《校园天桥创新设计挑战》教学设计

创新整合点

①本项目以核心素养为引领进行目标设计，在目标设计中明确体现学生发展的学科素养和学习素养，着重培养学生解决问题的能力、创造力、思辨能力、合作与交往能力、设计思维等核心素养。

②本项目立足真实情境，以“如何建造天桥”为核心驱动问题，引导学生通过团队合作与持续学习，寻求问题的答案或解决方案，在做中学，在研中学，在行中学。

③本项目设计了跨学科的探究式、体验式的学习，学生不仅能够深入理解多学科的知识，还能通过实践锻炼自己的各项素养能力。

④多元化的评价伴随着项目的全过程，以实时对项目过程进行诊断和改进，并对学生形成激励，让其更高质量地解决项目问题。

教材分析

笔者参考《中小学综合实践活动课程指导纲要》“考察探究”活动方式、《义务教育劳动课程标准（2022年版）》“传统工艺制作”任务群以及《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》“跨学科主题”模块，融合了数学、语文、物理、信息科技、劳动、综合实践活动等多个学科进行跨学科项目式学习活动设计。设计的项目式学习驱动问题如下：“我校两个校区之间，间隔着一条马路，师生要在其间通行，需要穿越马路。在这一过程中，师生们需要格外注意交通安全，这给教学活动带来了极大的不便和安全隐患。作为本校学生，同学们能不能设计一种通行方案，能够让学校师生安全快速往来于两个校区之间？”

本项目以“校园实际通行难题”为核心问题贯穿项目始终，学生的学习活动有过程、有成果。整个项目学习活动的实施逻辑是：核心素养概念引领——构建项目知识网络——形成项目核心问题——分解核心问题为若干子问题——逐一解决子问题——汇总提炼形成成果。

学情分析

初中生已经具备一定的认知能力、逻辑思维能力和动手操作能力。他们对新鲜事物和实践活动表现出浓厚的兴趣，对发现问题和解决问题充满好奇和热情，愿意通过自主学习、团队合作等方式深入探索复杂问题。他们已经积累了一定的学科知识，如力学原理、结构设计、信息处理等，这些为本项目中的桥梁设计提供了理论支撑。在动手能力方面，初中生已经具备一定的手工制作、模型搭建等技能，能够在项目实践中进行实际操作和实验论证。

项目式学习往往要求学生综合运用多学科知识来解决问题，但初中生缺乏跨学科思考的习惯和方法，难以有效整合不同学科的知识和技能，导致在问题解决过程中出现知识断裂或无法有效应用的情况。因此，本项目在实施过程中，设计了一系列的辅助工具来支持学生的思维和探索，如项目学习指南、14个学习工具表、模型制作指南等。

教学目标

知识技能目标：能够识别并解释天桥的主要类型、结构组成及其在城市规划中的作用。掌握天桥设计的基本原则，包括安全性、功能性、美学及环境保护要求。学习并实践简单的结构模型设计与制作方法，包括材料选择、比例缩放与结构稳固性考量。

学习素养目标：在面对实际问题时，能够跳出常规，运用创新方法寻找解决方案。践行批判性思维，学会评估设计方案的优劣，通过反思与调整，不断优化设计成果。考虑材料的环保性、能源效率及长期维护成本，形成对可持续设计的认知。

价值观目标：树立以用户需求为导向的设计观念，理解并重视使用者的安全与便利性需求。通过项目合作，学会有效的沟通、任务分配与团队协调，提升协作解决问题的能力。学习像专家一样思考，像专家一样的探索方式，勇于尝试探索，敢于面对失败，经历真正的学科实践和学习实践。

教学环境与准备

校园周边：问卷调查、实地调研。

教学环境：创客教室，内配计算机和网络、交互智能平板、3D打印机、激光雕刻机。劳动教室，内配木工桌、木工工具、衍纸工具。

教学准备：项目学习手册、项目学习工具表、模型制作指南（纸艺篇、木艺篇、3D打印篇、激光雕刻篇）、项目成果报告书、教学课件。

项目设计思路

本项目分为入项、设计优化、建模实验、总结反思四个阶段，如下图所示。

教学过程

1.入项阶段

①笔者针对所在学校两个校区存在的通行难题，提出问题：“有什么方案能支持两校区之间安全便捷通行？”引导学生思考并列举通行方案，然后用“5W2H可行性分析报表”分析方案实施的可行性。各小组用单项评价法，利用“方案可行性权衡分析报表”分析得出“架设过街天桥”方案为最佳校园通行方案。

②在确定通行方案之后，首先要了解两校区间的环境和交通现状，以及使用天桥的具体用户需求，这样才能更精准地设计天桥方案。学生采用调查问卷和实地勘测的方法，完成“校园天桥需求调研问卷”和“观察记录表”，为进行天桥方案设计提供了基础依据。

