姜莉杰 于瑞利

【摘 要】本文結(jié)合物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)課程建設(shè)，從跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)載體的選擇原則，到“做中學(xué)”教學(xué)模式流程再造，再到實(shí)踐中的初期成效以及建構(gòu)課程體系四個(gè)維度，介紹了建設(shè)創(chuàng)新體驗(yàn)教室、智慧課堂賦能創(chuàng)新人才培養(yǎng)的理論依據(jù)和實(shí)踐效果。

【關(guān)鍵詞】跨學(xué)科；主題學(xué)習(xí)；體驗(yàn)教室；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；研究性學(xué)習(xí)；真實(shí)問題解決

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）09-038-03

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、新一代通信技術(shù)的高速發(fā)展，人類社會(huì)的工業(yè)化已經(jīng)進(jìn)入4.0時(shí)代，特別是近期GPT-4的發(fā)布，標(biāo)志著人工智能技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)空前水平。

黨的二十大報(bào)告將教育、科技、人才單獨(dú)設(shè)立了單元，強(qiáng)調(diào)教育要在全面人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)上更加關(guān)注科技人才培養(yǎng)。

同時(shí)，我們中小學(xué)要在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法，激發(fā)學(xué)生的好奇心、想象力、探求欲，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)的青少年創(chuàng)新人才。

北京市教委于2023年4月發(fā)布了《北京市中小學(xué)智慧校園建設(shè)規(guī)范（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）。筆者認(rèn)為該文件在創(chuàng)建新教育環(huán)境、營(yíng)造新教育生態(tài)、打造教育新高地等方面具有重要意義。我們要以教育現(xiàn)代化發(fā)展和人才素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，落地新課標(biāo)理念和精神，為新時(shí)代培養(yǎng)更多創(chuàng)新人才。

區(qū)域和學(xué)校在智慧校園的建設(shè)中，要高度重視其中的科技課程內(nèi)容的建設(shè)工作。教師要將最新科技理念與科技知識(shí)動(dòng)態(tài)地融入課程和教學(xué)之中，解決由于教材相對(duì)穩(wěn)定造成的知識(shí)相對(duì)滯后的問題。筆者認(rèn)為在物理學(xué)科教學(xué)中，這類最新理念與知識(shí)可通過《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的“跨學(xué)科實(shí)踐”主題落地。那么我們?cè)撊绾卧O(shè)置物理跨學(xué)科課程呢？基于什么理念、選擇什么樣的載體、建設(shè)什么樣的教學(xué)環(huán)境以及如何對(duì)其開展教學(xué)活動(dòng)和對(duì)其評(píng)價(jià)呢？下面筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行分析與總結(jié)。

簡(jiǎn)易與低成本，優(yōu)選跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)載體

物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)課程教學(xué)載體，我選擇了承載最新人工智能技術(shù)的語音識(shí)別項(xiàng)目與承載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居項(xiàng)目。這兩個(gè)項(xiàng)目的具體載體是一塊語音識(shí)別模塊電路板以及一些被控制的白色照明燈帶、RGB燈帶等。

載體選擇的原則有三點(diǎn)：一是易學(xué)原則。這要求電路連接簡(jiǎn)單，復(fù)雜的連接可以先通過繪制連接板來解決。簡(jiǎn)易性的技術(shù)也就是易于學(xué)習(xí)的技術(shù)，這解決了師資問題和學(xué)生難于學(xué)習(xí)的困難。二是易創(chuàng)原則。學(xué)生可以從多個(gè)維度進(jìn)行創(chuàng)新，如作品基于選定的應(yīng)用場(chǎng)景，學(xué)生可從電路板、對(duì)話問答（問題和答案對(duì)）、編程程序、外觀設(shè)計(jì)、手機(jī)App等多個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，做成獨(dú)特的作品。三是低成本原則。為了支撐長(zhǎng)久教學(xué)，必須基于省錢的耗材與可循環(huán)再利用的耗材，專業(yè)教室易于改造。這樣可以節(jié)約學(xué)校的資金，低成本開設(shè)長(zhǎng)期可用的課程。

創(chuàng)新環(huán)境，再造跨學(xué)科“做中學(xué)”流程

《規(guī)范》中的智能環(huán)境、應(yīng)用融合創(chuàng)新等一級(jí)指標(biāo)包括了創(chuàng)新體驗(yàn)教室環(huán)境、智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)等二級(jí)指標(biāo)的建設(shè)內(nèi)容，即建設(shè)技術(shù)賦能的新型專業(yè)教室，以支持科學(xué)教育、創(chuàng)客教育與跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐。

