“護(hù)眼矯正器的誕生”項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計

◇劉 屹（北京：首都師范大學(xué)附屬朝陽實驗小學(xué)）

項目式學(xué)習(xí)（PBL）是使用各類探究性和挑戰(zhàn)性的項目激發(fā)學(xué)生掌握和完善各類技能的擴(kuò)展性學(xué)習(xí)過程。在此過程中，學(xué)生不僅能獲得知識，還可學(xué)以致用，將這些知識用于解決實際問題，體會到“做”的成功和樂趣，并養(yǎng)成通過“動手做”解決問題的習(xí)慣。學(xué)生在實踐過程中，能獲得更綜合的知識、創(chuàng)新的思維、實用的技能和溝通與協(xié)作的技巧，更深刻地理解科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)。筆者將從以下幾方面詳細(xì)闡述項目的設(shè)計與實施過程。

一、真實而有意義的項目來源于學(xué)生需求

項目式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是一個真實而有意義的項目。在PBL環(huán)境中，“真實”就是學(xué)習(xí)的理由。所謂真實，即指該項目要聯(lián)系現(xiàn)實世界或者親身經(jīng)歷。

（一）組織調(diào)查活動，挖掘?qū)W生需求

在“護(hù)眼矯正器的誕生”這一項目中，我并沒有急于告訴學(xué)生中國青少年的近視率有多高，愛眼護(hù)眼有多重要，也沒有強(qiáng)制要求學(xué)生設(shè)計制作矯正器。雖然這是一個關(guān)注學(xué)生視力的有意義的項目，但是學(xué)生想要做的愿望還不夠強(qiáng)烈。我從五年級學(xué)生的一次體檢入手，尋找學(xué)生的需求。學(xué)生體檢后總是抱怨，自己的視力又下降了。學(xué)生視力下降是個別現(xiàn)象還是班級的普遍現(xiàn)象呢？我找來了學(xué)生的健康卡，讓學(xué)生從健康卡上收集自己從一年級到現(xiàn)在的視力信息，填寫在表格中，并繪制成折線統(tǒng)計圖，觀察自己視力的變化情況。接著，收集整理全班或全年級的視力信息，用Excel制成全班視力折線統(tǒng)計圖，觀察全班或全年級學(xué)生視力變化趨勢。數(shù)據(jù)顯示，我校2000多名學(xué)生中，左眼或者右眼的裸眼視力在5.0以下的有1060人，近視率高達(dá)53%，并呈上升趨勢。有56名學(xué)生左眼或者右眼的裸眼視力僅為4.4。通過調(diào)查，學(xué)生意識到近視已成為危害身體健康的重要問題。

為了讓學(xué)生規(guī)范“一尺、一拳、一寸”的正確讀寫姿勢，很多家長給學(xué)生買了護(hù)眼矯正器。使用情況如何呢？不使用矯正器的原因是什么呢？針對這些問題，我組織學(xué)生開展了調(diào)查活動。通過訪談學(xué)生，我了解到我校1258名近視的學(xué)生中，只有40多人長期使用矯正器，使用率較低。原因是市面上的矯正器種類很多，但存在很多問題，如可調(diào)節(jié)高度范圍有限，移動不方便，等等。由此，設(shè)計制作新型的矯正器成為學(xué)生的目標(biāo)，護(hù)眼矯正器項目應(yīng)運(yùn)而生。

幫助學(xué)生設(shè)計基于問題驅(qū)動的調(diào)查。教師首先要確定好調(diào)查的模式，并讓學(xué)生提建議。然后，學(xué)生根據(jù)問題或者提示設(shè)計自己的調(diào)查，教師要及時給予反饋。在調(diào)查過程及數(shù)據(jù)收集完畢后，要指導(dǎo)學(xué)生分析、解釋他們所發(fā)現(xiàn)的事實。每個學(xué)生都開展調(diào)查研究，調(diào)查的范圍會更大，收集的數(shù)據(jù)會更多，得到的結(jié)果會更加準(zhǔn)確，更能全面地剖析驅(qū)動問題，從而提出更多的解決方案。就該項目而言，學(xué)生開展相關(guān)調(diào)查后，更能清晰地知道制作護(hù)眼矯正器的功能目標(biāo)。

