陈群：基于大单元教学的“小小建筑师”项目式学习设计与实践——以桥梁力学原理探究为例

摘要：随着教育改革的不断深入，大单元教学和项目式学习逐渐成为教育领域关注的焦点。本文以“小小建筑师”项目式学习为例，探讨如何将大单元教学理念融入项目式学习中，并以桥梁力学原理探究为具体内容，阐述项目式学习的设计与实践过程。通过此次项目式学习，学生不仅深入理解了桥梁力学原理，还在实践中锻炼了团队合作、问题解决等综合能力，为今后的学习和生活奠定了坚实的基础。

关键词：大单元教学；项目式学习；桥梁力学原理  

遵循《义务教育课程方案（2022年版）》的指导，实现学生核心素养的培养成为教育变革的重点，教学方式亟需创新。以往的教学模式倾向于将知识碎片化地传授给学生，这阻碍了学生构建全面的知识体系，以及将知识应用于实际情境的能力。大单元教学以学科核心概念为主导，遵循课程标准与教材内容，精选关键理念、主题或项目，对教学内容实施系统性整合，帮助学生理清知识条理，构建知识间的逻辑关系，形成有序的知识架构。而项目式学习则设置真实且具有挑战性的情境，引导学生围绕源自真实世界的复杂问题展开探索，通过实施具体项目任务，跨学科运用知识与技能解决现实问题，从而有效提升学生的综合素养。将大单元教学与项目式学习相融合，不仅使学生在系统的知识框架内深化学习，还能在真实情境中锻炼实践技能，为学生带来更加丰富多彩、深入细致的学习经历，全面推动学生的成长与发展，真正落实素质教育的宗旨。

一、基于大单元教学的项目式学习设计思路

（一）确定大单元主题与项目目标

“小小建筑师”项目以建筑领域为大单元主题，涵盖了物理、数学、美术等多个学科知识。在桥梁力学原理探究这一子项目中，项目目标设定为让学生了解不同类型桥梁的结构特点，掌握桥梁力学的基本原理，并能够运用所学知识设计和搭建一座具有一定承重能力的桥梁模型。

（二）整合教学内容

从大单元教学的视角出发，对涉及桥梁力学原理的相关知识进行整合。在物理学科方面，包括力的平衡、力矩、材料的强度等知识；数学学科中，运用几何知识计算桥梁结构的尺寸和角度，用数学模型分析桥梁的受力情况；美术学科则关注桥梁的外观设计和美学元素。将这些多学科知识整合进项目式学习中，让学生在应对实际问题的实践中，达到知识的综合运用与深刻理解。

（三）设计项目实施步骤

项目实施分为多个阶段。首先是项目启动阶段，通过展示各种著名桥梁的图片和视频，激发学生的兴趣和好奇心，引出项目任务。接着是知识探究阶段，学生通过查阅资料、小组讨论、教师讲解等方式，学习桥梁力学原理和相关知识。在设计与制作阶段，学生根据所学知识，设计桥梁模型的草图，并选择合适的材料进行搭建。最终进入展示与评价环节，学生展现其创作成果，并从结构设计、承重性能、外观美感等角度展开自评与互评，教师亦提供总结性评语及反馈。

二、 “小小建筑师”项目式学习实践过程

（一）项目启动

在项目启动课上，教师利用多媒体设备，播放一系列令人震撼的桥梁建造纪录片片段，从古老的赵州桥历经岁月洗礼依然屹立不倒，到现代的金门大桥横跨壮阔海面，这些桥展现出人类工程智慧的伟大结晶。这些视觉盛宴瞬间点燃了学生们的好奇心和探索欲。

随后，教师拿出一些简单的桥梁结构模型，如梁式桥、拱式桥的简易模型，让学生们近距离观察和触摸，直观感受不同桥梁结构的特点。接着，教师提出项目任务：“同学们，现在你们即将化身为充满创意与智慧的年轻建筑师。在接下来的学习中，你们要设计并搭建一座能够承受一定重量的桥梁模型。这座模型不仅要符合科学的力学原理，确保结构稳固，还要兼具美观性，成为一件独特的建筑作品。”

学生们迅速按之前自由组合好的小组围坐在一起，展开热烈讨论。他们纷纷发表自己对桥梁的初步设想，有的小组提出想要设计一座造型独特的斜拉桥，利用拉索的拉力来增强桥梁的承重能力；有的小组则对传统的拱桥情有独钟，认为拱桥的曲线不仅美观，还能巧妙地分散压力。在讨论过程中，各小组初步确定了分工，有负责资料收集的“情报员”，有擅长绘画的“设计师”，还有动手能力强的“工程师”等。

