投石机是古代的经典攻城器械，涉及诸多物理知识，如力矩、机械能的转化和守恒、抛体运动、力的合成与分解等，是一项非常值得开发的活动素材。活动以投石机为线索，从问题解决、创意物化入手，设计符合初高中学生的活动区域的循序渐进式的项目式学习活动。活动设计中突出对问题解决的思维导向性和创意物化在各环节的落实。

活动目标

　　知识与技能：了解投石机的种类、基本结构及发展历程，建立简单模型还原投石机基本工作过程，设计制作可投射的实体模型；掌握杠杆、力矩、抛体运动相关知识；会使用绘图、切割、黏合、CAD设计、激光雕刻、3D打印等方法设计制作投石机；能综合使用物理、工程技术手段设计实验，进行改进设计；能使用智能电子硬件实现部分自动化或趣味特效；采用绘画和立体造型艺术，使创意作品具有美感。
　　过程与方法：体验设计和测试、修改的迭代式设计过程；体验使用逻辑思维、发散性思维、聚合性思维方法，结合思维导图分析投石机改进中所需解决的问题；通过小组学习，体验合作与分工的探究方法。
　　情感、态度、价值观：在了解古今中外科技与运用现代科学技术的过程中增进民族自豪感与民族自信；在学习和使用科技的过程中感悟理论联系实际的思想；在合作和分工中学会相互关心，提升责任感，感受团结合作的作用。

学科领域

　　本活动在体验过程中涉及科学、技术、工程、艺术、数学多个学科领域（见表1），相关的知识点有杠杆与力矩、力的合成与分解、各种材料特性、建模计算、机械结构、图像研究法、实验数据处理、误差分析、智能控制、程序设计、平面美术、造型艺术、历史建筑等。而且，随着探究和自主学习的深入，在问题解决和创意物化的过程中可能还会根据学生自身的需要学习更多其他的知识。

活动内容

　　活动分为研究性学习实践活动和区域竞赛与展示交流活动两大门类，均包含数个模块供选用，详见表2。
　　下面，以“活动模块A 自制投石机”进行研究性学习实践活动的介绍。
　　活动模块A 自制投石机

　　创新点
　　基于项目式学习，从问题解决、创意物化入手，设计符合初高中学生最近发展区的循序渐进式的活动。活动设计中突出对问题解决的思维导向性和创意物化在各阶段学习活动中的落实。
　　模块化的活动设计便于活动的复制和推广，开展过程中可根据实际需求选用适合学生和教学条件的相关模块内容，便于活动重组、课程重构。
　　遵循跨学科STEAM理念设计活动，提供涉及物理、数学、机械、电子、美术等多个领域的跨学科知识与技能的学习体验。
　　以投石机为线索，趣味性强、主题明确，融合竞技与创意，学生的发散性思维与聚合性思维在活动中得到有效锻炼。

预期效果

　　试点模块化课程与活动建设……尝试使用模块化的课程建设方法建设课程、开展活动。一方面便于将课程资源进行有效整合，在区域范围内进行模式推广；另一方面也便于各校借鉴课程资源，将各模块加工重组后形成适合自身条件开设的课程和活动，为课程和科技实践活动的开展提供借鉴资料。
　　学生综合素养的提升 活动重点采用创新设计与制作的形式，通过问题解决、创意物化融汇多个学科知识与技能，以培养学生创新思维，提高科学素养、工程素养、人文素养和艺术素养。
　　为跨学科研究性学习形成一定可复制可推广的经验 本活动以投石机为主线和载体，实现多学科、多种学习方式的有效融合。同时，以投石机及其周边的设计和制作为创意发散点，聚焦问题的解决，为学生提供探究平台。
　　该项目获得第34届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科技教育方案类一等奖。
　　专家评语
　　该项目方案以投石机为载体，突出问题解决的思路，从创意物化入手，设计初高中学生的项目式学习活动。采用模块化的活动设计方式，趣味性强，主题明确，特点鲜明，突出体现了多领域、跨学科知识和技能的结合。项目方案体现出较好的完整性和可行性。■