選題背景

《義務教育課程方案（2022年版）》要求統籌設計綜合課程和跨學科主題學習，優化綜合實踐活動實施方式與路徑，推進工程與技術實踐，注重培養學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力。

“橋梁”是小學生常見且具工程屬性的結構元素，有天然跨學科教學優勢。我國造橋技藝歷史悠久，處于世界領先水平，是橋梁大國。本案例以“設計橋梁”為真實任務，面向四年級學生開展教學。案例整合科學（重力、拉力等）、數學（測量、計算等）、語文（口語表達等）、美術（審美等）、工程（設計、操作等）、信息技術（查閱資料等）學科知識與經驗，通過項目式學習，引導學生思考結構穩定性、材料強度與工程美感的關系。讓學生像工程師一樣思考，與同伴共同設計并搭建至少40厘米長的橋梁模型，同時要滿足承重、安全、美觀等標準，解決“如何讓橋梁既堅固又節省材料”的問題。教學踐行新課程理念，培養學生工程設計思維和跨學科解決問題的能力。

教學目標

（一）知識目標。一是學生能夠識別三種常見的橋梁類型（梁式橋、拱橋、懸索橋），并簡要描述它們的結構特點和適用場景。二是學生能夠結合所學的數學和科學知識繪制簡單的橋梁設計草圖，并知曉基本的橋梁設計方法。三是學生能夠理解橋梁受力的基本原理，通過實際測試觀察橋梁結構的變化情況，并依據這些知識對橋梁模型進行優化改進。

（二）能力目標。一是學生能夠在項目開展過程中主動提出如“怎樣讓橋梁更穩固”等問題，并與小組成員一起討論解決方法，學會合作并分享自己的見解。二是學生能夠在搭建橋梁模型的過程中發現問題，并根據實際測試結果對設計方案進行合理調整，提升問題解決能力。三是學生能夠在小組合作中積極參與決策，選擇并優化設計方案，通過實驗找到最好的解決方法，提高決策能力和動手實踐能力。

（三）情感態度目標。一是學生對橋梁設計和建造充滿興趣，樂于嘗試不同的設計方案，并將自己的創意融入其中。二是學生在小組合作中能認真傾聽他人意見，積極承擔分配的任務，培養團隊合作精神和責任感。三是學生在建造橋梁時能注意節約材料，理解環保和節約資源的意義，增強社會責任感和可持續發展意識。

教學設計創新

（一）教學理念。本案例總計安排9課時，教學設計突破分科局限，基于真實情境驅動下的真實問題解決，整合科學原理、技術應用與工程實踐為完整學習鏈，發展學生核心素養。

（二）方法與策略。采用實驗與工程制作遞進設計。先以紙管形狀承重等實驗具象科學原理，再開展方案設計、模型制作與測試的全流程實踐。這種先探究后創造的路徑，讓學生在實證中領悟、在實踐中應用知識，依據數據反饋調整方案，實現從“做中學”到“思中改”的思維進階，有效培養學生高階思維能力。

（三）教學評價。學生以多元形式展示項目成果，主動參與自評、互評及高階思維評價。從批判性思維、問題解決等四維度量化工程思維成長，達成“知識應用—能力建構—素養提升”的教學目標。

教學實施

（一）項目導入

活動1：情境引入。教師展示橋梁圖片，引導學生觀察并提問“哪種橋最堅固、最省材料”？隨后播放橋梁倒塌短片，引發學生思考橋梁倒塌因素，順勢引出項目任務：設計一座長40厘米以上既堅固又節省材料的橋梁模型。學生討論不同橋型特點，從結構、材料、跨度等方面推測影響橋梁穩固性的因素，初步理解橋梁設計背后的科學與工程問題，明確任務。

活動2：實地考察。教師帶領學生走出教室觀察周邊橋梁，講解橋墩、橋面等結構元素，并利用VR技術營造沉浸式體驗，助其直觀理解橋梁內部結構與受力原理。學生實地拍照記錄橋型，提問并分析結構，在VR環境中自主探索不同橋梁構造，深化對設計挑戰與工程邏輯的理解。

（二）實驗探究

活動1：紙管形狀對承重的影響。教師出示圓柱橋墩圖片，提問引導學生猜想“為何橋墩多為圓柱形”，隨后講解實驗步驟，提示關注變量、記錄數據并觀察紙管倒塌原因。學生動手用紙質材料制作三棱柱、四棱柱和圓柱紙管，測試承重力，將結果記錄在“紙管實驗記錄表”中，并討論紙管結構與承重的關系，思考“圓柱最穩”的原因。

活動2：平橋與拱橋承重對比。教師提供同材質卡片，讓學生用其搭建平橋與拱橋（如圖1與圖2），并提出“相同材料下哪種結構能承載更多硬幣”的問題，指導學生開展實驗。學生測試兩種橋型承重能力，并在“平橋與拱橋承重對比實驗記錄表”中記錄數據，分析拱橋更穩定的原因，增強對結構力學的直觀認知。

（三）工程解決

活動1：設計橋梁方案。教師引導學生觀察材料，說明項目限制（橋長超40厘米、材料有限等），鼓勵學生繪制多種方案并標注結構與材料清單。學生討論問題、試觸材料、構思橋型，每人繪制兩種草圖并標注。小組內分享設計方案，由組長帶領選定最佳設計。

活動2：制作橋梁模型。教師協助學生分配材料，強調安全與協作，過程中巡視指導并鼓勵學生嘗試結構創新。學生按圖紙分工制作模型，遇到問題溝通討論、優化設計，更換材料組合增強模型穩定性。

活動3：測試與修改。教師指導學生逐一測試模型承重，鼓勵學生記錄數據、提出改進建議，調整結構后再次測試。學生將彈珠放置橋面中央觀察橋梁穩定性，記錄承重極限，測試后小組討論，依據數據改良設計并改進模型。

（四）成果展示

教師組織成果展示，提供橋梁模型評價量表，評價內容包括方案設計（20分）、過程分工（10分）、功能特點（50分）、外觀形象（10分）、演講答辯（10分）5個部分。學生匯報時，鼓勵用PPT、視頻、實物模型等展示。學生各組展示模型，講解設計思路、挑戰及優化過程，小組自評互評提出肯定與建議，共同見證工程思維成果。

（五）反思總結

活動1：回顧反思。教師引導學生回顧項目流程，思考“若重新設計橋梁如何改進”“橋梁設計帶來哪些新認識”等問題。學生撰寫反思報告，從工程設計、實驗探究、合作體驗等方面總結所得。

活動2：高階思維自評與互評。教師指導學生根據“高階思維評價量表”打分交流。高階思維評價包括“批判性思維”“問題解決”“決策力”“創造力”四個方面。其中，“批判性思維”具體包括能指出橋梁結構存在的問題、能對不同橋型進行比較并說出各自優缺點等。“問題解決”包括能發現橋梁設計或建造中的問題、能夠根據測試結果優化結構并記錄修改過程等。“決策力”包括能在多個方案中作出選擇并說明理由、能在小組內參與討論決策等。“創造力”包括能在橋梁模型中加入美觀或實用的創意設計、能結合現實橋梁或生活經驗生成新想法等。學生按表現進行自評，并與組員互評。

（作者鄭良棟單位系福州外語外貿學院；作者曹永、郭鑫單位系山東省淄博高新技術產業開發區第一小學）

《人民教育》2025年第15—16期