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[摘 要]基于项目设计的学习过程要求学生从探究原理到设计方案，最后再做出成果作品，在此基础上建立的教学模式能够培养学生的创新思维和工程思维能力，发挥项目学习实践育人的价值。
[关键词]项目设计；创新思维；工程思维
[中图分类号] G632.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）12-0042-02
一、核心概念界定及相关理论支撑
一般来说，基于设计的学习是让学生以成品或者模型为最终设计的结果，以激发学生回忆和运用所学的知识，让学生设计出相应的主题方案并予以实施，在实践过程中能够不断地学习新知识，对方案不断加以改正与设计。这一过程不仅培养了学生的创新能力以及专业素养，也使学生获得了可用在一些研究领域的日常知识和社会技能。
工程思维是一种过程性、连续性的思维方式，形成和发展于工程的整个完成过程中。培养学生的工程思维，需要从工程思考、方案设计、结构建模、实施及完善等方面进行分析。
创新思维的本质在于将创新意识的感性愿望提升到理性探索上，实现创新活动由感性认识到理性思考的飞跃。根据项目设计的学习过程划分，创新思维操作维度包含创意产生、创意促进和创意实现3个子维度。
二、我校项目设计教学中创新思维与工程思维培养的教学模型
我校《通用技术》项目设计教学中创新思维与工程思维培养的教学模型如图1所示。
三、教学案例设计——DIY棉花糖机
DIY棉花糖机项目设计一共需要4次课，共8个课时，第一次课主要是原理探究，分析棉花糖机的系统功能，明确工程问题，属于创新思维中的创意产生阶段，同时也是工程决策思维活跃阶段。第二次课主要是设计绘图，形成设计方案，属于创意促进和工程设计思维阶段。第三次课是成品制作，形成产品原型，属于创意形成和工程实施阶段。第四次課是分享交流、总结评价，属于创新思维和工程思维外显物化的成型阶段。
（一）创设情境，项目简介
教师首先通过一台生活中很常见的商用棉花糖机现场制作棉花糖给学生吃，激发学生的学习兴趣，同时提出一些问题，例如，“同学们有没有想过棉花糖是怎么做成的？有没有想过自己做一台棉花糖机呢？”（很多学生表示没想过，觉得太困难了，根本不可能实现！）
（二）探究原理，明确问题
创意产生是指个体努力分析环境中的信息和机会，分析现有和可能出现的问题，产生新的构想。对于DIY棉花糖机项目来说，创意的产生过程是从探究棉花糖机的工作原理到硬件组成，结构设计到系统控制，最终明确所要解决的工程问题的过程。
1.探究科技原理
调查了解到学生对棉花糖机基于生活经验的理解认识后，教师追问一些问题，例如，“我们加进去的是白砂糖，出来的却是蓬松的棉花糖，那么，糖到底经历了哪些变化呢？”“任何机器都有它的工作原理，棉花糖机又是怎么运转的呢？”（学生七嘴八舌，大多数人会说到一些关键词，诸如“加热”“熔化”“凝固”“旋转”。）教师通过学生提到的关键词连续发问，间接性引导，最终明确棉花糖形成的理论过程是：加热—熔化—旋转—离心—凝固。
2.提出假设性问题
当学生明白了制作棉花糖的原理后，教学环节就要推移到棉花糖机的功能区域和运转过程，这涉及机械结构、材料选择、系统控制等综合问题。
教师通过课件介绍不同场所、不同型号的棉花糖机，让学生总结归纳其软硬件功能区域的相似点。引导学生将制作过程联系到系统运行的功能区域划分上，通过分析讨论最终明确三大功能区域：熔糖区（出糖器）、加热区、旋转区（动力区）。
3.界定工程问题
