《校園天橋創新設計挑戰》教學設計

創新整合點

①本項目以核心素養為引領進行目標設計，在目標設計中明確體現學生發展的學科素養和學習素養，著重培養學生解決問題的能力、創造力、思辨能力、合作與交往能力、設計思維等核心素養。

②本項目立足真實情境，以“如何建造天橋”為核心驅動問題，引導學生通過團隊合作與持續學習，尋求問題的答案或解決方案，在做中學，在研中學，在行中學。

③本項目設計了跨學科的探究式、體驗式的學習，學生不僅能夠深入理解多學科的知識，還能通過實踐鍛煉自己的各項素養能力。

④多元化的評價伴隨著項目的全過程，以實時對項目過程進行診斷和改進，并對學生形成激勵，讓其更高質量地解決項目問題。

教材分析

筆者參考《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》“考察探究”活動方式、《義務教育勞動課程標準（2022年版）》“傳統工藝制作”任務群以及《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》“跨學科主題”模塊，融合了數學、語文、物理、信息科技、勞動、綜合實踐活動等多個學科進行跨學科項目式學習活動設計。設計的項目式學習驅動問題如下：“我校兩個校區之間，間隔著一條馬路，師生要在其間通行，需要穿越馬路。在這一過程中，師生們需要格外注意交通安全，這給教學活動帶來了極大的不便和安全隱患。作為本校學生，同學們能不能設計一種通行方案，能夠讓學校師生安全快速往來于兩個校區之間？”

本項目以“校園實際通行難題”為核心問題貫穿項目始終，學生的學習活動有過程、有成果。整個項目學習活動的實施邏輯是：核心素養概念引領——構建項目知識網絡——形成項目核心問題——分解核心問題為若干子問題——逐一解決子問題——匯總提煉形成成果。

學情分析

初中生已經具備一定的認知能力、邏輯思維能力和動手操作能力。他們對新鮮事物和實踐活動表現出濃厚的興趣，對發現問題和解決問題充滿好奇和熱情，愿意通過自主學習、團隊合作等方式深入探索復雜問題。他們已經積累了一定的學科知識，如力學原理、結構設計、信息處理等，這些為本項目中的橋梁設計提供了理論支撐。在動手能力方面，初中生已經具備一定的手工制作、模型搭建等技能，能夠在項目實踐中進行實際操作和實驗論證。

項目式學習往往要求學生綜合運用多學科知識來解決問題，但初中生缺乏跨學科思考的習慣和方法，難以有效整合不同學科的知識和技能，導致在問題解決過程中出現知識斷裂或無法有效應用的情況。因此，本項目在實施過程中，設計了一系列的輔助工具來支持學生的思維和探索，如項目學習指南、14個學習工具表、模型制作指南等。

教學目標

知識技能目標：能夠識別并解釋天橋的主要類型、結構組成及其在城市規劃中的作用。掌握天橋設計的基本原則，包括安全性、功能性、美學及環境保護要求。學習并實踐簡單的結構模型設計與制作方法，包括材料選擇、比例縮放與結構穩固性考量。

學習素養目標：在面對實際問題時，能夠跳出常規，運用創新方法尋找解決方案。踐行批判性思維，學會評估設計方案的優劣，通過反思與調整，不斷優化設計成果。考慮材料的環保性、能源效率及長期維護成本，形成對可持續設計的認知。

價值觀目標：樹立以用戶需求為導向的設計觀念，理解并重視使用者的安全與便利性需求。通過項目合作，學會有效的溝通、任務分配與團隊協調，提升協作解決問題的能力。學習像專家一樣思考，像專家一樣的探索方式，勇于嘗試探索，敢于面對失敗，經歷真正的學科實踐和學習實踐。

教學環境與準備

校園周邊：問卷調查、實地調研。

教學環境：創客教室，內配計算機和網絡、交互智能平板、3D打印機、激光雕刻機。勞動教室，內配木工桌、木工工具、衍紙工具。

教學準備：項目學習手冊、項目學習工具表、模型制作指南（紙藝篇、木藝篇、3D打印篇、激光雕刻篇）、項目成果報告書、教學課件。

項目設計思路

本項目分為入項、設計優化、建模實驗、總結反思四個階段，如下圖所示。

教學過程

1.入項階段

①筆者針對所在學校兩個校區存在的通行難題，提出問題：“有什么方案能支持兩校區之間安全便捷通行？”引導學生思考并列舉通行方案，然后用“5W2H可行性分析報表”分析方案實施的可行性。各小組用單項評價法，利用“方案可行性權衡分析報表”分析得出“架設過街天橋”方案為最佳校園通行方案。

②在確定通行方案之后，首先要了解兩校區間的環境和交通現狀，以及使用天橋的具體用戶需求，這樣才能更精準地設計天橋方案。學生采用調查問卷和實地勘測的方法，完成“校園天橋需求調研問卷”和“觀察記錄表”，為進行天橋方案設計提供了基礎依據。