（二）調(diào)查學(xué)生知識需求，構(gòu)建有意義的項目

眼睛是人體的重要器官之一，關(guān)于眼睛的知識在首師大版科學(xué)教材中出現(xiàn)得很少。學(xué)生是否了解眼睛的結(jié)構(gòu)？是否了解眼睛的成像原理？是否了解近視的成因？針對以上問題，我通過電子問卷的形式對我校1060名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查問題及結(jié)果如下。

1.下面這些眼睛的結(jié)構(gòu)中，屬于眼睛外部結(jié)構(gòu)的有哪些？

A.視網(wǎng)膜 B.虹膜 C.玻璃體 D.角膜

E.瞳孔 F.鞏膜 G.晶狀體

H.眼瞼 I.眼睫毛

2.外界光線進(jìn)入眼睛到達(dá)視網(wǎng)膜要經(jīng)過下列哪些結(jié)構(gòu)

A.虹膜 B.鞏膜 C.晶狀體 D.眼瞼

E.眼睫毛 F.玻璃體 G.瞳孔 H.角膜

3.當(dāng)人患近視時，與眼睛哪種結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)異常有關(guān)

A.玻璃體 B.角膜 C.鞏膜 D.晶狀體

4.你認(rèn)為導(dǎo)致視力下降的原因有哪些

第一題調(diào)查學(xué)生對眼睛結(jié)構(gòu)的了解情況，完全正確率是2.8%。第二題調(diào)查學(xué)生對眼睛成像原理的認(rèn)識情況，完全正確率是5.9%。第三題調(diào)查學(xué)生對近視成因的認(rèn)知情況，完全正確率是27.3%。第四題調(diào)查學(xué)生對視力下降原因的了解情況，43%的學(xué)生認(rèn)為長時間使用電子產(chǎn)品會影響視力，40%的學(xué)生認(rèn)為不正確的書寫姿勢會影響視力，9%的學(xué)生認(rèn)為握筆姿勢會影響視力，7%的學(xué)生認(rèn)為光線的強(qiáng)或弱會影響視力，1%的同學(xué)則認(rèn)為和遺傳有關(guān)系。

通過調(diào)查，我發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對人體眼睛結(jié)構(gòu)、眼睛成像原理以及近視成因缺乏了解，對于眼睛知識的學(xué)習(xí)也是學(xué)生的需求。所以本項目不僅要讓學(xué)生完成矯正器作品，還要讓他們了解眼睛，關(guān)注用眼衛(wèi)生，提升保護(hù)意識，體會合理用眼的重要性，使項目更有意義。

二、利用認(rèn)知工具為學(xué)生提供“腳手架”

認(rèn)知工具是指能幫助學(xué)習(xí)者完成信息收集、整理、處理、創(chuàng)造和表達(dá)并有效地進(jìn)行思考和認(rèn)知的操作工具。認(rèn)知工具可以擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍及能力。

（一）用多種圖表分析數(shù)據(jù)

圖表是常用的認(rèn)知工具，它能使數(shù)據(jù)可視化，幫助學(xué)習(xí)者分析數(shù)據(jù)。在認(rèn)識眼睛的活動中，用Excel圖表將全班視力信息繪制成折線統(tǒng)計圖，方便觀察全班學(xué)生視力變化趨勢。還可以利用條形統(tǒng)計圖和扇形統(tǒng)計圖等多種形式呈現(xiàn)每年學(xué)生的近視人數(shù)，這更有助于學(xué)生認(rèn)識到近視問題的嚴(yán)重性。

（二）用三視圖繪制或改進(jìn)立體作品

三視圖是能夠正確反映物體長、寬、高尺寸的正投影工程圖，主視圖、俯視圖和左視圖為三個基本視圖，這是工程界的一種對物體幾何形狀約定俗成的抽象表達(dá)方式。三視圖既能基本完整地呈現(xiàn)物體的結(jié)構(gòu)，還具有繪制簡單的特點。三視圖的知識在人教版數(shù)學(xué)四年級和五年級教材中均有涉及，學(xué)生通過學(xué)習(xí)能繪制出立體作品的三視圖。學(xué)生要完成一個立體作品的項目，直接繪制立體設(shè)計圖是很困難的，所以用三視圖進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)符合學(xué)生的能力水平和認(rèn)知水平。

