“护眼矫正器的诞生”项目式学习的设计

◇刘 屹（北京：首都师范大学附属朝阳实验小学）

项目式学习（PBL）是使用各类探究性和挑战性的项目激发学生掌握和完善各类技能的扩展性学习过程。在此过程中，学生不仅能获得知识，还可学以致用，将这些知识用于解决实际问题，体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。学生在实践过程中，能获得更综合的知识、创新的思维、实用的技能和沟通与协作的技巧，更深刻地理解科学技术的本质。笔者将从以下几方面详细阐述项目的设计与实施过程。

一、真实而有意义的项目来源于学生需求

项目式学习的基础是一个真实而有意义的项目。在PBL环境中，“真实”就是学习的理由。所谓真实，即指该项目要联系现实世界或者亲身经历。

（一）组织调查活动，挖掘学生需求

在“护眼矫正器的诞生”这一项目中，我并没有急于告诉学生中国青少年的近视率有多高，爱眼护眼有多重要，也没有强制要求学生设计制作矫正器。虽然这是一个关注学生视力的有意义的项目，但是学生想要做的愿望还不够强烈。我从五年级学生的一次体检入手，寻找学生的需求。学生体检后总是抱怨，自己的视力又下降了。学生视力下降是个别现象还是班级的普遍现象呢？我找来了学生的健康卡，让学生从健康卡上收集自己从一年级到现在的视力信息，填写在表格中，并绘制成折线统计图，观察自己视力的变化情况。接着，收集整理全班或全年级的视力信息，用Excel制成全班视力折线统计图，观察全班或全年级学生视力变化趋势。数据显示，我校2000多名学生中，左眼或者右眼的裸眼视力在5.0以下的有1060人，近视率高达53%，并呈上升趋势。有56名学生左眼或者右眼的裸眼视力仅为4.4。通过调查，学生意识到近视已成为危害身体健康的重要问题。

为了让学生规范“一尺、一拳、一寸”的正确读写姿势，很多家长给学生买了护眼矫正器。使用情况如何呢？不使用矫正器的原因是什么呢？针对这些问题，我组织学生开展了调查活动。通过访谈学生，我了解到我校1258名近视的学生中，只有40多人长期使用矫正器，使用率较低。原因是市面上的矫正器种类很多，但存在很多问题，如可调节高度范围有限，移动不方便，等等。由此，设计制作新型的矫正器成为学生的目标，护眼矫正器项目应运而生。

帮助学生设计基于问题驱动的调查。教师首先要确定好调查的模式，并让学生提建议。然后，学生根据问题或者提示设计自己的调查，教师要及时给予反馈。在调查过程及数据收集完毕后，要指导学生分析、解释他们所发现的事实。每个学生都开展调查研究，调查的范围会更大，收集的数据会更多，得到的结果会更加准确，更能全面地剖析驱动问题，从而提出更多的解决方案。就该项目而言，学生开展相关调查后，更能清晰地知道制作护眼矫正器的功能目标。

（二）调查学生知识需求，构建有意义的项目

眼睛是人体的重要器官之一，关于眼睛的知识在首师大版科学教材中出现得很少。学生是否了解眼睛的结构？是否了解眼睛的成像原理？是否了解近视的成因？针对以上问题，我通过电子问卷的形式对我校1060名学生进行调查，调查问题及结果如下。

1.下面这些眼睛的结构中，属于眼睛外部结构的有哪些？

A.视网膜 B.虹膜 C.玻璃体 D.角膜

E.瞳孔 F.巩膜 G.晶状体

H.眼睑 I.眼睫毛

2.外界光线进入眼睛到达视网膜要经过下列哪些结构

A.虹膜 B.巩膜 C.晶状体 D.眼睑

E.眼睫毛 F.玻璃体 G.瞳孔 H.角膜

3.当人患近视时，与眼睛哪种结构调节异常有关

A.玻璃体 B.角膜 C.巩膜 D.晶状体

4.你认为导致视力下降的原因有哪些

第一题调查学生对眼睛结构的了解情况，完全正确率是2.8%。第二题调查学生对眼睛成像原理的认识情况，完全正确率是5.9%。第三题调查学生对近视成因的认知情况，完全正确率是27.3%。第四题调查学生对视力下降原因的了解情况，43%的学生认为长时间使用电子产品会影响视力，40%的学生认为不正确的书写姿势会影响视力，9%的学生认为握笔姿势会影响视力，7%的学生认为光线的强或弱会影响视力，1%的同学则认为和遗传有关系。

