“F1在学校”项目的实施运作

赵欣浩

一、项目介绍

我校于2016年年初首次接触F1 in Schools STEM Challenge（F1在学校国际青少年科技教育及挑战赛，以下简称“F1在学校” 项目），该年4月项目落地延续至今。

“F1在学校”项目源于英国，是面向9~19岁青少年的综合科技挑战赛，至今已有20年的历史，是全球最大型和最顶尖的青少年科技竞赛活动之一。项目主要模仿真实F1赛车车队运作的模式，成立学生车队制造符合赛事技术要求的微缩版F1赛车，车队在赛场上同场竞技。“F1在学校”项目主要是工程方向的STEM跨学科项目学习活动，主要包含工程、物理、数学等科目的内容，同时还需要艺术、设计、商科等多领域跨学科知识辅助完成。除赛车制造以外，该项目还注重学生个人综合能力的考量，如车队需与媒体进行有效沟通，增加车队的曝光度；车队还需通过市场营销手段获取社会企业的赞助以进行独立运营等。该项目对提升学生知识技能、实践能力、表达能力、创新思维与团队协作能力等都具有不可替代的作用。

我校的“F1在学校” 项目开展至今已有三年，在此期间每年都有学生车队踊跃参加市、全国的竞赛并屡获佳绩，这与平日的项目化学习密不可分。项目依托学生社团活动的平台开展项目研究，由1位指导教师、2~4位学生教练以及2支车队构成，每支车队成员5~6名。

二、项目核心知识内容分布

在这个跨学科项目中，核心内容分为两个部分，第一部分是实践设计能力，任何成果、实物、方案都需要进行有效设计，积极进行社会宣传与营销，与社会衔接；第二部分是工程加工能力，学生在完成赛车设计后，利用软件进行空气动力学优化，通过各种加工方式将赛车制造出来，再利用风洞进行实体测试。

1.实践设计能力部分

学生在项目中围绕着制作赛车这个主要项目目的，需要学习到3D设计软件的使用方法。在优化赛车方面，需要获得空气动力学、赛车设计原理等相关知识的支持。除了赛车工程设计以外，车队还需学会平面设计软件来进行平面设计，例如车队队徽的设计、车队吉祥物设计、车队宣传册的排版设计、车队展台与展位的设计等。在资金获取渠道上，需要与社会企业进行沟通，利用当场宣讲、邮件沟通等形式，获得他们的认可与支持，并为他们提供相应的回报。

2.工程加工能力部分

车队在设计完成赛车后，将虚拟的设计转化为实物，赛车的车身部分按照要求利用数控机床加工聚氨酯材料块来完成，其余鼻翼、车轮等部件利用3D打印的方式来制造。在此过程中包含了数控加工部分的技术能力，学生需要学会利用CAM软件来设计铣刀的走刀刀路，实际在机床中进行操作加工。而在3D打印的过程中，学生需要选择适合的3D打印技术，在切片软件中进行加工预处理。

三、关键项目问题的设计

“F1在学校”是一个比较大的跨学科项目化学习的项目，它有很长的时间跨度与空间维度。一个车队从成立到完成项目内容，参加比赛，一般需要一个学期的时间。在这期间完成基础知识的学习、设计优化、工程制造等过程，车队成员之间相互磨合，进行分工，统筹车队工作的进度，积极对外宣传，联系企业获取赞助。在项目学习的地点选择上也存在多样性，在多功能创客空间进行理论教学学习，在图书馆上网查询资料，在研讨室与队员商讨方案，在现代化加工车间对赛车进行制造，周末在网络线上研讨，所以这个项目不仅仅局限在固定的教室之中。

由于其长时间跨度与广空间维度，在项目开始中需要设置几个关键核心问题，以此引导项目的正常进行。

在设计过程中，核心问题设计“为何F1赛车要设计成这种样子？”作为空气动力学的内容的索引，学生通过自主查询资料，探究真实F1赛车的外形设计原理，总结归纳空气动力学的几个基础要素与几个定律，在研讨室中与其他成员进行分享。在项目过程中还有以下这些核心问题“赛车车轮的大小与质量分布对车速的影响”、“光固化与热熔式3D打印技术分别适合哪些零部件的加工”、“色彩搭配——如何选择显眼且匹配的色彩”等。

