羅柱

[摘 要]基于項目設計的學習過程要求學生從探究原理到設計方案，最后再做出成果作品，在此基礎上建立的教學模式能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和工程思維能力，發(fā)揮項目學習實踐育人的價值。

[關鍵詞]項目設計；創(chuàng)新思維；工程思維

[中圖分類號] G632.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）12-0042-02

一、核心概念界定及相關理論支撐

一般來說，基于設計的學習是讓學生以成品或者模型為最終設計的結果，以激發(fā)學生回憶和運用所學的知識，讓學生設計出相應的主題方案并予以實施，在實踐過程中能夠不斷地學習新知識，對方案不斷加以改正與設計。這一過程不僅培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力以及專業(yè)素養(yǎng)，也使學生獲得了可用在一些研究領域的日常知識和社會技能。

工程思維是一種過程性、連續(xù)性的思維方式，形成和發(fā)展于工程的整個完成過程中。培養(yǎng)學生的工程思維，需要從工程思考、方案設計、結構建模、實施及完善等方面進行分析。

創(chuàng)新思維的本質在于將創(chuàng)新意識的感性愿望提升到理性探索上，實現(xiàn)創(chuàng)新活動由感性認識到理性思考的飛躍。根據(jù)項目設計的學習過程劃分，創(chuàng)新思維操作維度包含創(chuàng)意產生、創(chuàng)意促進和創(chuàng)意實現(xiàn)3個子維度。

二、我校項目設計教學中創(chuàng)新思維與工程思維培養(yǎng)的教學模型

我?！锻ㄓ眉夹g》項目設計教學中創(chuàng)新思維與工程思維培養(yǎng)的教學模型如圖1所示。

三、教學案例設計——DIY棉花糖機

DIY棉花糖機項目設計一共需要4次課，共8個課時，第一次課主要是原理探究，分析棉花糖機的系統(tǒng)功能，明確工程問題，屬于創(chuàng)新思維中的創(chuàng)意產生階段，同時也是工程決策思維活躍階段。第二次課主要是設計繪圖，形成設計方案，屬于創(chuàng)意促進和工程設計思維階段。第三次課是成品制作，形成產品原型，屬于創(chuàng)意形成和工程實施階段。第四次課是分享交流、總結評價，屬于創(chuàng)新思維和工程思維外顯物化的成型階段。

（一）創(chuàng)設情境，項目簡介

教師首先通過一臺生活中很常見的商用棉花糖機現(xiàn)場制作棉花糖給學生吃，激發(fā)學生的學習興趣，同時提出一些問題，例如，“同學們有沒有想過棉花糖是怎么做成的？有沒有想過自己做一臺棉花糖機呢？”（很多學生表示沒想過，覺得太困難了，根本不可能實現(xiàn)?。?/p>

（二）探究原理，明確問題

創(chuàng)意產生是指個體努力分析環(huán)境中的信息和機會，分析現(xiàn)有和可能出現(xiàn)的問題，產生新的構想。對于DIY棉花糖機項目來說，創(chuàng)意的產生過程是從探究棉花糖機的工作原理到硬件組成，結構設計到系統(tǒng)控制，最終明確所要解決的工程問題的過程。

1.探究科技原理

調查了解到學生對棉花糖機基于生活經驗的理解認識后，教師追問一些問題，例如，“我們加進去的是白砂糖，出來的卻是蓬松的棉花糖，那么，糖到底經歷了哪些變化呢？”“任何機器都有它的工作原理，棉花糖機又是怎么運轉的呢？”（學生七嘴八舌，大多數(shù)人會說到一些關鍵詞，諸如“加熱”“熔化”“凝固”“旋轉”。）教師通過學生提到的關鍵詞連續(xù)發(fā)問，間接性引導，最終明確棉花糖形成的理論過程是：加熱—熔化—旋轉—離心—凝固。

2.提出假設性問題

當學生明白了制作棉花糖的原理后，教學環(huán)節(jié)就要推移到棉花糖機的功能區(qū)域和運轉過程，這涉及機械結構、材料選擇、系統(tǒng)控制等綜合問題。

教師通過課件介紹不同場所、不同型號的棉花糖機，讓學生總結歸納其軟硬件功能區(qū)域的相似點。引導學生將制作過程聯(lián)系到系統(tǒng)運行的功能區(qū)域劃分上，通過分析討論最終明確三大功能區(qū)域：熔糖區(qū)（出糖器）、加熱區(qū)、旋轉區(qū)（動力區(qū)）。

3.界定工程問題

對于同一個類型的產品來說，工作原理和功能區(qū)域劃分很可能是相同的，但是在形成功能區(qū)域的物料選擇和系統(tǒng)控制方面，可以有多種不同的方案。根據(jù)教師所提供的工具、材料現(xiàn)場模擬項目設計，并解決以下問題：“如何利用現(xiàn)有的材料制作一個棉花糖機？”當學生遇到瓶頸時，教師引導他們將功能區(qū)域和材料選擇以及實現(xiàn)方式相互關聯(lián)，“每一個功能區(qū)需要用到哪些材料？”“各功能區(qū)域之間該如何銜接才能保證整個系統(tǒng)的正常運轉？”

