數(shù)字技術(shù)支持下的跨學科項目式學習

數(shù)字技術(shù)支持下的跨學科項目式學習《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》明確指出，要積極開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動，促進學生舉一反三、融會貫通，加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進知識結(jié)構(gòu)化，并且規(guī)定"原則上，各門課程用不少于10%的課時設(shè)計跨學科主題學習”。自義務(wù)教育課程方案頒布以來，各學科積極嘗試開展項目式學習，取得了眾多實踐成果。但項目式學習在實踐中存在教學流程不明、學習支架供給設(shè)計不適切、缺乏過程性評價等問題。數(shù)字技術(shù)可以通過提供豐富的學習資源、創(chuàng)設(shè)逼真的學習情境、促進學習過程的交流與協(xié)作等優(yōu)勢，解決項目式學習實施時遇到的困難。筆者設(shè)計出跨學科項目式學習的設(shè)計模型（如圖1）并以"桌面智能清潔機設(shè)計與制作”項目為例，探討如何利用數(shù)字技術(shù)全程賦能項目式學習，讓學生在解決實際問題的過程中學習信息科技、物理等學科知識，同時核心素養(yǎng)得到培育。圖1跨學科項目式學習的設(shè)計模型一、項目提出與學情分析傳統(tǒng)信息技術(shù)課程往往側(cè)重于技術(shù)在學習任務(wù)中的應(yīng)用，而較少涉及跨學科知識的整合。同樣，在物理學習中，學生通常借助傳統(tǒng)實驗來探究諸如速度、力、能量和電路等概念，而非通過創(chuàng)造性地制作物品來實現(xiàn)學習目標。因此，在信息時代，我們應(yīng)當積極探索信息科技與物理學科知識之間的交會點，并主動利用信息技術(shù)手段來促進學科內(nèi)及跨學科的學習任務(wù)。（一）項目提出我們每天的學習幾乎離不開書桌，干凈整潔的桌面能讓師生獲得良好的體驗。但是，一些公共場所（如圖書館）的桌面總有一些墨水印跡需要清理。在信息時代，我們能否應(yīng)用所學知識來智能化地清除這些痕跡？基于此，教師提出了一個跨學科項目式學習的課題：設(shè)計與制作一款桌面智能清潔機。（二）學情分析通過信息科技課程的學習，學生已經(jīng)掌握了制作智能機器人的技能，并了解了物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。然而，學生將這些技術(shù)與物理知識結(jié)合起來解決實際問題的機會較少。本項目式學習活動被安排在學生學習了速度、力、電流和電路等物理概念之后，此時他們已經(jīng)通過多次實驗測量了小車的行進速度，并掌握了電路實驗的基本操作。二、救學活動的設(shè)計與實施（一）學習目標基于以上背景，我們以"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作"作為項目課題開展教學，旨在讓學生利用信息技術(shù)解決生活中的問題，幫助他們理解"運動和相互作用”的概念、應(yīng)用物理學科的相關(guān)原理。學生通過小組合作學習，在解決問題和完成任務(wù)的過程中，建立科學思維，學習信息技術(shù)作品設(shè)計與制作的方法和流程，培養(yǎng)跨學科思維和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)信息科技與物理學科核心素養(yǎng)綜合發(fā)展。參照《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》和《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》，將本項目式學習的目標設(shè)定如表1所示。表1"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作”項目的學習目標及素養(yǎng)培養(yǎng)目標（二）學習內(nèi)容本跨學科項目式學習活動旨在讓學生學習使用"運動和相互作用”的知識來控制智能小車的行進，并融合信息科技學科的知識實現(xiàn)智能小車自動檢測和清除桌面污漬的功能.項目試圖從人工智能的角度探索自動化勞動的潛力，引導學生運用物理和信息科技的知識解決問題，攻克實際生活中速度測量、機械運動與力的關(guān)系等難點（見表2）。這樣的學習可以培養(yǎng)學生跨學科知識應(yīng)用、分析解決問題以及動手操作能力，同時可培養(yǎng)他們積極認真的學習態(tài)度和勤于實踐、勇于創(chuàng)新的精神。表2"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作”項目的學科學習內(nèi)容通過模理，筆者將學習內(nèi)容分解為驅(qū)動性問題和子問題，并設(shè)計出問題的解決路徑（如圖2）。