摘要：本文基于初中信息科技的學(xué)科融合，以水中機(jī)器人為載體，設(shè)計(jì)了學(xué)科融合教育視域下基于工程思維融合的水中機(jī)器人實(shí)踐方案，從項(xiàng)目式思維教學(xué)一步步轉(zhuǎn)變成工程思維的教學(xué)，構(gòu)建了“工程式教學(xué)+項(xiàng)目式推廣”的應(yīng)用模式，并整合相關(guān)數(shù)字化資源與平臺(tái)，最后達(dá)到項(xiàng)目式思維與工程式思維的跨學(xué)科融合，以期能夠有效地促進(jìn)學(xué)生批判思維、邏輯演繹思維與系統(tǒng)思維的形成，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：信息科技；學(xué)科融合；水中機(jī)器人；校本課程

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）21-0070-03

信息科技課程在遵循培養(yǎng)德才兼?zhèn)淙瞬藕蛯?shí)現(xiàn)學(xué)科教育目標(biāo)的基礎(chǔ)上，正經(jīng)歷著從側(cè)重技術(shù)應(yīng)用向注重學(xué)生信息素養(yǎng)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，信息科技與其他學(xué)科的結(jié)合也在深化，由單一的技術(shù)整合向技術(shù)與素養(yǎng)并重的復(fù)合型整合發(fā)展?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）要求“各門(mén)課程用不少于10%的課時(shí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”，跨學(xué)科融合課程可以很好地指導(dǎo)初中階段學(xué)生“快樂(lè)學(xué)習(xí)”，促進(jìn)學(xué)生多元智能的發(fā)展，還可以讓學(xué)生在潛移默化中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的樂(lè)趣?；诔踔行畔⒖萍紝W(xué)科融合校本開(kāi)發(fā)、教學(xué)應(yīng)用研究，對(duì)提升初中生涯教學(xué)效率有著重大的意義。因此，筆者基于所在學(xué)校開(kāi)發(fā)的“走進(jìn)水中機(jī)器人”普及類校本課程，設(shè)計(jì)了學(xué)科融合教育視域下基于工程思維融合的水中機(jī)器人實(shí)踐方案，嘗試將信息科技與綜合實(shí)踐中的工程思維融合在一起。

“走進(jìn)水中機(jī)器人”普及類校本課程以保護(hù)水資源為目標(biāo)，針對(duì)水生態(tài)污染范圍廣、清理難度高等現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合。教學(xué)內(nèi)容涵蓋對(duì)水下機(jī)器人的了解和學(xué)習(xí)，以及設(shè)計(jì)草圖、水中機(jī)器人場(chǎng)地搭建、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編程設(shè)計(jì)、水中機(jī)器人外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)建、機(jī)械結(jié)構(gòu)部件分析等。本課程很好地將信息科技與綜合實(shí)踐中的工程思維融合在一起，符合新課標(biāo)中“跨學(xué)科實(shí)踐”主題的實(shí)施。

基于信息科技跨綜合實(shí)踐工程思維的資源整合

1.發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+項(xiàng)目化”學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢(shì)

“互聯(lián)網(wǎng)+項(xiàng)目化”能拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度?！白哌M(jìn)水中機(jī)器人”課程需要8～9個(gè)課時(shí)，在課程開(kāi)發(fā)和實(shí)施過(guò)程中，學(xué)校信息科技組開(kāi)發(fā)出7個(gè)課時(shí)的視頻教學(xué)課程，主要內(nèi)容是水中機(jī)器人的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)搭建、電路板的設(shè)計(jì)與連接、軟件程序的設(shè)計(jì)等，最后把課程上傳到中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)，讓學(xué)生周末在家開(kāi)展線上預(yù)習(xí)。教師利用互聯(lián)網(wǎng)建立合作小組，并拋出建設(shè)性問(wèn)題，增加課程的深度，讓學(xué)生可以利用大語(yǔ)言模型尋求答案等，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生好奇心和探索欲，引導(dǎo)他們從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)到主動(dòng)追求和探索知識(shí)的過(guò)程中。

2.校內(nèi)科技普及課堂優(yōu)化線下學(xué)習(xí)模式

以信息科技為主導(dǎo)的工程設(shè)計(jì)課程通常具備以下主要特點(diǎn)：從現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和需求、進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)規(guī)劃、使用信息技術(shù)工具來(lái)創(chuàng)建模型或初步產(chǎn)品。結(jié)合信息科技與綜合實(shí)踐領(lǐng)域的校本課程設(shè)計(jì)，筆者設(shè)計(jì)的“走進(jìn)水中機(jī)器人”課程如下圖所示。

“走進(jìn)水中機(jī)器人”融合課程分析

1.課程重點(diǎn)

經(jīng)歷和體驗(yàn)“C構(gòu)思—D設(shè)計(jì)—I實(shí)現(xiàn)—O運(yùn)作”的基本過(guò)程，自主探索，激發(fā)創(chuàng)新改進(jìn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.課程難點(diǎn)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的課程模式；在完成課程過(guò)程中可能會(huì)遇到學(xué)生篩選、整合信息的能力不足；角色分配不均；團(tuán)隊(duì)討論過(guò)程中溝通不暢，部分學(xué)生不善于表達(dá)自身想法和理解他人觀點(diǎn)；在最后的成果展示部分無(wú)法創(chuàng)作高質(zhì)量研究成果，如學(xué)生對(duì)于用制作PPT、視頻或現(xiàn)場(chǎng)操作等展示成果缺乏相關(guān)技能。

3.課程創(chuàng)新點(diǎn)

①科技引領(lǐng)：以“水中智能機(jī)器人”概念為引導(dǎo)，緊跟時(shí)代步伐，以智能水中垃圾清理智能機(jī)器人為主體，團(tuán)隊(duì)協(xié)作進(jìn)行制作。

