你是一个桥梁工程师，你能为你生活的城市设计一座具有中国传统文化特色的景观桥吗？请以工程设计师的身份进行调查，向大家介绍你的发现，说明为什么利用这种方法设计并制作桥梁;然后以“桥”作为主题开展头脑风暴，调查统计，分析数据，汇总建议，收集筛选相关信息，运用工程设计流程设计一个微景观，向最终评审阐述你们的设计理念和桥梁的结构组成，最终在景观桥梁招标会中能脱颖而出，完成终极挑战。

（2）等比例模型设计在项目化设计中的借鉴与改进

工程设计思维是一种解决问题的方法。首先，我们需要了解人们对景观桥梁的需求：作为景观桥梁，需要多大的承重能力？景观桥梁的景观元素体现在哪些地方？

工程设计就是要解决人们的实际需求，而等比例物理模型作为《桥梁工程师》中经常运用的一种解决问题的方法，有着特有的真实情境体验。在《各种各样的桥》的设计中，我们尚不能为所有小组提供等比例物理模型设计制作的硬件支持，因此，我们不能直接将这种制作方式直接运用到我们的项目化学习中。但是我们可以尝试改变等比例物理模型的设计理念，在项目设计的最终展示环节中，运用反向思维，让小组在微景观的框架下设计景观桥梁，这就为小组挑战设定了一个框架，将现实环境等比例缩小，为每一个小组参与终极挑战的成员提供参与条件。

合作小组根据微景观的需求选择桥梁的类型，画出草图，尝试制作物理模型。当然我们的物理模型是采用身边的材料完成的，如吸管、牙签、标签纸、A4纸、铁丝、棉纱线等。这些材料的创新使用方法本身就是一种创造思维的体现：吸管用剪刀剪开后就能用来捆扎;牙签是连接纸管的零部件;回形针拉直就是钢筋的雏形;A4纸卷成纸管就是圆柱结构……

当然，设计制作物理模型的过程中，我们还可以采用多种传统的工艺方法，比如砖瓦结构、卯榫结构、传统纹饰的设计等。

因此在评估《桥》这一项目化学习的终极挑战中，最终评审根据小组展示的微景观中景观桥梁的设计理念进行评估。

（3）现代信息技术在项目化设计中的借鉴与改进

借鉴《伦敦桥》采用大量的现代先进信息技术作为技术支持的教学方法，我们也鼓励学生运用3D软件绘制出模拟的桥梁结构，当然，随着科学技术与信息技术的发展，学校教育理念和教学条件有了翻天覆地的变化。很多学校除了引进3D打印技术外，乐高、图形化编程、App小程序等都是常用的课程教学内容，因此我们在设计项目化学习中可以指导小组采用不同的技术支持完成终极挑战，如我们可以在微景观中用乐高作为景观桥梁主体结构或外形设计，我们也可以运用相关金属套材作为景观桥梁的主要耗材……合适的技术运用能恰到好处地体现出景观桥梁的特色。

（4）思维训练方式在项目化设计中的借鉴与改进

创新思维能力是项目化学习能力培养的主要目标之一。从《伦敦桥》和《桥梁工程师》中我们可以看到，项目设计充分运用了不同的研究模式对学生进行思维训练，比如用思维导图描述小组完成工程流程设计的过程、用流程图表达实验设计的过程、运用强大的搜索引擎对搜集的信息进行分析等。因此，我们在项目化学习中要借鉴国外案例对学生思维训练方式的设计，在研究项目化学习的过程中潜移默化地进行思维训练和能力培养（如图1）。

对学生进行思维训练可以帮助学生灵活设计并运用不同的方法进行工程设计和项目研究，因此在《各种各样的桥》项目化学习中，整个研究过程我们灵活运用多种活动形式对学生进行思维训练。

方式1：创造思维培养——头脑风暴法

以“你认为桥梁需要具备哪些基本功能或特点”开展一次头脑风暴，记录小组成员的想法，学生在短短的两分钟时间里记录下各小组不同的答案：结构、材料、样式等，但是在这个环节中我们并不需要给学生定义一个标准，我们只需要达到预先设计的思维训练目标。

方式2：代换思维——等量代换法

外白渡桥在三次变化中采用了代换的方法，用桥墩代替浮桥，用钢结构代替木结构，使桥梁变得越来越坚固，承重能力也随之加强。能不能采用代换的方法在制作过程中创意运用不同的材料？通过曹冲称象和荒野求生等游戏题对学生进行相关训练，为后面的工程设计制作作好铺垫。

从目前项目化学习在本土实践情况来看，我们需要借鉴国外的实践经验，对项目主题内容进行适度选择与调整，再根据教学大纲梳理学科与跨学科的核心知识，统整一切能利用的资源。同时要在课堂中开展小组合作，培养思维模式，训练学生的综合技能。