③筆者引導學生思考核心問題：怎樣才能建造一架過街天橋？學生進行頭腦風暴，并梳理提煉觀點，形成問題鏈，即：“建造前需要解決哪些問題？”“建造過程中需要解決哪些問題？”“建造配套設施需要解決哪些問題？”“建造完成后又需要解決哪些問題？”

教師引導學生利用“核心問題分析表”分析這一系列的問題，通過權衡問題“是不是建橋必須解決的問題”“能否對建橋有幫助”“在我們能力范圍內能否解決”“是指向建橋的哪個階段”“是否與其他階段問題重復”“能否讓天橋更完善”等，對問題進行歸納匯總，從而確定建造天橋的四大核心問題，即規劃與設計、施工與協調、質量與安全、維護與管理。

設計意圖：引導學生關注身邊的現實問題，激發其解決問題的欲望，培養其發現和探究問題的意識。鼓勵學生采用科學辯證分析的方法進行可行性評估，提升學生的思辨能力和決策能力。通過將一個大的核心問題分解為若干子問題的過程，引導學生融合運用多學科知識解決問題，培養學生的發散思維、邏輯分析能力和產品設計能力。

2.方案設計優化階段

①為了后續能夠對天橋問題進行創意構思與初步設計，鼓勵學生自主學習，探索天橋設計的原則、結構類型、材料選擇、安全規范等核心知識點，掌握一定的橋梁基礎知識。通過“自主學習成果展示”的活動，讓每位學生都有機會分享自己在自主學習過程中挖掘到的知識，全方位、多角度地解析天橋的奧秘。

②依托自主學習與前期實地調研的成果，學生研討四大核心問題的解決方案，并將研討過程和結論記錄于“核心問題解決方案筆記”中。嘗試構思天橋通行方案和設計圖，并寫入“方案設計草圖表”中。

③為了使天橋設計方案更具可行性，學生要繪制出更精準化的設計藍圖。藍圖上要根據前期現場調研的數據，標注比例尺和精準的尺寸，并寫入“方案設計優化圖”表中。基于優化后的設計圖，參考“八維決策表”，進一步優化天橋設計方案。

④學生以小組為單位展示設計方案，闡述設計背后的考慮因素、預期解決的問題以及創新點。傾聽的學生參考“奔馳法改進修訂表”給展示的小組提出建議，收到建議的小組對方案進行調整和修改，使設計不斷優化與完善。

設計意圖：引導學生自主學習相關知識，意在深化學生對橋梁基礎知識的理解，為后續的創意構思與初步設計蓄力。先進行草案的設計，再對方案進行優化完善，不僅考驗學生對天橋知識的綜合運用，也培養了他們通過不斷學習和反思來解決問題的能力。

3.模型建造實驗階段

模型建造是將設計方案轉化為實物作品。在“怎么制作一架橋梁模型”這一問題的引領下，學生自主學習《模型制作指南》，根據興趣愛好和能力特長，選擇合適的材料制作橋梁模型，并用“勞動任務單”記錄制作模型的全過程。那么，橋梁模型是否具備安全性？這就需要進行承重測試來驗證。學生依據模型的建造比例，進行配重測試，并將實驗結果記錄于“承重測試記錄表”中，根據實驗結果測算模型建造是否合格。

設計意圖：將設計具象化為實物，考驗學生對知識的綜合運用能力和動手實踐能力。承重實驗考驗學生的科學嚴謹的態度和數據分析能力。

4.總結展示出項階段

學生依據“方案展評量規”制訂展示方案，小組進行成果展示與互評，之后進行總結，并將整個項目學習的收獲與反思填入“反思與遷移表”。

設計意圖：學生深入梳理在整個項目中的思路、做法及成果，這是對項目成果的檢驗，更是學生展示自我、交流思想、互相學習的平臺。最后的反思與遷移，幫助學生將在此次項目學習中的經驗教訓內化為自身素養，更好地將所學知識與技能遷移到未來其他類似的學習或實踐情境中，實現知識與能力的可持續發展。

教學反思

在項目式學習活動中，學生對“不同知識點之間建立聯系，對整個知識結構進一步理解并綜合運用”存在困難。筆者接下來會思考并探索如何實現學生對知識網絡的構建和串聯運用。此外，學生在項目環節推進中，經常會遭遇困難和失敗，他們在探索問題解決的過程中有時也得不到答案，但筆者認為這是有效的失敗，因為在這種失敗中，他們能夠更好地激活已有的知識體系。在學生經歷過失敗之后，教師再予以支持，這樣就能夠幫助學生構建解決問題的思維和方法。

參考文獻：

夏雪梅.項目化學習工具：66個工具的實踐手冊[M].北京：教育科學出版社，2022：1-236.