数字技术支持下的跨学科项目式学习

数字技术支持下的跨学科项目式学习《义务教育课程方案（2022年版）》明确指出，要积极开展主题化、项目式学习等综合性教学活动，促进学生举一反三、融会贯通，加强知识间的内在关联，促进知识结构化，并且规定"原则上，各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习”。自义务教育课程方案颁布以来，各学科积极尝试开展项目式学习，取得了众多实践成果。但项目式学习在实践中存在教学流程不明、学习支架供给设计不适切、缺乏过程性评价等问题。数字技术可以通过提供丰富的学习资源、创设逼真的学习情境、促进学习过程的交流与协作等优势，解决项目式学习实施时遇到的困难。笔者设计出跨学科项目式学习的设计模型（如图1）并以"桌面智能清洁机设计与制作”项目为例，探讨如何利用数字技术全程赋能项目式学习，让学生在解决实际问题的过程中学习信息科技、物理等学科知识，同时核心素养得到培育。图1跨学科项目式学习的设计模型一、项目提出与学情分析传统信息技术课程往往侧重于技术在学习任务中的应用，而较少涉及跨学科知识的整合。同样，在物理学习中，学生通常借助传统实验来探究诸如速度、力、能量和电路等概念，而非通过创造性地制作物品来实现学习目标。因此，在信息时代，我们应当积极探索信息科技与物理学科知识之间的交会点，并主动利用信息技术手段来促进学科内及跨学科的学习任务。（一）项目提出我们每天的学习几乎离不开书桌，干净整洁的桌面能让师生获得良好的体验。但是，一些公共场所（如图书馆）的桌面总有一些墨水印迹需要清理。在信息时代，我们能否应用所学知识来智能化地清除这些痕迹？基于此，教师提出了一个跨学科项目式学习的课题：设计与制作一款桌面智能清洁机。（二）学情分析通过信息科技课程的学习，学生已经掌握了制作智能机器人的技能，并了解了物联网在现实生活中的应用。然而，学生将这些技术与物理知识结合起来解决实际问题的机会较少。本项目式学习活动被安排在学生学习了速度、力、电流和电路等物理概念之后，此时他们已经通过多次实验测量了小车的行进速度，并掌握了电路实验的基本操作。二、救学活动的设计与实施（一）学习目标基于以上背景，我们以"桌面智能清洁机的设计与制作"作为项目课题开展教学，旨在让学生利用信息技术解决生活中的问题，帮助他们理解"运动和相互作用”的概念、应用物理学科的相关原理。学生通过小组合作学习，在解决问题和完成任务的过程中，建立科学思维，学习信息技术作品设计与制作的方法和流程，培养跨学科思维和创新能力，实现信息科技与物理学科核心素养综合发展。参照《义务教育物理课程标准（2022年版）》和《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，将本项目式学习的目标设定如表1所示。表1"桌面智能清洁机的设计与制作”项目的学习目标及素养培养目标（二）学习内容本跨学科项目式学习活动旨在让学生学习使用"运动和相互作用”的知识来控制智能小车的行进，并融合信息科技学科的知识实现智能小车自动检测和清除桌面污渍的功能.项目试图从人工智能的角度探索自动化劳动的潜力，引导学生运用物理和信息科技的知识解决问题，攻克实际生活中速度测量、机械运动与力的关系等难点（见表2）。这样的学习可以培养学生跨学科知识应用、分析解决问题以及动手操作能力，同时可培养他们积极认真的学习态度和勤于实践、勇于创新的精神。表2"桌面智能清洁机的设计与制作”项目的学科学习内容通过模理，笔者将学习内容分解为驱动性问题和子问题，并设计出问题的解决路径（如图2）。图2"桌面智能清洁机的设计与制作”项目学习内容.