（二）知识探究

各小组学生带着对桥梁的种种疑问和设计构思，正式开启知识探究之旅。他们首先来到学校图书馆，在琳琅满目的书籍中寻找关于桥梁力学和结构设计的专业资料。学生们认真翻阅《桥梁工程概论》《结构力学基础》等书籍，一边阅读一边记录关键知识点，如梁式桥的梁体在承受荷载时，弯矩和剪力的分布规律；拱式桥的拱圈如何将竖向荷载转化为轴向压力等。

同时，学生们也充分利用互联网资源，在各大专业网站、学术数据库中搜索相关信息。他们观看桥梁结构分析的动画演示，更加直观地理解不同桥梁在受力时的变形情况。在自主探究的基础上，教师组织小组讨论，让学生们分享自己的发现。例如，在讨论梁式桥的设计要点时，有小组提到梁体的材料选择至关重要，高强度的材料能提高桥梁的承重能力，但成本也会相应增加；另一个小组则补充说，梁体的截面形状，如矩形、工字形等，对其抗弯能力有着显著影响。

为了让学生们更直观地感受力学原理，教师还进行了一系列有趣的实验演示。教师准备了不同材质的梁，如木质梁、塑料梁和金属梁，让学生们观察在相同荷载下，不同材质梁的变形程度。接着，教师又展示了不同截面形状的梁在承受荷载时的表现，通过这些实验，学生们深刻理解了材料特性和结构形状对桥梁承重能力的重要影响。

（三）设计与制作

在充分掌握了桥梁力学原理和相关知识后，学生们迫不及待地开始进行桥梁模型的设计。每个小组围坐在一起，摊开设计图纸，根据自己对力学原理的理解和之前收集的资料，绘制桥梁模型的设计草图。在绘制过程中，小组成员们各抒己见，不断完善设计方案。“设计师”们用彩色铅笔精心描绘出桥梁的外观轮廓，标注出各个部分的尺寸；“工程师”们则运用所学的力学知识，对桥梁的结构进行优化，计算梁的长度、拱的弧度、拉索的位置等关键参数。

完成设计草图后，学生们根据设计方案选择合适的材料。他们面前摆放着轻木、竹签、胶水、细绳等材料，每种材料都有其独特的性能和适用场景。例如，轻木质地轻盈且强度较高，适合制作桥梁的主体结构；竹签则可以用于搭建一些辅助支撑结构；胶水用于连接各个部件，确保结构的稳固；细绳则可模拟拉索，发挥拉力作用。

在制作过程中，学生们遇到了诸多实际问题。有的小组在拼接轻木时，发现胶水的黏性不够，导致部件容易脱落。他们通过尝试不同品牌的胶水，调整涂抹胶水的方法，最终解决了这个问题。还有的小组在搭建斜拉桥模型时，发现拉索的长度和张力难以控制，使得桥梁的结构不稳定。他们反复测量、调整拉索的长度，并通过增加固定点来增强拉索的稳定性。在不断尝试和调整的过程中，学生们运用所学知识，巧妙地解决了一个又一个难题。

（四）展示与评价

 各小组经过精心制作，终于完成了各具特色的桥梁模型。展示环节中，每个小组派代表自信地走上讲台，向全班同学介绍自己小组设计的桥梁模型。代表们借助PPT，详细讲解设计思路，从最初的灵感来源，到如何运用所学的桥梁力学原理优化结构；介绍结构特点，如梁式桥的梁体结构、拱式桥的拱圈设计、斜拉桥的拉索布局等；阐述力学原理应用，解释各个结构部件在承受荷载时是如何发挥作用的；分享制作过程中的经验和教训，如遇到的困难以及解决问题的方法。

在评价阶段，实施多样化的评价机制。起始于学生自评，每位小组成员需回顾并评估自身在项目中的表现，涵盖知识理解、团队合作、问题解决技巧等方面，进行深入的自我分析，归纳个人亮点与待改进之处。接着是互评，其他小组的成员根据预先制定的评价标准，对展示小组的作品进行评价。评价标准涵盖桥梁的结构合理性，如结构是否稳定，各部件之间的连接是否牢固，受力是否均匀；承重能力，通过实际测试，观察桥梁能够承受的最大重量，并与设计预期进行对比；美观性，从桥梁的整体造型、色彩搭配、细节处理等方面考量是否符合美学原则；团队合作，观察小组成员在项目实施过程中的协作情况，是否能够充分发挥各自的优势，共同完成任务。