1.繪制立體作品三視圖

小學(xué)五年級的學(xué)生空間想象力剛剛建立，直接用三視圖設(shè)計一個立體作品是有難度的，但是學(xué)生能畫出初代產(chǎn)品的三視圖，并根據(jù)存在的問題進(jìn)行迭代設(shè)計。

在“護(hù)眼矯正器的誕生”項目中，為了能更好地表達(dá)學(xué)生的創(chuàng)意，我為學(xué)生提供了樂高機(jī)器人零件作為制作材料。學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗搭建一個滿足距離要求（眼睛離書本一尺，胸離桌子一拳）的坐姿矯正器，并分別畫出正視圖、左視圖和俯視圖。機(jī)器人零件的孔比較多，如果都畫出來，圖會顯得很亂，所以只要求學(xué)生畫出零件外形即可。例如，用長方形表示橫梁零件，用回字形表示框梁零件，連接用的零件不用特別表示。用文字和數(shù)字詳細(xì)標(biāo)注零件的名稱和長度，形成設(shè)計圖，其中各邊長度用孔數(shù)表示，例如，長15個孔。對于正視圖應(yīng)該畫哪個面的問題，學(xué)生在數(shù)學(xué)課上已有豐富的經(jīng)驗，不需要教師過多講解。

2.利用三視圖呈現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計并相互論證

經(jīng)過一段時間的使用，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了初代產(chǎn)品存在的問題，如高度不可調(diào)節(jié)的問題、放置的問題（矯正器后面使用很多零件用來阻隔身體，為了保持平衡，將矯正器前面加長，導(dǎo)致放置時影響學(xué)生書寫）等。要激發(fā)學(xué)生不斷完善作品，在改進(jìn)過程中用三視圖呈現(xiàn)本組的改進(jìn)想法。針對本組的作品，每個人可能都有解決的方案，這時需要留給學(xué)生充足探討問題的時間和機(jī)會，讓持有不同方案的學(xué)生在一起爭辯，對相互矛盾的事實做出判斷，得出合理的解決方案，以此來鍛煉其協(xié)作與溝通技能。

以解決矯正器調(diào)節(jié)高度問題為例，我提出一個調(diào)節(jié)高度范圍的最低標(biāo)準(zhǔn)，作為評價各組作品的基礎(chǔ)，并且在不影響使用的前提下，鼓勵學(xué)生適當(dāng)擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍，以滿足更多人的需求。三視圖中哪些圖最能體現(xiàn)學(xué)生的想法，就修改哪些圖，不限制學(xué)生的想法。為了讓學(xué)生更加關(guān)注修改部分，我在每組的材料袋里放了幾張便利貼。把想修改的部分用便利貼蓋上，用黑筆在便利貼上進(jìn)行修改；把不需要修改的部分露出來。說完要求后，把剩下的時間交給學(xué)生，他們每個人會根據(jù)所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識和生活經(jīng)驗提出各式各樣的方案。我需要做的就是組織學(xué)生進(jìn)行有效論證，如，說清楚自己的想法，傾聽別人的意見，并有理有據(jù)地質(zhì)疑別人的想法。各組的方案都會有亮點或者不同程度的缺陷，比如，有的方案高度調(diào)節(jié)范圍大，但是調(diào)節(jié)之后無法固定，也就無法保持這一高度；有的方案會讓使用者不舒服；還有的方案調(diào)節(jié)方式煩瑣；等等。面對這些情況，教師不要直接肯定或者否定學(xué)生的想法，可以在小組交流環(huán)節(jié)由其他組的學(xué)生提出來，并組織全班學(xué)生進(jìn)行論證。這樣做，一方面能讓更多的人參與處理沖突性意見的過程，集思廣益，找到更優(yōu)化的方案；另一方面也能讓其他組的學(xué)生取長補(bǔ)短，及時修改自己的方案，在不斷的論證和質(zhì)疑中對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，在一次又一次的產(chǎn)品優(yōu)化中，推出不同的迭代產(chǎn)品。學(xué)生像工程師那樣，經(jīng)歷一項產(chǎn)品研發(fā)的過程，從而提升其創(chuàng)新思維能力。

