PBL项目系列报道 | 体验工程师的“数学眼”，解码古今建筑的科学之美!
省实AP开展的PBL活动，持续助力学生突破传统课堂的束缚，开启通往知识新维度的大门。其中，由Lorelei、Josh等数学组老师策划的跨学科实践之旅“数筑万象——建筑中的数学世界”，独具匠心地将数学、建筑、美学与城市探索有机融合，引领学生在实践中探寻知识的奥秘。在研学过程中，学生们踏上Citywalk实地考察之路，深入广州的现代地标建筑与西关传统建筑，挖掘那些潜藏在砖瓦与钢筋结构里的数学密码。随后，他们以小组合作的形式，设计并制作融合广府文化与现代风格的建筑模型或图案，并通过学术汇报，揭示数学如何塑造我们的生活空间。从扎哈·哈迪德笔下充满“流体几何”韵味的建筑，到西关大屋蕴含“榫卯黄金比例”的精妙结构，数学并非是冰冷的公式，它更像是建筑师手中的隐形画笔。本课程带领学生以全新的视角，重新认识城市与数学之间的浪漫关联!
重温探索之旅
在正式踏上探索之旅前，导学环节已为学生们做好了充分准备。大家首先熟悉了涵盖花城广场、荔湾西关等特色区域的Citywalk路线规划，这些地点将成为他们探寻建筑与数学奥秘的核心场所。同时，学生们系统预习了建筑中蕴含的关键数学概念，如几何、黄金分割、结构力学与对称性，为实地考察储备了必要的理论知识。完成分组后，学生们满怀期待地开启了建筑探索之旅。
在现代建筑里寻“数学线索”第一站
步入花城广场，扎哈·哈迪德设计的广州大剧院以其独特的“流体几何”造型瞬间让人眼前一亮，其流畅、无直角的曲面颠覆了传统建筑的方正印象。老师深入剖析道：“这精妙形态背后，藏着现代科学与工程技术的精妙协作。”非欧几何在此展现了强大的生命力——不同于在课本中常见的欧几里得几何(以直角、直线、平面为基础)，非欧几何打破了 “平行线永不相交” 等经典假设，为设计师提供了塑造复杂曲面的数学工具，实现那些看似 “不合常理” 却极具张力的弧形与扭转，让每一处曲面都精准而和谐。而流体力学的应用，则让这份 “流动” 不仅停留在视觉层面，更符合自然规律。设计师通过模拟流体在空间中的运动状态，优化了建筑的曲面形态，使其既能减少风阻、提升稳定性，又能让整体造型更贴近自然流动的韵律。
伫立在珠江之畔的广州塔，为中国第一高塔之位，以那抹标志性的“小蛮腰”双曲面钢结构，成为广州的城市名片。其简洁的造型、统一的线条、加上金属感的建筑材料，堪称典型的现代主义建筑。而双曲面(由两组不同方向的抛物线交叉旋转形成)本身就是一种极具力学智慧的结构。它能将垂直方向的重力、水平方向的风力等荷载，通过曲面的连续性均匀分散到整个钢结构网格中。相比传统的直线型塔身，这种设计能在减少材料用量的同时，提升结构的抗变形能力 —— 这也是“小蛮腰”能在“纤细”中保持 “挺拔”的核心原因。
在广州珠江新城的天际线上，东塔(周大福金融中心)与西塔(广州国际金融中心)如双子星般矗立，它们不仅是城市的金融引擎，更是现代化建筑理念的鲜活注脚。西塔以440.75米的高度曾是广州第一高楼，它的标志性设计是外立面那组交织的 “斜交网格”。东塔以530米的高度超越西塔，它选择了另一种更“硬朗”的结构——巨型框架体系。东西塔的不同的力学设计，让学生们明白数学在应对高空建筑挑战时的重要作用。当学生们举起相机，他们捕捉的不只是建筑细节，更是对称、比例、几何、曲线方程等数学元素在现实世界的 “具象化表达”。
广州图书馆以一种“反常规”的姿态闯入师生们的视线——它不像传统建筑那样追求对称的和谐或规整的轮廓，而是由几组形态各异的不规则体块相互咬合、堆叠，仿佛被 “打散”后又以全新逻辑重组的积木。建筑外部，密密麻麻的钢结构线条如织网般包裹着体块，它们或横或斜、或密或疏，拒绝遵循单一的排列规律，却在看似 “混乱” 中形成了独特的视觉张力。这座建筑，正是后现代主义建筑浪潮中极具代表性的解构主义风格的鲜活样本。对于学生而言，这座建筑更像一本 “可触摸的哲学书”：它用直观的形态展示了“解构”的思维——如何从熟悉的事物中发现隐藏的矛盾，如何通过打破常规创造新的可能。
岭南骑楼，最早可以追溯到约2500年前的希腊“帕特农神庙”，是市井烟火与建筑智慧的共生体。其为以“下商上居”的格局，一楼商铺连缀成市，二楼民居俯瞰街景。而骑楼建筑的柱廊则藏着古人对“实用与美学”的平衡术，不仅以曲状的悬链线巧妙地分散了建筑压力，还实现了遮阳避雨的功能，体现了结构优化的数学智慧。
同学们还专程参观了荔湾博物馆。该场馆通过家居摆设、情景陈列局部再现传统西关大屋的典型模式及西关住家的生活情态和文化景观。在这里，同学们得以深入探寻西关厚重的历史文化积淀，了解荔湾独特的民俗风情。
Citywalk行程结束后，学生们对建筑中的数学应用有了更深入的理解，有的小组被岭南派建筑的独特风格吸引，深入研究其历史背景与数学的关联;有的小组则对解构主义情有独钟，探寻这种风格在数学运用上的特点。大家各抒己见，碰撞出创意的火花，设计方案在一次次讨论中逐渐完善。最终，各自独特建筑作品新鲜出炉：有的小组以满洲窗和流线型结构为灵感，将分形几何原理融入模型设计;有的小组则从骑楼和广州塔中获取创意，用黄金比例展现传统与现代的融合之美。老师们既肯定了学生们的创意与努力，也指出了可以进一步完善的地方，让大家受益匪浅。
在“数筑万象”PBL课程之旅中，学生们穿行于广州的街巷，真切感受数学与建筑的深厚联结。他们在协作中凝聚团队力量，在设计中迸发创意光芒，也因此深化了对建筑与数学的理解——数学是建筑的灵魂，赋予其美感与稳固;也认识到传统与现代建筑虽风格迥异，却共享着数学应用的智慧结晶。以数学之眼观察生活，借实践之手体悟真知。相信在此次PBL实践中收获的知识与能力，将伴随学生们成长，让他们在探索未知世界的道路上，走得更加坚定与从容。