③笔者引导学生思考核心问题：怎样才能建造一架过街天桥？学生进行头脑风暴，并梳理提炼观点，形成问题链，即：“建造前需要解决哪些问题？”“建造过程中需要解决哪些问题？”“建造配套设施需要解决哪些问题？”“建造完成后又需要解决哪些问题？”

教师引导学生利用“核心问题分析表”分析这一系列的问题，通过权衡问题“是不是建桥必须解决的问题”“能否对建桥有帮助”“在我们能力范围内能否解决”“是指向建桥的哪个阶段”“是否与其他阶段问题重复”“能否让天桥更完善”等，对问题进行归纳汇总，从而确定建造天桥的四大核心问题，即规划与设计、施工与协调、质量与安全、维护与管理。

设计意图：引导学生关注身边的现实问题，激发其解决问题的欲望，培养其发现和探究问题的意识。鼓励学生采用科学辩证分析的方法进行可行性评估，提升学生的思辨能力和决策能力。通过将一个大的核心问题分解为若干子问题的过程，引导学生融合运用多学科知识解决问题，培养学生的发散思维、逻辑分析能力和产品设计能力。

2.方案设计优化阶段

①为了后续能够对天桥问题进行创意构思与初步设计，鼓励学生自主学习，探索天桥设计的原则、结构类型、材料选择、安全规范等核心知识点，掌握一定的桥梁基础知识。通过“自主学习成果展示”的活动，让每位学生都有机会分享自己在自主学习过程中挖掘到的知识，全方位、多角度地解析天桥的奥秘。

②依托自主学习与前期实地调研的成果，学生研讨四大核心问题的解决方案，并将研讨过程和结论记录于“核心问题解决方案笔记”中。尝试构思天桥通行方案和设计图，并写入“方案设计草图表”中。

③为了使天桥设计方案更具可行性，学生要绘制出更精准化的设计蓝图。蓝图上要根据前期现场调研的数据，标注比例尺和精准的尺寸，并写入“方案设计优化图”表中。基于优化后的设计图，参考“八维决策表”，进一步优化天桥设计方案。

④学生以小组为单位展示设计方案，阐述设计背后的考虑因素、预期解决的问题以及创新点。倾听的学生参考“奔驰法改进修订表”给展示的小组提出建议，收到建议的小组对方案进行调整和修改，使设计不断优化与完善。

设计意图：引导学生自主学习相关知识，意在深化学生对桥梁基础知识的理解，为后续的创意构思与初步设计蓄力。先进行草案的设计，再对方案进行优化完善，不仅考验学生对天桥知识的综合运用，也培养了他们通过不断学习和反思来解决问题的能力。

3.模型建造实验阶段

模型建造是将设计方案转化为实物作品。在“怎么制作一架桥梁模型”这一问题的引领下，学生自主学习《模型制作指南》，根据兴趣爱好和能力特长，选择合适的材料制作桥梁模型，并用“劳动任务单”记录制作模型的全过程。那么，桥梁模型是否具备安全性？这就需要进行承重测试来验证。学生依据模型的建造比例，进行配重测试，并将实验结果记录于“承重测试记录表”中，根据实验结果测算模型建造是否合格。

设计意图：将设计具象化为实物，考验学生对知识的综合运用能力和动手实践能力。承重实验考验学生的科学严谨的态度和数据分析能力。

4.总结展示出项阶段

学生依据“方案展评量规”制订展示方案，小组进行成果展示与互评，之后进行总结，并将整个项目学习的收获与反思填入“反思与迁移表”。

设计意图：学生深入梳理在整个项目中的思路、做法及成果，这是对项目成果的检验，更是学生展示自我、交流思想、互相学习的平台。最后的反思与迁移，帮助学生将在此次项目学习中的经验教训内化为自身素养，更好地将所学知识与技能迁移到未来其他类似的学习或实践情境中，实现知识与能力的可持续发展。

教学反思

在项目式学习活动中，学生对“不同知识点之间建立联系，对整个知识结构进一步理解并综合运用”存在困难。笔者接下来会思考并探索如何实现学生对知识网络的构建和串联运用。此外，学生在项目环节推进中，经常会遭遇困难和失败，他们在探索问题解决的过程中有时也得不到答案，但笔者认为这是有效的失败，因为在这种失败中，他们能够更好地激活已有的知识体系。在学生经历过失败之后，教师再予以支持，这样就能够帮助学生构建解决问题的思维和方法。

参考文献：

夏雪梅.项目化学习工具：66个工具的实践手册[M].北京：教育科学出版社，2022：1-236.