对于同一个类型的产品来说，工作原理和功能区域划分很可能是相同的，但是在形成功能区域的物料选择和系统控制方面，可以有多种不同的方案。根据教师所提供的工具、材料现场模拟项目设计，并解决以下问题：“如何利用现有的材料制作一个棉花糖机？”当学生遇到瓶颈时，教师引导他们将功能区域和材料选择以及实现方式相互关联，“每一个功能区需要用到哪些材料？”“各功能区域之间该如何衔接才能保证整个系统的正常运转？”
（三）设计绘图，形成方案
创意促进是指首先对新构想进行可行性的研究、试验，确定理想的设计方案，然后在充分利用资源的基础上，积极推动设计方案的实施，并在实施当中随时进行修正，得到新颖、有效的思维性研究成果。创意促进伴随着工程决策思维产生的过程。
1.明确设计目标
教师要通过第一次课的问题分析和引导，将第二次课的重点放在学生方案的形成上，首先明确设计要解决的技术问题是什么。设计的最终目标是“设计一个DIY棉花糖机的可行性方案”。所谓可行性，重点强调方案能够通过制作最终形成具体产品。
2.明确规范流程
教师要在这个环节讲授相关知识理论，包括技术设计的一般过程、草图的绘制方法、标准等，明确本次的重点任务是绘制草图，形成设计方案。
3.进行设计规划
此环节首先要明确解决设计问题的能力、条件与要求，结合小组成员的技能与经验做出预测和判断，进行小组分工合作，例如谁是绘图员、谁是技术员等。同时要明确整个项目需要的时间、经费、材料选择等。
4.分析和再讨论
各小组形成设计草案后，教师要分小组有针对性地进行方案验证，这是第三次制作课能否正常进行的必要保证。各小组思维方式的不同决定了设计方案的差异化。这一环节，正是学生创意促进的最佳阶段，通过分析技术问题，工程设计思维也可用设计图纸体现出来。
5.形成设计方案
设计方案是一种技术交流语言，目的是让组员更好地合作，提高制作效率。设计方案的主体内容是图纸设计，主要体现产品总图和部分功能区域详图，各小组通过改进，最终形成设计方案。 （四）模型制作，形成产品模型
第三次课的重点是模型制作，也就是前两次课的实现过程，属于创意形成和工程思维实施阶段。创意实现是指将思维性成果转化为组织日常运作的创新成果，最终完成创新的过程。
1.开展原型制作
此次课的重要准备工作在材料配备和工具选择上，教师需根据各小组方案设计的不同，提前做好材料准备，相关工具的操作规范应该在此项目开展实施之前讲解。在此保障下，学生按照设计方案展开产品制作环节。
2.解决工程问题
在项目制作过程中，学生会遇到诸如加工工艺、结构与设计、流程与设计、控制与设计等综合问题，由于方案设计的不同，学生解决问题的方法也是不尽相同的。这一环节是学生将创意实现成产品的过程，也是本项目设计的核心环节。
3.形成产品原型
棉花糖机产品原型形成以后，要进行功能验证，验证的标准是：系统运行稳定，能制作出棉花糖。
4.分析与修改
根据产品运行情况分析整个系统的优化设计方案，进一步提出改进措施，提高系统的有序性和整体的运行效果。
5.成品制作，形成最终成果
这一环节相当于项目验收阶段，教师需通过相机、DV收集学生制作及改进过程中出现的错误和闪光点，方便后期总结分析。
（五）分享交流，总结评价
第四次课的重点是成果展示汇报，各小组制作2分钟的PPT汇报发言，教师根据前面几次课跟踪拍摄的视频图片资料，分析各小组出现的技术问题以及他们的解决方案，重点落在技术错误和技术创新点上。
综上，学生创新思维和工程思维的培养不是一朝一夕的事情，需要良好的环境和长期的熏陶、训练，基于项目设计的教学设计能够有效营造良好的环境。经过4年的“创新实验”课程资源开发与教学实践研究，通过相关开课年级的调查问卷——《青少年科技创新能力的结构构建与培养研究》的数据反馈分析表明：同样的被测群体，未学习相关课程前，学生综合得分为60.5分，学习完相关课程后，学生综合得分为64.7分，说明我校“基于项目设计的教学模式”对学生创新思维与工程思维的培养有明显的促进作用。基于项目设计的学习过程要求学生从理论探究再到方案形成，最后做出成果作品，不同的项目设计所面临的技术问题、要求、条件各不相同，这有利于提高学生的自主學习能力和综合实践能力。