驱动性问题：如何设计与制作桌面智能清洁机？.问题解决路径：需求分析一作品设计一作品制作一作品评测.确定子问题：桌面的基本情况是怎样的、如何实现污溃的自动识别和清除、如何制作一款桌面智能清洁机、产品是否符合预期。.子问题解答：每个子问题由学生完成若干个学习子活动逐步解答。（三）教学实施该项目式学习活动需要物理教师与信息科技教师协作完成。首先，两位教师共同商定学习目标。然后，在课堂教学过程中，物理教师担任"项目主管"，负责推动项目式学习活动的进展；信息科技教师作为"项目支持专家"，为学生提供信息科技制作方面的专业支持。最后，两位教师共同参与对学生作品的评价。教学实施流程如图3所示。在整个过程中，教师的活动作为主导，学生的活动作为中心。在数字化学习资源的支持下，学生深入探索信息科技和物理学科的核心素养，掌握必备知识和技能，塑造积极的价值观。图3"桌面智能清洁机的设计与制作’项目教学实施流程.创设情境，明确主题通过展示图片和视频，教师向学生介绍生活中各式智能清洁工具，并引导他们细致观察这些工具在不同场景中的应用，如刹车、清扫和转弯等功能。同时，教师讲解现代自动清洁工具中涉及的信息科技元素，包括机械臂、机器视觉等技术，激发学生对智能清洁工具工作原理的思考。随后，教师提出"桌面智能清洁机的设计与制作”的任务。通过观察和分析自动清洁工具的图片和视频，学生深入了解这些工具的应用范围和基本功能同时回忆物理学中的运动、摩擦力、能量、物质等知识。接着，学生把"桌面智能清洁机的设计与制作"这一任务细分为多个子任务.【设计意图】该环节旨在开阔学生的视野，引发学生思考与探究的意愿，鼓励学生尝试利用科学思维与计算思维解决问题，明确学习目标。.异质分组,设计方案在学生自愿分组的基础上，教师根据异质分组原则指导他们分成若干个4~6人的小组。教师引导学生设计方案，要求他们使用图表清晰地展示设计思路，并重点阐述智能感应和智能停泊功能的实现方法。学生团队合作，完成设计任务。他们对桌面进行测量和建模，确定最终的设计方案。设计方案包括物理建模、程序设计、结构设计、展示交流方案等多个方面。【设计意图】教师通过分解任务驱动学生主动学习，旨在培养学生的思维能力和优秀品质，同时提升他们的设计能力、信息科技应用能力和团队合作能力..探究制作，形成作品教师指导各小组通过学习管理信息平台选择适合桌面智能清洁机的智能硬件设备，并提供丰富的数字化资源来帮助学生理解主控板、传感器、舵机等硬件的原理和使用方法。教师引导学生分析程序设计的逻辑顺序，并教授他们如何使用流程图来展示编程思路和构建桌面智能清洁机的结构。在作品完成后，教师引导学生收集与整理资料和工具。学生通过团队合作，经历硬件搭建（包括硬件选型、端口分配、通信调试）、程序设计、系统调试、结构制作与装饰（如3D打印结构、激光切割板块、拼接）等步骤，完成作品制作。完成后，他们将工具分类放置到指定位置，清理不再使用的模块和配件，并进行资料收集整理。【设计意图】通过制作桌面智能清洁机，学生能够深入理解物理知识在现实生活中的应用，例如测量速度、物体运动方向控制、摩擦力计算、材料选择和电路连接等，从而形成科学的物理观念，培养科学思维和探究精神。此外，通过亲身体验信息技术产品的软硬件选择、制作、调试和迭代过程，学生将领会极简思维和创新思维的重要性，培养计算思维、数字化学习和创新能力，并树立技术自主可控的意识。资料收集整理环节有助于学生养成安全规范操作的习惯。.展示评价，归纳整理学生以小组为单位展示作品。每个小组指派一名代表介绍方案,其他成员协助演示。各小组相互测试和评价对方的作品。展示和评价结束后，学生需将数字化资源归纳整理，并将所有工具和配件按要求归置到指定位置，同时负责卫生清洁工作。