这些关键问题是整个项目的主心骨，需要由教师来进行规划设计，每个问题都能指向项目的核心知识点。空气动力学、刚体力学、3D打印技术、色彩设计等都与这些关键问题紧密相关。在问题的结果方式的选择上，多数采用自主探究、合作研讨的形式，不采用传统说教式的形式。目的希望学生能够在遇到问题时，第一个想到自己而非等待接收知识，也在培养学生的信息检索归纳能力。而合作研讨的成果呈现，让学生能够参与团队工作获得协作能力的培养，最终通过小组汇报的形式给出小组的问题解答。

这样的关键问题顺着项目的开展顺序来进行布置，而其他的一些过程问题是分布在这些关键问题周围，通过学生自主选择来完成。这些过程问题往往也都是由学生自己发现提出并解决的，具有有一定的随机性。某些具有突出特点的问题，学生将其转化为个人的研究性课题进行研究，例如“聚氨酯材料多孔结构的表面处理方式探究”、“集装箱货车气动外形优化”等。

四、学习成果评价与展示

在项目化学习中，学生评价不同于传统课堂的考卷考察、学生能力通过测试、成绩反映，项目化学习更加注重学生的过程性评价。我们希望学生在过程中能够获得的能力是通过观察发现问题，利用逻辑分析问题，通过资料查询与团队协作，利用新的知识与技能解决问题，将知识迁移到其他实际情景中，在遇到全新的问题时也能有条理有目的的进行处理。

针对我们的培养目的，我们的评价模式也随之改变，评价关注点也不同以往。学生在面对问题时的解决方式、思考方式、思辨能力、团队协作中的贡献、知识归纳总结能力、技能掌握程度等等将作为评价的打分点，这也就是过程性评价，针对学生在项目过程中的表现来进行评价打分。而问题结果的呈现、制作的赛车成品、赛车比赛的成绩，这些内容将作为辅助参考。

在项目进行中很多过程性评价打分点不容易被评价者观察到，有些是偏隐性的，如思考的方式，还有些是空间上的隐藏，如小组在课后的讨论研讨是观测者不可见的。所以为了更好的进行项目评价也为了将项目进行展示，在项目的最后将会设置小组答辩的环节。答辩环节需要每个学生针对团队合作的项目成果进行介绍，同时展现自己个人的工作、思考、收获。每个团队中的不同角色完成各自角色的项目答辩环节，例如设计师需要阐述设计理念、设计的工具、设计灵感、遇到的问题与解决方法等。

五、项目化学习特点与实践感悟

1.学生感受

学生在这样的项目化学习中不再是知识技能的被动接受者，学生围绕项目目标进行活动的过程之中遇到问题、发现问题、分析问题、解决问题、迁移问题。学生成为项目化学习的主体，他们主导项目的进程与方向，在经历项目完成的过程里，遍历项目设计的各个知识、技能点，以团队协作的形式来组织活动，协作共进。车队的学生在参加完比赛后曾经这样说“感觉老师没教我什么，都是我们自己查的，自己做的！”其实这也正是项目化学习的的培养目标，让学生自主学习获得解决实际问题的能力，更好面对未来社会的挑战。

2.教师感悟

像这样的一个STEM跨学科项目能够按照设计要求来实现，是经历过多轮的尝试、试错、总结、修改后才形成。它不同于普通的课程，普通课程具有固定的授课空间、常规的授课模式，而它在开展的过程中需要随时调整活动进程。可能连续几周才能完成一个核心问题，有时候还需要在线上完成一定的工作。课程的目标的偏重点也不相同，普通课程偏重结果，项目化学习更偏重过程。目前在国内这样的大型跨学科项目的实践也没有很多可参考的案例，理论研究还不充分，需要指导老师在实践中总结经验，归纳方法。

在项目化学习的设计中，核心问题的设计是关键，核心问题指向核心知识，核心知识贯穿整个项目，是它的主心骨。在设计核心问题时，需要考虑到问题的价值、问题的指向以及可操作性。而合理的评价体系是项目设计的重点，项目化学习应该关注的学生问题解决的过程，而非结果。每个不同的项目都有其不同的活动目标，但每一份评价都应该围绕各自的活动目标，来判断其是否达成，这是统一的。

“F1在学校” 项目的实践是我校对项目化学习的一种尝试，在各方面的支持之下，这个项目正在不断的体系化、常规化，从原本的小组活动到后来的社团课程到现在的项目化学习课程，每一次的变化都是学校与教师对项目化学习理论的进一步理解。而这个项目依然有不足的地方，从设计角度到实现成效，很多地方都可以再进一步的优化。相信在新的理论支持下，“F1在学校”项目能够不断更新完善，更好地服务学生，提升学生的综合素养和关键能力。