（特约编辑 诺 依）
[关键词]项目设计；创新思维；工程思维
[中图分类号] G632.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）12-0042-02
一、核心概念界定及相关理论支撑
一般来说，基于设计的学习是让学生以成品或者模型为最终设计的结果，以激发学生回忆和运用所学的知识，让学生设计出相应的主题方案并予以实施，在实践过程中能够不断地学习新知识，对方案不断加以改正与设计。这一过程不仅培养了学生的创新能力以及专业素养，也使学生获得了可用在一些研究领域的日常知识和社会技能。
工程思维是一种过程性、连续性的思维方式，形成和发展于工程的整个完成过程中。培养学生的工程思维，需要从工程思考、方案设计、结构建模、实施及完善等方面进行分析。
创新思维的本质在于将创新意识的感性愿望提升到理性探索上，实现创新活动由感性认识到理性思考的飞跃。根据项目设计的学习过程划分，创新思维操作维度包含创意产生、创意促进和创意实现3个子维度。
二、我校项目设计教学中创新思维与工程思维培养的教学模型
我校《通用技术》项目设计教学中创新思维与工程思维培养的教学模型如图1所示。
三、教学案例设计——DIY棉花糖机
DIY棉花糖机项目设计一共需要4次课，共8个课时，第一次课主要是原理探究，分析棉花糖机的系统功能，明确工程问题，属于创新思维中的创意产生阶段，同时也是工程决策思维活跃阶段。第二次课主要是设计绘图，形成设计方案，属于创意促进和工程设计思维阶段。第三次课是成品制作，形成产品原型，属于创意形成和工程实施阶段。第四次課是分享交流、总结评价，属于创新思维和工程思维外显物化的成型阶段。
（一）创设情境，项目简介
教师首先通过一台生活中很常见的商用棉花糖机现场制作棉花糖给学生吃，激发学生的学习兴趣，同时提出一些问题，例如，“同学们有没有想过棉花糖是怎么做成的？有没有想过自己做一台棉花糖机呢？”（很多学生表示没想过，觉得太困难了，根本不可能实现！）
（二）探究原理，明确问题
创意产生是指个体努力分析环境中的信息和机会，分析现有和可能出现的问题，产生新的构想。对于DIY棉花糖机项目来说，创意的产生过程是从探究棉花糖机的工作原理到硬件组成，结构设计到系统控制，最终明确所要解决的工程问题的过程。
1.探究科技原理
调查了解到学生对棉花糖机基于生活经验的理解认识后，教师追问一些问题，例如，“我们加进去的是白砂糖，出来的却是蓬松的棉花糖，那么，糖到底经历了哪些变化呢？”“任何机器都有它的工作原理，棉花糖机又是怎么运转的呢？”（学生七嘴八舌，大多数人会说到一些关键词，诸如“加热”“熔化”“凝固”“旋转”。）教师通过学生提到的关键词连续发问，间接性引导，最终明确棉花糖形成的理论过程是：加热—熔化—旋转—离心—凝固。
2.提出假设性问题
当学生明白了制作棉花糖的原理后，教学环节就要推移到棉花糖机的功能区域和运转过程，这涉及机械结构、材料选择、系统控制等综合问题。
教师通过课件介绍不同场所、不同型号的棉花糖机，让学生总结归纳其软硬件功能区域的相似点。引导学生将制作过程联系到系统运行的功能区域划分上，通过分析讨论最终明确三大功能区域：熔糖区（出糖器）、加热区、旋转区（动力区）。
3.界定工程问题
对于同一个类型的产品来说，工作原理和功能区域划分很可能是相同的，但是在形成功能区域的物料选择和系统控制方面，可以有多种不同的方案。根据教师所提供的工具、材料现场模拟项目设计，并解决以下问题：“如何利用现有的材料制作一个棉花糖机？”当学生遇到瓶颈时，教师引导他们将功能区域和材料选择以及实现方式相互关联，“每一个功能区需要用到哪些材料？”“各功能区域之间该如何衔接才能保证整个系统的正常运转？”
