□本报记者 廖钗勤
对于杭州市茅以升实验学校四年级学生吴柏屹来说,3月6日不是一个普通的周五,而是本学期第一节“桥梁小工程师”课开课的日子。在学校专门打造的儿童工程启蒙空间里,吴柏屹和其他20多个学生正全神贯注地用木块搭建塔桥。有的作品初见雏形,有的却在不经意间轰然倒塌……“建桥不是简单的事,为了给河两岸的人带来便利,不断尝试是值得的。”为了搭建起坚固的塔桥,他们不断从头再来。
这样的“桥梁小工程师”课程,在该校已持续开展10余年。作为一所以著名科学家名字命名的学校,如何让抽象的工程思维在学生心中落地生根?校长周建芬给出了答案:“工程思维并非工程师的专属,而是一种兼具系统性与创造性的思维方式。我们的使命,就是让这种思维看得见、摸得着、能体验。”
解码桥梁的工程之美
四年级学生汤昭扬从小喜欢拼搭积木,听说“桥梁小工程师”课程开课了,第一时间就报了名。这门面向三至六年级的课程,根据学生认知与技能水平设置了梯度分明的任务:中年级学生尝试用人体搭拱桥、制作吸管桥和纸雕桥,高年级学生则挑战用木块、木片搭建廊桥和承重桥。“让学生在模仿和构建中理解桥梁的工程结构。”周建芬这样概括课程设计的初衷。
在五年级的活动教室里,学生俞霏洋正和一堆雪糕棒较劲。他的任务是不用任何黏合剂,仅凭木棍搭建一座廊桥。在学习了泰顺廊桥的拱架构造原理后,俞霏洋尝试自己动手“复刻”,但雪糕棒总是不听使唤,刚放上这根,那根就滑落下来。拱架一次次地坍塌,微妙的重力平衡考验着他的耐心和手眼协调能力。在反复试错中,俞霏洋发现,廊桥拱架不用一钉一铆的奥秘在于对摩擦力的巧妙利用:构件之间相互挤压会产生静摩擦力,木棍咬合得越紧,摩擦力越大,结构就越稳固。
除了鼓励学生动手实践,学校还注重挖掘桥梁的文化意义和价值。校本课程读本《桥梁小工程师活动体验》在序言中引用了德国哲学家海德格尔的话:“它使河流、河岸和陆地进入相互的近邻关系之中。”该读本不仅设计了“了解杭州西湖的桥文化历史”等任务,还开设了《桥梁欣赏》栏目,讲述红桥修禊、绍兴古桥修复等故事,引导学生欣赏《清明上河图》中的木拱廊桥。
这些鲜活的案例使汤昭扬感到:“桥的动人之处不在于它本身,而在于桥上走过的人。”自参加“桥梁小工程师”课程以来,他开始关注世界各地的桥,不仅看工程结构,更留意其背后的信息。“不同的桥,背后是不同的自然环境和人群需求。”他说得头头是道,只有因地制宜地选择材料和建筑方式,桥才能真正发挥价值。
在生活情境中锻炼工程思维
在周建芬看来,桥的价值与学校所着力培养的工程思维有着相同的本质。桥的诞生,并非理所当然,而是因为“有人看到了他人的需求,决定运用自己的技能做点什么”,而这就是工程思维的起点。
基于这一理念,学校将每年11月设为“科技月”,鼓励学生参与跨学科的项目化探索,感受从发现问题到调研分析、从构思方案到制作模型、从测试验证到迭代改进的工程创造全过程。
五年级学生阴悦淇和王芮发现生活中的一个小“Bug”:校工们在雨天忙着疏通排水管道,排走雨水,到了晴天又要牵引水管浇灌绿化带,为什么不能在雨天收集雨水,用于晴天灌溉?为此,她们设计了伞形雨水收集系统,还进一步想到将其集成到路灯上。在调研时她们发现,学校的路灯需人工开关,于是又增加了光敏传感器,让路灯在天光变暗时自动点亮。
她们的同学冯徐峰,则在家中的厨房里发现了科创契机。他发现家人做饭时,常因无人看管汤锅而带来安全隐患,便设计了一个防溢锅报警装置。在冯徐峰的构想中,用木夹将警报器固定在锅的安全水位线上,一旦汤汁沸腾超过警戒线,就能触发由蜂鸣器和LED灯组成的声光警报。然而在实际应用中,又有新的问题出现:警报器没有做防水隔离,汤汁溢出后可能污染电路和电池。“我们的装置正在调试改进。”冯徐峰信心满满地说道。
为了让学生在更复杂的社会情境中锻炼工程思维,2022年,学校启动了“设计未来社区”项目化学习。学生们与学校周边景昙、景新等社区的工作人员面对面交流,提出对未来社区的畅想:建立社区慢行系统实现人车分流,打造兼具宋韵与科技感的社区图书馆,利用太阳能改善社区照明,创造低碳绿色社区……学生们的奇思妙想让社区工作人员倍感惊喜。
赓续先贤的科学家精神
和吴柏屹一样,该校许多学生都对桥怀有特殊感情,这不仅因为他们身处江南水乡,记忆中总有那么一座具有情感分量的桥,还因为校名中镌刻着的那个大人物——茅以升。学校的工程教育,始终围绕着这位桥梁工程师的传奇故事展开。
一年级的入学仪式上,汤昭扬第一次听到茅以升与钱塘江大桥的故事。从那以后,他心目中最美的桥不再是西湖断桥,而是钱塘江大桥。钱塘江素以水文条件复杂、潮汐汹涌闻名,修建大桥困难重重。在了解到这一点后,汤昭扬不禁感叹:“在80多年前自行设计、建成这座铁路公路两用桥,真的很不容易。”更让他珍视的是,这座桥在抗战初期为物资运输和人员疏散发挥了举足轻重的作用。
在三年级的成长礼活动中,汤昭扬和同学们走进钱塘江大桥陈列馆,重温“建桥序曲”“攻克难关”“历经沧桑”的历史画卷。当看到这座80多岁的桥梁如今仍在使用,他们真切地感受到,茅以升以工程作品的形式,实现了不朽。
学校还建有茅以升事迹展览馆。馆内陈列着茅以升生前用过的笔、手稿和书信。“还有他视察钱塘江大桥时穿的那件大衣!”汤昭扬激动地说道。展览馆的讲解工作由学生承担,茅以升设计大桥时的攻坚克难、抗战时为阻敌而毅然炸桥的艰难抉择,是每个学生都能复述的故事。
茅以升晚年回顾自己的人生道路时,曾总结道:“崎岖多于平坦,忽深谷,忽洪涛,幸赖桥梁以渡。桥何名欤?曰奋斗。”阴悦淇对此津津乐道。她告诉记者,当面临围棋升段连续4次失败时,是茅以升面对“深谷”与“洪涛”时不言弃的奋斗精神激励了自己鼓起勇气再度挑战,最终如愿以偿。因而,虽然与茅以升从未谋面,但阴悦淇在心底里把他看作一位亲切熟悉的前辈。
最近,随着3月14日国际数学日的临近,学校迎来了一年一度的“π节”。师生们以一场别开生面的数学盛宴,纪念中国桥梁事业的奠基人茅以升。这位桥梁工程师,一生对圆周率情有独钟,学生时代便能背诵小数点后100余位,更曾撰写《中国圆周率略史》,将工程报国之志与数学求索之心融为一体。吃红豆派、背π值、π主题诗词飞花令……在充满趣味的纪念活动中,“小小工程师”们以独特的方式致敬先贤,也在心中种下科学与人文交织的种子。