最后，教师进行总结性评价。教师肯定学生们在项目中的努力和创新之处，对设计新颖、结构合理、承重能力强的作品给予高度赞扬，同时也对学生们在展示和评价过程中的表现进行点评，鼓励大家积极表达自己的观点，学会倾听群众的意见。针对学生们作品中存在的问题和不足，教师提出具体的改进方向和建议，为学生提供进一步学习和提升的指导。

三、项目式学习效果分析

（一）知识与技能掌握

通过参与“小小建筑师”项目式学习，学生们对桥梁力学原理有了深入地理解和掌握。他们不仅能够准确阐述不同类型桥梁的结构特点和力学原理，还能够运用这些知识解决实际问题，如设计和搭建桥梁模型。在这个过程中，学生们的动手能力、空间想象能力和工程实践能力也得到了显著提升。例如，在搭建桥梁模型时，学生们需要将抽象的设计图纸转化为实际的三维结构，这锻炼了他们的空间思维和动手操作能力。

（二）综合素养提升

项目式学习注重学生自主探究与团队协作。实施时，学生自主查阅资料、分析并解决问题，自主学习和解决问题的能力得以提升。小组合作中，学生学会沟通协作，发挥各自所长完成任务。展示评价阶段，学生锻炼表达与批判性思维，既能清晰阐述成果思路，也能客观评价他人作品并提建议。

（三）学习兴趣激发

相较于传统课堂教学，项目式学习以真实的项目任务为导向，与学生的日常生活联系更为紧密，能有效激发学生的学习兴趣与积极性。在完成项目的过程中，学生们亲身体验到成功的喜悦与成就感，这种积极的情感体验进一步强化了他们对学习的热爱以及对知识的探索渴望。众多学生反馈，通过参与此次项目，他们对建筑和力学领域产生了浓厚兴趣，并期望在后续学习中继续深入钻研相关知识。

四、项目式学习实践中的问题与改进措施

（一）时间管理问题

在项目实施过程中，由于项目内容丰富，涉及多个环节和大量的知识探究，时间安排较为紧张。部分小组在设计和制作环节花费了过多时间，导致展示和评价环节略显仓促。为了解决这个问题，在今后的项目式学习中，教师需要更加合理地规划项目时间，为每个阶段设定明确的时间节点，并加强对学生项目进度的监督和指导，确保项目能够按时完成。

（二）学生个体差异问题

在小组合作活动中，学生间的个体差异显著体现。一些学习能力强、积极性高的学生在项目中扮演了引领角色，而部分学习能力较弱或性格偏内向的学生则参与度不高，所得成果相对较少。针对此现象，教师在分组时需细致考虑学生的个体差异，科学组合小组成员，确保各小组均有不同水平的学生。此外，在项目推进过程中，教师应密切关注每位学生的表现，激励学习能力较弱的学生主动参与，并为他们提供更多的辅导与支持，以保障每位学生都能在项目式学习中获得成长。

五、结论 

基于大单元教学的“小小建筑师”项目式学习，以桥梁力学原理探究为切入点，为学生提供了一个综合性的学习平台。通过项目式学习，学生们在跨学科知识的学习和应用中，深入理解了桥梁力学原理，锻炼了综合能力，激发了学习兴趣。虽然在项目实施过程中还存在一些问题，但通过合理地改进措施，能够不断完善项目式学习的设计和实践，为学生的全面发展提供更有力的支持。这种将大单元教学与项目式学习相结合的教学模式，具有广阔的应用前景和推广价值，值得在教育教学中进一步探索和实践。

参考文献：

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[3]韩莺。双新"背景下小学数学大单元教学策略研究[J].新课程导学,2024(23):116-118.

[4]莫亚楠.基于核心素养的项目式学习实践研究[D].闽南师范大学,2022.

作者简介：

陈群，华师教育研究院学科特聘专家，高级教师，合肥市基础教育研究院长丰分中心副主任，长丰县教体局教研室中学物理、小学科学教研员，合肥市物理学会理事。曾获安徽省中小学作业设计大赛一等奖，合肥市教育教学论文一等奖，合肥市优质课大赛一等奖。学科带头人、名师工作室主持人。