（三）设计绘图，形成方案
创意促进是指首先对新构想进行可行性的研究、试验，确定理想的设计方案，然后在充分利用资源的基础上，积极推动设计方案的实施，并在实施当中随时进行修正，得到新颖、有效的思维性研究成果。创意促进伴随着工程决策思维产生的过程。
1.明确设计目标
教师要通过第一次课的问题分析和引导，将第二次课的重点放在学生方案的形成上，首先明确设计要解决的技术问题是什么。设计的最终目标是“设计一个DIY棉花糖机的可行性方案”。所谓可行性，重点强调方案能够通过制作最终形成具体产品。
2.明确规范流程
教师要在这个环节讲授相关知识理论，包括技术设计的一般过程、草图的绘制方法、标准等，明确本次的重点任务是绘制草图，形成设计方案。
3.进行设计规划
此环节首先要明确解决设计问题的能力、条件与要求，结合小组成员的技能与经验做出预测和判断，进行小组分工合作，例如谁是绘图员、谁是技术员等。同时要明确整个项目需要的时间、经费、材料选择等。
4.分析和再讨论
各小组形成设计草案后，教师要分小组有针对性地进行方案验证，这是第三次制作课能否正常进行的必要保证。各小组思维方式的不同决定了设计方案的差异化。这一环节，正是学生创意促进的最佳阶段，通过分析技术问题，工程设计思维也可用设计图纸体现出来。
5.形成设计方案
设计方案是一种技术交流语言，目的是让组员更好地合作，提高制作效率。设计方案的主体内容是图纸设计，主要体现产品总图和部分功能区域详图，各小组通过改进，最终形成设计方案。 （四）模型制作，形成产品模型
第三次课的重点是模型制作，也就是前两次课的实现过程，属于创意形成和工程思维实施阶段。创意实现是指将思维性成果转化为组织日常运作的创新成果，最终完成创新的过程。
1.开展原型制作
此次课的重要准备工作在材料配备和工具选择上，教师需根据各小组方案设计的不同，提前做好材料准备，相关工具的操作规范应该在此项目开展实施之前讲解。在此保障下，学生按照设计方案展开产品制作环节。
2.解决工程问题
在项目制作过程中，学生会遇到诸如加工工艺、结构与设计、流程与设计、控制与设计等综合问题，由于方案设计的不同，学生解决问题的方法也是不尽相同的。这一环节是学生将创意实现成产品的过程，也是本项目设计的核心环节。
3.形成产品原型
棉花糖机产品原型形成以后，要进行功能验证，验证的标准是：系统运行稳定，能制作出棉花糖。
4.分析与修改
根据产品运行情况分析整个系统的优化设计方案，进一步提出改进措施，提高系统的有序性和整体的运行效果。
5.成品制作，形成最终成果
这一环节相当于项目验收阶段，教师需通过相机、DV收集学生制作及改进过程中出现的错误和闪光点，方便后期总结分析。
（五）分享交流，总结评价
第四次课的重点是成果展示汇报，各小组制作2分钟的PPT汇报发言，教师根据前面几次课跟踪拍摄的视频图片资料，分析各小组出现的技术问题以及他们的解决方案，重点落在技术错误和技术创新点上。
综上，学生创新思维和工程思维的培养不是一朝一夕的事情，需要良好的环境和长期的熏陶、训练，基于项目设计的教学设计能够有效营造良好的环境。经过4年的“创新实验”课程资源开发与教学实践研究，通过相关开课年级的调查问卷——《青少年科技创新能力的结构构建与培养研究》的数据反馈分析表明：同样的被测群体，未学习相关课程前，学生综合得分为60.5分，学习完相关课程后，学生综合得分为64.7分，说明我校“基于项目设计的教学模式”对学生创新思维与工程思维的培养有明显的促进作用。基于项目设计的学习过程要求学生从理论探究再到方案形成，最后做出成果作品，不同的项目设计所面临的技术问题、要求、条件各不相同，这有利于提高学生的自主學习能力和综合实践能力。
（特约编辑 诺 依）