通过调查，我发现大部分学生对人体眼睛结构、眼睛成像原理以及近视成因缺乏了解，对于眼睛知识的学习也是学生的需求。所以本项目不仅要让学生完成矫正器作品，还要让他们了解眼睛，关注用眼卫生，提升保护意识，体会合理用眼的重要性，使项目更有意义。

二、利用认知工具为学生提供“脚手架”

认知工具是指能帮助学习者完成信息收集、整理、处理、创造和表达并有效地进行思考和认知的操作工具。认知工具可以扩展学生的学习范围及能力。

（一）用多种图表分析数据

图表是常用的认知工具，它能使数据可视化，帮助学习者分析数据。在认识眼睛的活动中，用Excel图表将全班视力信息绘制成折线统计图，方便观察全班学生视力变化趋势。还可以利用条形统计图和扇形统计图等多种形式呈现每年学生的近视人数，这更有助于学生认识到近视问题的严重性。

（二）用三视图绘制或改进立体作品

三视图是能够正确反映物体长、宽、高尺寸的正投影工程图，主视图、俯视图和左视图为三个基本视图，这是工程界的一种对物体几何形状约定俗成的抽象表达方式。三视图既能基本完整地呈现物体的结构，还具有绘制简单的特点。三视图的知识在人教版数学四年级和五年级教材中均有涉及，学生通过学习能绘制出立体作品的三视图。学生要完成一个立体作品的项目，直接绘制立体设计图是很困难的，所以用三视图进行设计和改进符合学生的能力水平和认知水平。

1.绘制立体作品三视图

小学五年级的学生空间想象力刚刚建立，直接用三视图设计一个立体作品是有难度的，但是学生能画出初代产品的三视图，并根据存在的问题进行迭代设计。

在“护眼矫正器的诞生”项目中，为了能更好地表达学生的创意，我为学生提供了乐高机器人零件作为制作材料。学生根据生活经验搭建一个满足距离要求（眼睛离书本一尺，胸离桌子一拳）的坐姿矫正器，并分别画出正视图、左视图和俯视图。机器人零件的孔比较多，如果都画出来，图会显得很乱，所以只要求学生画出零件外形即可。例如，用长方形表示横梁零件，用回字形表示框梁零件，连接用的零件不用特别表示。用文字和数字详细标注零件的名称和长度，形成设计图，其中各边长度用孔数表示，例如，长15个孔。对于正视图应该画哪个面的问题，学生在数学课上已有丰富的经验，不需要教师过多讲解。

2.利用三视图呈现改进设计并相互论证

经过一段时间的使用，学生发现了初代产品存在的问题，如高度不可调节的问题、放置的问题（矫正器后面使用很多零件用来阻隔身体，为了保持平衡，将矫正器前面加长，导致放置时影响学生书写）等。要激发学生不断完善作品，在改进过程中用三视图呈现本组的改进想法。针对本组的作品，每个人可能都有解决的方案，这时需要留给学生充足探讨问题的时间和机会，让持有不同方案的学生在一起争辩，对相互矛盾的事实做出判断，得出合理的解决方案，以此来锻炼其协作与沟通技能。

