陳林晨 福建師范大學(xué)平潭附屬中學(xué)

2022年4月頒布的《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出設(shè)立跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，帶動課程綜合化實(shí)施，強(qiáng)化實(shí)踐性要求。這說明，新課改的實(shí)質(zhì)是從知識教育轉(zhuǎn)向素養(yǎng)教育，跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)鼓勵學(xué)生靈活整合不同學(xué)科的知識解決實(shí)際問題，幫助學(xué)生加深對學(xué)科知識的理解，有效落實(shí)各學(xué)科核心素養(yǎng)，從而提升綜合素養(yǎng)。

● 核心素養(yǎng)視域下跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施

筆者依據(jù)各學(xué)科新課標(biāo)的核心素養(yǎng)，以研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目為案例制訂了項(xiàng)目實(shí)施指南。

1.項(xiàng)目對象

高一學(xué)生。

2.項(xiàng)目時長

8周。

3.項(xiàng)目目標(biāo)

設(shè)計(jì)并制作集傳感、危險(xiǎn)報(bào)警、測速于一體的共享電單車智能頭盔。

4.項(xiàng)目知識目標(biāo)

①技術(shù)與設(shè)計(jì)：掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過程；②開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)：利用開源硬件設(shè)計(jì)工具及編程語言實(shí)現(xiàn)智能頭盔的功能；③三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意：運(yùn)用三維設(shè)計(jì)中常用的建模方法進(jìn)行頭盔建模；④勻變速直線運(yùn)動的研究：運(yùn)用加速度求瞬時速度。

5.所跨學(xué)科

信息技術(shù)、通用技術(shù)、物理、數(shù)學(xué)、藝術(shù)。

6.跨學(xué)科概念

結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與系統(tǒng)模型、穩(wěn)定與變化。

7.項(xiàng)目階段

階段一：入項(xiàng)與方案設(shè)計(jì)

時長：1周（2課時）。

核心素養(yǎng)：技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。

階段評價(jià)目標(biāo)：①厘清技術(shù)與設(shè)計(jì)的關(guān)系，體驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般過程；②理解設(shè)計(jì)中人機(jī)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，確立“以人為本”的技術(shù)觀；③結(jié)合典型案例的分析與活動，探究實(shí)現(xiàn)合理人機(jī)關(guān)系的途徑與方法，并逐步建立與之關(guān)聯(lián)的技術(shù)意識；④結(jié)合收集的資料，綜合運(yùn)用科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)等學(xué)科知識，設(shè)計(jì)出能解決實(shí)際問題的智能頭盔方案；⑤能夠運(yùn)用相關(guān)知識繪制智能頭盔草圖。

實(shí)施過程：教師基于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)共享電單車使用情況提出項(xiàng)目問題——是否可以針對共享電單車騎行用戶設(shè)計(jì)一款智能頭盔？這款智能頭盔應(yīng)當(dāng)具備哪些功能？用什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)？引導(dǎo)學(xué)生入項(xiàng)，安排學(xué)生分組討論；講授“設(shè)計(jì)的一般過程”以及“草圖繪制”相關(guān)知識。學(xué)生分組討論，收集、整合資料；進(jìn)行方案構(gòu)思，自主選擇呈現(xiàn)軟件，并將方案數(shù)據(jù)可視化，如圖1所示。

圖1

教師支架：①市面上已有的智能頭盔案例視頻資料和智能頭盔專利文獻(xiàn)資料；②頭盔生產(chǎn)流程相關(guān)的視頻資料；③數(shù)據(jù)可視化軟件（思維導(dǎo)圖、問卷星）；④草圖設(shè)計(jì)案例。

階段二：頭盔建模

時長：2周（4課時）。

核心素養(yǎng)：信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任、技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力。

階段評價(jià)目標(biāo)：①了解三維建模的一般流程；②了解三維設(shè)計(jì)中常用的建模方法；③認(rèn)識三視圖及三視圖的投影規(guī)律；④掌握符合建模中的布爾運(yùn)算操作；⑤掌握擠出、車削、放樣等樣條建模工具的使用。

實(shí)施過程：教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)在數(shù)字化信息環(huán)境中的普遍性和廣泛應(yīng)用；講授、演示復(fù)合建模、布爾運(yùn)算操作以及其他常見操作步驟；播放課前準(zhǔn)備好的微課輔助學(xué)生掌握擠出、車削等工具的使用，以實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)突破。學(xué)生結(jié)合教師準(zhǔn)備的微視頻以及課上知識講授，依據(jù)小組的草圖設(shè)計(jì)和方案進(jìn)行智能頭盔的3D建模，如圖2所示。

圖2

教師支架：①3D One社區(qū)頭盔模型文件；②樣條建模工具使用系列微課。

階段三：編程實(shí)現(xiàn)開源硬件功能

時長：3周（6課時）。

核心素養(yǎng)：信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任、技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、物化能力、物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

階段評價(jià)目標(biāo)：①了解基于開源硬件的信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成；②能利用編程語言實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入與處理，運(yùn)行處理后的數(shù)據(jù)驅(qū)動智能頭盔；③了解數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊话惴椒?，并能根?jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇；④能夠借助傳感器實(shí)現(xiàn)智能頭盔測速功能。

實(shí)施過程：教師通過問題情境引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用mind+編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用超聲波傳感器測距、蜂鳴器報(bào)警、MP3音頻播報(bào)等功能。提出核心問題——如何讓頭盔實(shí)現(xiàn)測速功能？學(xué)生利用開源硬件設(shè)計(jì)工具及編程語言實(shí)現(xiàn)智能頭盔的功能，探究用不同方式實(shí)現(xiàn)頭盔的測速功能，科學(xué)探究可行性并能根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