②形式新穎：水中垃圾清理機(jī)器人比賽有技術(shù)挑戰(zhàn)性，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才、普及和提高學(xué)生工程思維的重要平臺(tái)。

③情境真實(shí)：以校園為實(shí)踐環(huán)境，尋找真實(shí)世界的具體問(wèn)題和改善的可能性，貼近學(xué)生生活，有效實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。本學(xué)期活動(dòng)結(jié)合主題水資源保護(hù)，設(shè)立水面垃圾清理、水中垃圾清理智能機(jī)器人技術(shù)挑戰(zhàn)項(xiàng)目。

④靈活便捷：通過(guò)“線上學(xué)習(xí)”與“線下實(shí)踐探索”相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生探究主動(dòng)性以及與小組協(xié)助溝通的積極性。

“走進(jìn)水中機(jī)器人”融合課程實(shí)踐

1.鼓勵(lì)學(xué)生合作設(shè)計(jì)水中收集垃圾機(jī)器人草圖，培養(yǎng)信息技能

設(shè)計(jì)要求：采用小組合作方式，3人為一組。要求：①具有可實(shí)現(xiàn)性、靈活性、高效性；②設(shè)計(jì)機(jī)器結(jié)構(gòu)圖與功能描述；③設(shè)計(jì)好后確定每組匯報(bào)員，匯報(bào)時(shí)間為30～60秒。

在學(xué)生設(shè)計(jì)草圖（如下頁(yè)表）的過(guò)程中，教師給出拓展提示，如可以展示生活中真實(shí)存在的水下機(jī)器人，在介紹其功能后，啟發(fā)訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散性思維，尊重學(xué)生個(gè)性，同時(shí)表?yè)P(yáng)學(xué)生肯動(dòng)手的好習(xí)慣，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力和自主學(xué)習(xí)能力。

2.成果分享，體會(huì)分享快樂(lè)和成長(zhǎng)

在學(xué)生制作水中機(jī)器人作品時(shí)，可能課堂紀(jì)律會(huì)較活躍，此時(shí)教師要鼓勵(lì)學(xué)生做有意義的交流溝通。學(xué)生在匯報(bào)作品時(shí)，有可能出現(xiàn)思路不清晰或者表達(dá)不暢的情況，此時(shí)教師積極引導(dǎo)學(xué)生梳理知識(shí)架構(gòu)，鼓勵(lì)學(xué)生有條理地表達(dá)出來(lái)，讓學(xué)生體會(huì)到分享的快樂(lè)，在分享中成長(zhǎng)。

3.開(kāi)展合作探究，提升信息素養(yǎng)

在學(xué)生制作水中機(jī)器人時(shí)，每個(gè)小組的想法和設(shè)計(jì)思路都是不同的。課前，教師可以讓學(xué)生自己利用廢舊材料制作。課上，教師再引導(dǎo)學(xué)生利用水中機(jī)器人套件來(lái)搭建，在搭建過(guò)程中鼓勵(lì)小組合作探究，完成有創(chuàng)意的作品。在完成作品后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生自我反思：我的作品還可以在軟件編程方面進(jìn)行改進(jìn)？隔壁組的創(chuàng)意我們是否可以借鑒？我們組的作品還可以進(jìn)行怎樣迭代？……學(xué)生在自我反思中進(jìn)一步提升探究能力。

“走進(jìn)水中機(jī)器人”融合課程評(píng)價(jià)方式

1.過(guò)程性評(píng)價(jià)

教師將學(xué)生分為8個(gè)大組，每個(gè)大組6名成員，每個(gè)大組還可以分2個(gè)小組，每個(gè)小組3名組員。在每一堂課上，教師都會(huì)根據(jù)小組成員表現(xiàn)進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)，即在教學(xué)平臺(tái)上賦分。同時(shí)，教師在課堂上組織小組討論，評(píng)價(jià)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中的貢獻(xiàn)程度、溝通和協(xié)調(diào)能力，以及對(duì)項(xiàng)目完成的進(jìn)度和目標(biāo)的把握情況。

2.表現(xiàn)性評(píng)價(jià)

作品和報(bào)告作為附件呈現(xiàn)，評(píng)價(jià)學(xué)生在設(shè)計(jì)和制作水中機(jī)器人方面的實(shí)際表現(xiàn)和成果。在評(píng)價(jià)作品和報(bào)告時(shí)，教師要考慮機(jī)器人的功能和性能，以及設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性和實(shí)用性，還有學(xué)生的表達(dá)能力和展示效果等。

3.總結(jié)性評(píng)價(jià)

教師可借助平臺(tái)軟件實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生在線完成的自測(cè)數(shù)據(jù)，生成全班總數(shù)據(jù)及學(xué)期總數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生撰寫(xiě)學(xué)習(xí)總結(jié)報(bào)告，介紹項(xiàng)目的背景、核心問(wèn)題、解決思路和實(shí)踐成果等。通過(guò)上述兩個(gè)方面評(píng)價(jià)學(xué)生在項(xiàng)目中的整體表現(xiàn)和成果。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)信息科技賦能綜合實(shí)踐的學(xué)科融合課程學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生掌握人工智能技術(shù)的基本原理，具備人工智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本技能，在科學(xué)實(shí)踐中提高科學(xué)素養(yǎng)和動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)興趣的養(yǎng)成，進(jìn)而培育學(xué)生的科學(xué)探究精神，同時(shí)提升對(duì)科學(xué)家精神的尊重和傳承。

參考文獻(xiàn)：

劉敏聰，劉鵬飛，鄭婭峰，等.基于信息科技的跨學(xué)科主題校本課程設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)字教育，2023，9（02）：54-61.