（三）用仿真軟件呈現(xiàn)作品

各種形式的仿真軟件可以被認(rèn)為是認(rèn)知工具，它們能更好地幫助完成學(xué)習(xí)中的各種任務(wù)。矯正器項目中的軟件屬于結(jié)構(gòu)仿真，軟件包含很多機(jī)器人零件，并且操作簡單，零件可隨意拖拽。學(xué)生就像玩積木游戲一樣可以隨意增加或刪除零件。只需為每個學(xué)生提供平板電腦或者筆記本電腦，學(xué)生就能展示自己與眾不同的創(chuàng)意，而且不用擔(dān)心因畫圖不準(zhǔn)確造成的設(shè)計偏差。

三、用問題鏈引導(dǎo)學(xué)生思考與表達(dá)

由維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”可知，教師幫助學(xué)生搭建學(xué)習(xí)支架，可使學(xué)生掌握、建構(gòu)、內(nèi)化那些能讓其從事更高認(rèn)知活動的知識與技能。問題鏈?zhǔn)菐椭鷮W(xué)生建立認(rèn)知結(jié)構(gòu)、避免碎片化思考、提升思維品質(zhì)的重要工具。此外，教師提供的問題鏈能有效促進(jìn)學(xué)生彼此協(xié)作、交流思想。當(dāng)項目比較復(fù)雜時，需要學(xué)生考慮的因素很多，而學(xué)生想清楚、完整地表達(dá)自己的想法，也有一定的難度，有的甚至沒有明確的方向。此時，教師可以在學(xué)生活動與交流前，將需要考慮的因素以問題鏈的形式呈現(xiàn)出來。學(xué)生通過回答問題的方式思考學(xué)習(xí)的方向和細(xì)節(jié)，并在交流時闡述自己的想法，使思維更加有序，使表達(dá)更加清楚、完整，讓交流更加有效。

以“護(hù)眼矯正器的誕生”項目解決調(diào)節(jié)高度問題為例，在改進(jìn)設(shè)計論證階段，我提出了以下問題：對哪些視圖進(jìn)行修改？為什么？選擇哪種方式進(jìn)行修改？它有什么功能？選擇它的理由是什么？如何調(diào)節(jié)高度？高度范圍是多少？還有哪些未解決的問題？

在制作與產(chǎn)品展示階段，我提出了以下問題：如何調(diào)節(jié)高度？調(diào)節(jié)范圍能滿足要求嗎？制作過程中又發(fā)現(xiàn)哪些新問題？對哪些視圖修改完善？為什么？選擇哪種方式解決問題？它有什么作用？

“護(hù)眼矯正器的誕生”項目屬于創(chuàng)建類的項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生要創(chuàng)造出能解決實際問題、滿足具體需要的產(chǎn)品。教師和學(xué)生需要對創(chuàng)造出來的作品有明確的規(guī)定，明確怎樣的作品是能夠被接受的。案例中改進(jìn)設(shè)計論證階段，學(xué)生需要明確改進(jìn)設(shè)計圖的繪制、調(diào)節(jié)高度的結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)方式以及調(diào)節(jié)范圍等問題，需要考慮的因素很多，思路容易散亂。所以，我將學(xué)生需要考慮的因素以問題的形式呈現(xiàn)，把多個有結(jié)構(gòu)的問題形成問題鏈。讓學(xué)生通過對這些問題的思考與表達(dá)，一方面明確需要改進(jìn)的方向，并且更加關(guān)注產(chǎn)品細(xì)節(jié)；另一方面他們在表達(dá)與交流時，會圍繞產(chǎn)品調(diào)節(jié)高度這一關(guān)鍵問題，而不是其他無關(guān)緊要的地方。在制作與產(chǎn)品展示階段，學(xué)生需要思考改進(jìn)后的產(chǎn)品是否實現(xiàn)了之前的設(shè)想、制作過程中又遇到哪些問題、需要怎么改進(jìn)等。通過問題鏈的引導(dǎo)，使學(xué)生從產(chǎn)品設(shè)計階段到實施階段始終在思考，邊做邊反思，以求自己的作品更加完美。這也實現(xiàn)了讓學(xué)生在項目式學(xué)習(xí)（PBL）中主動學(xué)習(xí)，而不是光由教師死板地教。除了各組最后的作品質(zhì)量，教師更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的思考與合作質(zhì)量，這才是項目式學(xué)習(xí)帶給學(xué)生的樂趣?！?/p>