以解决矫正器调节高度问题为例，我提出一个调节高度范围的最低标准，作为评价各组作品的基础，并且在不影响使用的前提下，鼓励学生适当扩大调节范围，以满足更多人的需求。三视图中哪些图最能体现学生的想法，就修改哪些图，不限制学生的想法。为了让学生更加关注修改部分，我在每组的材料袋里放了几张便利贴。把想修改的部分用便利贴盖上，用黑笔在便利贴上进行修改；把不需要修改的部分露出来。说完要求后，把剩下的时间交给学生，他们每个人会根据所学的结构知识和生活经验提出各式各样的方案。我需要做的就是组织学生进行有效论证，如，说清楚自己的想法，倾听别人的意见，并有理有据地质疑别人的想法。各组的方案都会有亮点或者不同程度的缺陷，比如，有的方案高度调节范围大，但是调节之后无法固定，也就无法保持这一高度；有的方案会让使用者不舒服；还有的方案调节方式烦琐；等等。面对这些情况，教师不要直接肯定或者否定学生的想法，可以在小组交流环节由其他组的学生提出来，并组织全班学生进行论证。这样做，一方面能让更多的人参与处理冲突性意见的过程，集思广益，找到更优化的方案；另一方面也能让其他组的学生取长补短，及时修改自己的方案，在不断的论证和质疑中对产品进行改进，在一次又一次的产品优化中，推出不同的迭代产品。学生像工程师那样，经历一项产品研发的过程，从而提升其创新思维能力。

（三）用仿真软件呈现作品

各种形式的仿真软件可以被认为是认知工具，它们能更好地帮助完成学习中的各种任务。矫正器项目中的软件属于结构仿真，软件包含很多机器人零件，并且操作简单，零件可随意拖拽。学生就像玩积木游戏一样可以随意增加或删除零件。只需为每个学生提供平板电脑或者笔记本电脑，学生就能展示自己与众不同的创意，而且不用担心因画图不准确造成的设计偏差。

三、用问题链引导学生思考与表达

由维果斯基的“最近发展区理论”可知，教师帮助学生搭建学习支架，可使学生掌握、建构、内化那些能让其从事更高认知活动的知识与技能。问题链是帮助学生建立认知结构、避免碎片化思考、提升思维品质的重要工具。此外，教师提供的问题链能有效促进学生彼此协作、交流思想。当项目比较复杂时，需要学生考虑的因素很多，而学生想清楚、完整地表达自己的想法，也有一定的难度，有的甚至没有明确的方向。此时，教师可以在学生活动与交流前，将需要考虑的因素以问题链的形式呈现出来。学生通过回答问题的方式思考学习的方向和细节，并在交流时阐述自己的想法，使思维更加有序，使表达更加清楚、完整，让交流更加有效。

以“护眼矫正器的诞生”项目解决调节高度问题为例，在改进设计论证阶段，我提出了以下问题：对哪些视图进行修改？为什么？选择哪种方式进行修改？它有什么功能？选择它的理由是什么？如何调节高度？高度范围是多少？还有哪些未解决的问题？

在制作与产品展示阶段，我提出了以下问题：如何调节高度？调节范围能满足要求吗？制作过程中又发现哪些新问题？对哪些视图修改完善？为什么？选择哪种方式解决问题？它有什么作用？

“护眼矫正器的诞生”项目属于创建类的项目式学习，学生要创造出能解决实际问题、满足具体需要的产品。教师和学生需要对创造出来的作品有明确的规定，明确怎样的作品是能够被接受的。案例中改进设计论证阶段，学生需要明确改进设计图的绘制、调节高度的结构、调节方式以及调节范围等问题，需要考虑的因素很多，思路容易散乱。所以，我将学生需要考虑的因素以问题的形式呈现，把多个有结构的问题形成问题链。让学生通过对这些问题的思考与表达，一方面明确需要改进的方向，并且更加关注产品细节；另一方面他们在表达与交流时，会围绕产品调节高度这一关键问题，而不是其他无关紧要的地方。在制作与产品展示阶段，学生需要思考改进后的产品是否实现了之前的设想、制作过程中又遇到哪些问题、需要怎么改进等。通过问题链的引导，使学生从产品设计阶段到实施阶段始终在思考，边做边反思，以求自己的作品更加完美。这也实现了让学生在项目式学习（PBL）中主动学习，而不是光由教师死板地教。除了各组最后的作品质量，教师更应该关注学生的思考与合作质量，这才是项目式学习带给学生的乐趣。■