圖2"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作”項目學習內(nèi)容.驅(qū)動性問題：如何設(shè)計與制作桌面智能清潔機？.問題解決路徑：需求分析一作品設(shè)計一作品制作一作品評測.確定子問題：桌面的基本情況是怎樣的、如何實現(xiàn)污潰的自動識別和清除、如何制作一款桌面智能清潔機、產(chǎn)品是否符合預(yù)期。.子問題解答：每個子問題由學生完成若干個學習子活動逐步解答。（三）教學實施該項目式學習活動需要物理教師與信息科技教師協(xié)作完成。首先，兩位教師共同商定學習目標。然后，在課堂教學過程中，物理教師擔任"項目主管"，負責推動項目式學習活動的進展；信息科技教師作為"項目支持專家"，為學生提供信息科技制作方面的專業(yè)支持。最后，兩位教師共同參與對學生作品的評價。教學實施流程如圖3所示。在整個過程中，教師的活動作為主導，學生的活動作為中心。在數(shù)字化學習資源的支持下，學生深入探索信息科技和物理學科的核心素養(yǎng)，掌握必備知識和技能，塑造積極的價值觀。圖3"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作’項目教學實施流程.創(chuàng)設(shè)情境，明確主題通過展示圖片和視頻，教師向?qū)W生介紹生活中各式智能清潔工具，并引導他們細致觀察這些工具在不同場景中的應(yīng)用，如剎車、清掃和轉(zhuǎn)彎等功能。同時，教師講解現(xiàn)代自動清潔工具中涉及的信息科技元素，包括機械臂、機器視覺等技術(shù)，激發(fā)學生對智能清潔工具工作原理的思考。隨后，教師提出"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作”的任務(wù)。通過觀察和分析自動清潔工具的圖片和視頻，學生深入了解這些工具的應(yīng)用范圍和基本功能同時回憶物理學中的運動、摩擦力、能量、物質(zhì)等知識。接著，學生把"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作"這一任務(wù)細分為多個子任務(wù).【設(shè)計意圖】該環(huán)節(jié)旨在開闊學生的視野，引發(fā)學生思考與探究的意愿，鼓勵學生嘗試利用科學思維與計算思維解決問題，明確學習目標。.異質(zhì)分組,設(shè)計方案在學生自愿分組的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)異質(zhì)分組原則指導他們分成若干個4~6人的小組。教師引導學生設(shè)計方案，要求他們使用圖表清晰地展示設(shè)計思路，并重點闡述智能感應(yīng)和智能停泊功能的實現(xiàn)方法。學生團隊合作，完成設(shè)計任務(wù)。他們對桌面進行測量和建模，確定最終的設(shè)計方案。設(shè)計方案包括物理建模、程序設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、展示交流方案等多個方面?！驹O(shè)計意圖】教師通過分解任務(wù)驅(qū)動學生主動學習，旨在培養(yǎng)學生的思維能力和優(yōu)秀品質(zhì)，同時提升他們的設(shè)計能力、信息科技應(yīng)用能力和團隊合作能力..探究制作，形成作品教師指導各小組通過學習管理信息平臺選擇適合桌面智能清潔機的智能硬件設(shè)備，并提供豐富的數(shù)字化資源來幫助學生理解主控板、傳感器、舵機等硬件的原理和使用方法。教師引導學生分析程序設(shè)計的邏輯順序，并教授他們?nèi)绾问褂昧鞒虉D來展示編程思路和構(gòu)建桌面智能清潔機的結(jié)構(gòu)。在作品完成后，教師引導學生收集與整理資料和工具。學生通過團隊合作，經(jīng)歷硬件搭建（包括硬件選型、端口分配、通信調(diào)試）、程序設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、結(jié)構(gòu)制作與裝飾（如3D打印結(jié)構(gòu)、激光切割板塊、拼接）等步驟，完成作品制作。完成后，他們將工具分類放置到指定位置，清理不再使用的模塊和配件，并進行資料收集整理。【設(shè)計意圖】通過制作桌面智能清潔機，學生能夠深入理解物理知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，例如測量速度、物體運動方向控制、摩擦力計算、材料選擇和電路連接等，從而形成科學的物理觀念，培養(yǎng)科學思維和探究精神。此外，通過親身體驗信息技術(shù)產(chǎn)品的軟硬件選擇、制作、調(diào)試和迭代過程，學生將領(lǐng)會極簡思維和創(chuàng)新思維的重要性，培養(yǎng)計算思維、數(shù)字化學習和創(chuàng)新能力，并樹立技術(shù)自主可控的意識。資料收集整理環(huán)節(jié)有助于學生養(yǎng)成安全規(guī)范操作的習慣。.展示評價，歸納整理學生以小組為單位展示作品。