（三）設計繪圖，形成方案

創(chuàng)意促進是指首先對新構想進行可行性的研究、試驗，確定理想的設計方案，然后在充分利用資源的基礎上，積極推動設計方案的實施，并在實施當中隨時進行修正，得到新穎、有效的思維性研究成果。創(chuàng)意促進伴隨著工程決策思維產生的過程。

1.明確設計目標

教師要通過第一次課的問題分析和引導，將第二次課的重點放在學生方案的形成上，首先明確設計要解決的技術問題是什么。設計的最終目標是“設計一個DIY棉花糖機的可行性方案”。所謂可行性，重點強調方案能夠通過制作最終形成具體產品。

2.明確規(guī)范流程

教師要在這個環(huán)節(jié)講授相關知識理論，包括技術設計的一般過程、草圖的繪制方法、標準等，明確本次的重點任務是繪制草圖，形成設計方案。

3.進行設計規(guī)劃

此環(huán)節(jié)首先要明確解決設計問題的能力、條件與要求，結合小組成員的技能與經驗做出預測和判斷，進行小組分工合作，例如誰是繪圖員、誰是技術員等。同時要明確整個項目需要的時間、經費、材料選擇等。

4.分析和再討論

各小組形成設計草案后，教師要分小組有針對性地進行方案驗證，這是第三次制作課能否正常進行的必要保證。各小組思維方式的不同決定了設計方案的差異化。這一環(huán)節(jié)，正是學生創(chuàng)意促進的最佳階段，通過分析技術問題，工程設計思維也可用設計圖紙體現(xiàn)出來。

5.形成設計方案

設計方案是一種技術交流語言，目的是讓組員更好地合作，提高制作效率。設計方案的主體內容是圖紙設計，主要體現(xiàn)產品總圖和部分功能區(qū)域詳圖，各小組通過改進，最終形成設計方案。

（四）模型制作，形成產品模型

第三次課的重點是模型制作，也就是前兩次課的實現(xiàn)過程，屬于創(chuàng)意形成和工程思維實施階段。創(chuàng)意實現(xiàn)是指將思維性成果轉化為組織日常運作的創(chuàng)新成果，最終完成創(chuàng)新的過程。

1.開展原型制作

此次課的重要準備工作在材料配備和工具選擇上，教師需根據(jù)各小組方案設計的不同，提前做好材料準備，相關工具的操作規(guī)范應該在此項目開展實施之前講解。在此保障下，學生按照設計方案展開產品制作環(huán)節(jié)。

2.解決工程問題

在項目制作過程中，學生會遇到諸如加工工藝、結構與設計、流程與設計、控制與設計等綜合問題，由于方案設計的不同，學生解決問題的方法也是不盡相同的。這一環(huán)節(jié)是學生將創(chuàng)意實現(xiàn)成產品的過程，也是本項目設計的核心環(huán)節(jié)。

3.形成產品原型

棉花糖機產品原型形成以后，要進行功能驗證，驗證的標準是：系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能制作出棉花糖。

4.分析與修改

根據(jù)產品運行情況分析整個系統(tǒng)的優(yōu)化設計方案，進一步提出改進措施，提高系統(tǒng)的有序性和整體的運行效果。

5.成品制作，形成最終成果

這一環(huán)節(jié)相當于項目驗收階段，教師需通過相機、DV收集學生制作及改進過程中出現(xiàn)的錯誤和閃光點，方便后期總結分析。

（五）分享交流，總結評價

第四次課的重點是成果展示匯報，各小組制作2分鐘的PPT匯報發(fā)言，教師根據(jù)前面幾次課跟蹤拍攝的視頻圖片資料，分析各小組出現(xiàn)的技術問題以及他們的解決方案，重點落在技術錯誤和技術創(chuàng)新點上。

綜上，學生創(chuàng)新思維和工程思維的培養(yǎng)不是一朝一夕的事情，需要良好的環(huán)境和長期的熏陶、訓練，基于項目設計的教學設計能夠有效營造良好的環(huán)境。經過4年的“創(chuàng)新實驗”課程資源開發(fā)與教學實踐研究，通過相關開課年級的調查問卷——《青少年科技創(chuàng)新能力的結構構建與培養(yǎng)研究》的數(shù)據(jù)反饋分析表明：同樣的被測群體，未學習相關課程前，學生綜合得分為60.5分，學習完相關課程后，學生綜合得分為64.7分，說明我校“基于項目設計的教學模式”對學生創(chuàng)新思維與工程思維的培養(yǎng)有明顯的促進作用。基于項目設計的學習過程要求學生從理論探究再到方案形成，最后做出成果作品，不同的項目設計所面臨的技術問題、要求、條件各不相同，這有利于提高學生的自主學習能力和綜合實踐能力。

（特約編輯 諾 依）