教师提出评价标准，并借助学习管理信息平台分析项目的完成情况，总结学生的学习进展，评选优秀作品。同时，教师引导学生收集、整理并上传所有相关资料。【设计意图】这一过程在培养学生沟通表达能力的同时，引导他们学会欣赏他人的劳动成果，并帮助他们养成良好的劳动习惯和品质。三、教学活动的总结与思考关于学习效果的学生访谈和调查问卷反馈显示，86%的学生很喜欢本次学习活动，73%的学生认为这是一次成功的学习活动，75%的学生认为学科知识的学习得到了促进，80%的学生认为收获很大.可见，跨学科项目式学习能够有效激发学生的学习兴趣。基于多年的教学经验，笔者认为要在数字技术的支持下成功实施跨学科项目式学习，需要关注以下五个方面的工作。（-）拟定明确的跨学科学习活动目标跨学科项目式学习活动应兼顾学科内部和跨学科的学习要求，突出各学科的核心概念和原理，并强调在问题探究过程中更系统、更深入地学习和应用学科知识。同时，这些活动应旨在培养学生的合作能力、社会情感技能以及创造性解决问题的能力。在本案例中，信息科技、物理等学科的教师共同研习课程标准的内容要求，并制订了明确的跨学科学习目标，确保教学活动有针对性和目的性。（二）选择学习管理信息平台进行全过程数据记录与管理在项目开始时，教师应选择一个合适的学习管理信息平台。在整个跨学科项目式学习过程中，教师应利用该平台提供的过程管理工具和在线协作工具来制订学习计划、分配学习任务，并实时记录学习数据（见表3）.目前，建立学习管理信息平台有三种方式：一是使用市场上现有的开源项目管理平台；二是利用教育主管部门提供的平台；三是根据自身需求自主开发平台.表3数字技术赋能跨学科项目式学习活动的解决方案学生完成学习后，教师利用学习管理信息平台量化评估学生的项目成果，并提供即时反馈与指导以帮助学生持续提高学习成效。（三）充分发挥学生的自主学习能力在数字技术的支持下，跨学科项目式学习打破了传统的"教师讲授一学生接受"的教学模式，转而采用"问题解决一核心素养培养"的教学路径.在项目式学习活动中，学生运用物理和信息科技的知识技能，自主选择软硬件资源，分析问题，设计解决方案，并将设计方案转化为现实生活中的产品。在整个过程中，教师扮演的是引导者、协助者和资源提供者的角色，而学生则成为知识的探索者、整理者和构建者，掌握学习的主动权，自主调控学习进程。（四）统整融合多学科姿源在本项目中物理教师和信息科技教师共同参与到教学过程中。通过跨学科的协作和交流，发挥不同学科的优势，教师可以设计出更为全面、系统的教学框架，提高学生解决问题的能力。同时，多学科资源的融合也能为学生提供更为丰富的学习体验，激发他们的创新思维。另外，在理解其他学科核心素养培养需求的基础上，信息科技教师可以发挥自身技术方面的优势，构建适合本校需求的学习管理信息平台，为开展具有校本特色的跨学科项目式学习赋能.（五）做好作品汇报交流与评价在进行包含信息科技学科内容的跨学科项目教学时，教师应特别重视学生的作品展示、交流与评价环节，强调学习成果的导向，力求实现“创意物化"。在本活动中，学生共提交了25件作品。教师组织了学生自评和互评，并评选出一件最佳作品（如图4）,这个作品制作团队利用计算机仿真模拟清洁环境，通过精准的速度、刹车、摩擦力计算，实现最高的清扫效率，并保证最佳的稳定性。教师及时地反馈与点评学生的学习结果，对学习活动进行总结性评价，激发了学生的学习积极性，收到很好的教学效果。图4"桌面智能清洁机的设计与制作"项目最佳作品四、结语"桌面智能清洁机的设计与制作”这一跨学科项目式学习活动紧贴真实的学习情境，通过确立跨学科主题，融合了信息科技和物理学科的知识、方法和思维模式。