每個小組指派一名代表介紹方案,其他成員協(xié)助演示。各小組相互測試和評價對方的作品。展示和評價結(jié)束后，學生需將數(shù)字化資源歸納整理，并將所有工具和配件按要求歸置到指定位置，同時負責衛(wèi)生清潔工作。教師提出評價標準，并借助學習管理信息平臺分析項目的完成情況，總結(jié)學生的學習進展，評選優(yōu)秀作品。同時，教師引導學生收集、整理并上傳所有相關(guān)資料。【設(shè)計意圖】這一過程在培養(yǎng)學生溝通表達能力的同時，引導他們學會欣賞他人的勞動成果，并幫助他們養(yǎng)成良好的勞動習慣和品質(zhì)。三、教學活動的總結(jié)與思考關(guān)于學習效果的學生訪談和調(diào)查問卷反饋顯示，86%的學生很喜歡本次學習活動，73%的學生認為這是一次成功的學習活動，75%的學生認為學科知識的學習得到了促進，80%的學生認為收獲很大.可見，跨學科項目式學習能夠有效激發(fā)學生的學習興趣?；诙嗄甑慕虒W經(jīng)驗，筆者認為要在數(shù)字技術(shù)的支持下成功實施跨學科項目式學習，需要關(guān)注以下五個方面的工作。（-）擬定明確的跨學科學習活動目標跨學科項目式學習活動應(yīng)兼顧學科內(nèi)部和跨學科的學習要求，突出各學科的核心概念和原理，并強調(diào)在問題探究過程中更系統(tǒng)、更深入地學習和應(yīng)用學科知識。同時，這些活動應(yīng)旨在培養(yǎng)學生的合作能力、社會情感技能以及創(chuàng)造性解決問題的能力。在本案例中，信息科技、物理等學科的教師共同研習課程標準的內(nèi)容要求，并制訂了明確的跨學科學習目標，確保教學活動有針對性和目的性。（二）選擇學習管理信息平臺進行全過程數(shù)據(jù)記錄與管理在項目開始時，教師應(yīng)選擇一個合適的學習管理信息平臺。在整個跨學科項目式學習過程中，教師應(yīng)利用該平臺提供的過程管理工具和在線協(xié)作工具來制訂學習計劃、分配學習任務(wù)，并實時記錄學習數(shù)據(jù)（見表3）.目前，建立學習管理信息平臺有三種方式：一是使用市場上現(xiàn)有的開源項目管理平臺；二是利用教育主管部門提供的平臺；三是根據(jù)自身需求自主開發(fā)平臺.表3數(shù)字技術(shù)賦能跨學科項目式學習活動的解決方案學生完成學習后，教師利用學習管理信息平臺量化評估學生的項目成果，并提供即時反饋與指導以幫助學生持續(xù)提高學習成效。（三）充分發(fā)揮學生的自主學習能力在數(shù)字技術(shù)的支持下，跨學科項目式學習打破了傳統(tǒng)的"教師講授一學生接受"的教學模式，轉(zhuǎn)而采用"問題解決一核心素養(yǎng)培養(yǎng)"的教學路徑.在項目式學習活動中，學生運用物理和信息科技的知識技能，自主選擇軟硬件資源，分析問題，設(shè)計解決方案，并將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生活中的產(chǎn)品。在整個過程中，教師扮演的是引導者、協(xié)助者和資源提供者的角色，而學生則成為知識的探索者、整理者和構(gòu)建者，掌握學習的主動權(quán)，自主調(diào)控學習進程。（四）統(tǒng)整融合多學科姿源在本項目中物理教師和信息科技教師共同參與到教學過程中。通過跨學科的協(xié)作和交流，發(fā)揮不同學科的優(yōu)勢，教師可以設(shè)計出更為全面、系統(tǒng)的教學框架，提高學生解決問題的能力。同時，多學科資源的融合也能為學生提供更為豐富的學習體驗，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。另外，在理解其他學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上，信息科技教師可以發(fā)揮自身技術(shù)方面的優(yōu)勢，構(gòu)建適合本校需求的學習管理信息平臺，為開展具有校本特色的跨學科項目式學習賦能.（五）做好作品匯報交流與評價在進行包含信息科技學科內(nèi)容的跨學科項目教學時，教師應(yīng)特別重視學生的作品展示、交流與評價環(huán)節(jié)，強調(diào)學習成果的導向，力求實現(xiàn)“創(chuàng)意物化"。在本活動中，學生共提交了25件作品。教師組織了學生自評和互評，并評選出一件最佳作品（如圖4）,這個作品制作團隊利用計算機仿真模擬清潔環(huán)境，通過精準的速度、剎車、摩擦力計算，實現(xiàn)最高的清掃效率，并保證最佳的穩(wěn)定性。教師及時地反饋與點評學生的學習結(jié)果，對學習活動進行總結(jié)性評價，激發(fā)了學生的學習積極性，收到很好的教學效果。圖4"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作"項目最佳作品四、結(jié)語"桌面智能清潔機的設(shè)計與制作”這一跨學科項目式學習活動緊貼真實的學習情境，通過確立跨學科主題，融合了信息科技和物理學科的知識、方法和思維模式。