教師支架：①數(shù)學(xué)微積分思想；②多種傳感器實(shí)現(xiàn)測速的可行性分析；③運(yùn)用加速度求瞬時速度公式（如圖3）。

圖3

階段四：檢驗(yàn)與評估

時長：1周（2課時）。

核心素養(yǎng)：科學(xué)思維、科學(xué)探究、工程思維、信息社會責(zé)任、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

階段評價(jià)目標(biāo)：根據(jù)設(shè)計(jì)方案，測試、運(yùn)行作品的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)輸出、調(diào)控執(zhí)行部件等各項(xiàng)功能，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

實(shí)施過程：學(xué)生以小組為單位對頭盔各項(xiàng)功能進(jìn)行測試。

教師支架：指導(dǎo)學(xué)生如何優(yōu)化數(shù)據(jù)的輸入、處理數(shù)據(jù)的輸出。

階段五：成果展示與交流評價(jià)

時長：1周（2課時）。

核心素養(yǎng)：科學(xué)思維、科學(xué)探究、工程思維、信息社會責(zé)任、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

階段評價(jià)目標(biāo)：①踐行開源與知識分享的精神，以小組為單位在班級中演示、分享作品；②能夠清晰說明作品的創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)；③能夠?qū)λ说淖髌愤M(jìn)行客觀評價(jià)并給予改進(jìn)意見。

實(shí)施過程：學(xué)生以小組為單位請代表上臺展示項(xiàng)目成果，其余小組根據(jù)展示情況填寫小組互評評價(jià)量表。教師客觀地對學(xué)生的作品進(jìn)行點(diǎn)評，針對性給予改進(jìn)建議。

教師支架：小組互評評價(jià)量表。

● 跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)“六步走”教學(xué)策略

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，確立項(xiàng)目主題

教師在確立跨學(xué)科項(xiàng)目主題前應(yīng)斟酌項(xiàng)目任務(wù)是否基于真實(shí)的問題情境。真實(shí)的情境有助于教師引領(lǐng)學(xué)生更好地入項(xiàng)，使課堂內(nèi)容有共鳴、有趣味、有意義。

2.聚焦課程標(biāo)準(zhǔn)，凝練項(xiàng)目目標(biāo)

高中跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)不能脫離各學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時需依據(jù)所跨學(xué)科課標(biāo)界定的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)科核心素養(yǎng)，并且落實(shí)到項(xiàng)目的各個階段中。

3.分解項(xiàng)目階段，設(shè)計(jì)驅(qū)動任務(wù)

在確立項(xiàng)目主題和目標(biāo)之后，教師需再系統(tǒng)了解項(xiàng)目相關(guān)知識并基于項(xiàng)目制作的真實(shí)過程梳理項(xiàng)目實(shí)施的流程和細(xì)節(jié)，從而設(shè)計(jì)清晰明確的任務(wù)。

4.搭建多元支架，建構(gòu)知識能力

跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)施周期較長，教師在項(xiàng)目實(shí)施的每個階段應(yīng)當(dāng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施情況給予學(xué)生多元化的學(xué)習(xí)支架，如微課、學(xué)習(xí)任務(wù)單等，以便學(xué)生遇到問題能夠借助多元化學(xué)習(xí)支架自主合作探究，自主建構(gòu)知識體系。教師觀測項(xiàng)目進(jìn)展并適當(dāng)給予指導(dǎo)，及時改進(jìn)方案以促進(jìn)高階思維達(dá)成。

5.深入過程評價(jià)，落實(shí)核心素養(yǎng)

教師在制訂跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)評價(jià)方案時不能僅根據(jù)項(xiàng)目成品進(jìn)行總結(jié)性評價(jià)，還需加強(qiáng)過程性評價(jià)，將素養(yǎng)轉(zhuǎn)化為項(xiàng)目實(shí)施過程中具體的實(shí)踐任務(wù)。例如，在上述案例中,智能頭盔測速功能可通過多種傳感器實(shí)現(xiàn)，但是借助超聲波傳感器進(jìn)行測速在實(shí)際情況中只能得到固定參照物兩米以內(nèi)的測速數(shù)據(jù)，并不符合實(shí)際情況，學(xué)生能否在不同的問題情境中靈活轉(zhuǎn)換思維調(diào)整策略是教師在評價(jià)中需著重關(guān)注的部分，該階段促進(jìn)學(xué)生開展科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)。

6.復(fù)盤項(xiàng)目實(shí)踐，優(yōu)化課程教學(xué)

跨學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在實(shí)施過程中總伴隨著偶發(fā)性，教師在進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)時無法預(yù)設(shè)并規(guī)避所有問題。學(xué)生在解決問題的過程中或者在完善項(xiàng)目作品的過程中可能會涉獵新的學(xué)科知識，從而延伸出新的學(xué)科分支，在項(xiàng)目結(jié)束時教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目復(fù)盤，從“有效失敗”中總結(jié)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，如為什么用超聲波傳感器測速誤差較大、加速度傳感器測速的誤差如何調(diào)整等。此外，教師自身要從學(xué)生的創(chuàng)新性思維中吸取養(yǎng)分，進(jìn)行反思與總結(jié)，以培養(yǎng)跨學(xué)科融合教學(xué)能力。

● 結(jié)束語

筆者認(rèn)為，以研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目為抓手，制訂項(xiàng)目實(shí)施指南，輔之以相應(yīng)的“六步走”教學(xué)策略并且在項(xiàng)目結(jié)束之后進(jìn)行有效復(fù)盤和資源整合，不僅可以優(yōu)化跨學(xué)科項(xiàng)目課程資源庫，還能夠有效促進(jìn)高中跨學(xué)科項(xiàng)目化教學(xué)落地。