學(xué)校通過簡(jiǎn)單改造，將專業(yè)教室升級(jí)為以人工智能技術(shù)主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新體驗(yàn)教室，搭建真實(shí)和虛擬結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)環(huán)境，提供各種耗材，供學(xué)生開展物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。對(duì)于物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的課程教學(xué)，我們主要采取了“做中學(xué)”中的項(xiàng)目學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和問題解決式學(xué)習(xí)，根據(jù)課程實(shí)際，優(yōu)化教學(xué)流程，開展混合式教學(xué)。

在初期的教學(xué)中，筆者組織學(xué)生采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式開展智能語音燈制作的學(xué)習(xí)活動(dòng)，環(huán)節(jié)包括流程學(xué)習(xí)、操作體驗(yàn)、課題選擇、自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)作實(shí)踐、展示交流、創(chuàng)新作業(yè)、多元評(píng)價(jià)等八個(gè)步驟。第一步是流程學(xué)習(xí)：在項(xiàng)目學(xué)習(xí)開啟前開展流程學(xué)習(xí)，即熟悉項(xiàng)目學(xué)習(xí)的有關(guān)環(huán)節(jié)。第二步是操作體驗(yàn)：學(xué)生通過操作以體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教室中的智能語音、手機(jī)App控制窗簾、燈光、空調(diào)、多媒體等電器設(shè)備開啟與關(guān)閉；操作和體驗(yàn)小組可在課桌上模擬場(chǎng)景的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制，了解智能物聯(lián)網(wǎng)概念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。第三步是課題選擇：學(xué)生學(xué)習(xí)在線課程資源，了解要學(xué)習(xí)課程的內(nèi)容，并選擇一個(gè)作品研制方向，開啟自己的研發(fā)項(xiàng)目。第四步是自主學(xué)習(xí)：通過查詢、篩選和閱讀所選項(xiàng)目的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)微課視頻，掌握相關(guān)知識(shí)和動(dòng)作要領(lǐng)。第五步是創(chuàng)作實(shí)踐：領(lǐng)取相關(guān)器材，跟隨教學(xué)視頻完成作品創(chuàng)作，體會(huì)相關(guān)器件、原理、技術(shù)的價(jià)值和意義。整個(gè)過程學(xué)生可獨(dú)自完成，也可小組合作完成。教師課堂巡回指導(dǎo)，答疑解惑。第六步是展示交流：學(xué)生以小組為單位完成作品，制作作品說明書、展示作品制作過程及作品功能，確定有待改進(jìn)的地方。第七步：制作介紹作品的視頻腳本及視頻錄制與編輯。第八步是多元評(píng)價(jià)：采用自我評(píng)價(jià)、同學(xué)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等多元評(píng)價(jià)的方式，從作品的結(jié)構(gòu)性、完成度、創(chuàng)新性等維度對(duì)作品展開評(píng)價(jià)。

在課堂項(xiàng)目式學(xué)習(xí)之后，我們采用研究性學(xué)習(xí)的模式展開真實(shí)問題解決的學(xué)習(xí)。學(xué)生以小組為單位，帶著課題走進(jìn)真實(shí)場(chǎng)景，如家庭、學(xué)校、商場(chǎng)、工廠等生活、學(xué)習(xí)、工作、生產(chǎn)場(chǎng)景，經(jīng)歷課題研究的全部環(huán)節(jié)，包括問題發(fā)現(xiàn)、猜想假設(shè)、方案制定、數(shù)據(jù)采集、邏輯推理與論證、結(jié)論傳播等。

在場(chǎng)景中，通過觀察相關(guān)場(chǎng)景的電器電路控制裝置，學(xué)生調(diào)研出了不少在實(shí)際場(chǎng)景中使用的真問題和作品智能化升級(jí)需要。學(xué)生論證相應(yīng)場(chǎng)景智能化開關(guān)升級(jí)的必要性，合作設(shè)計(jì)升級(jí)電路圖和改造方案，與用戶研討并修改完善，合格后將方案轉(zhuǎn)交用戶方，安排升級(jí)施工。學(xué)生小組負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)工作，收集這一過程中的全部資料，并在實(shí)踐結(jié)束后在全班開展研究過程與成果的展示交流活動(dòng)。

在課題研究結(jié)束后，由于學(xué)生在真實(shí)的場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)了更多的真實(shí)需求，便開始了新一輪的知識(shí)和技術(shù)學(xué)習(xí)。如場(chǎng)景中有需要大面積改裝電路的，有需要改變對(duì)話問答庫的，有需要外觀設(shè)計(jì)的，有需要調(diào)整程序的，有需要修改手機(jī)App的，更有需要增加人體感應(yīng)、溫濕度播報(bào)、屏幕顯示、各種電器物聯(lián)網(wǎng)控制的，等等。關(guān)于電路知識(shí)、信息技術(shù)、勞動(dòng)技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)算法模型、語言表達(dá)、媒體廣告技術(shù)等的跨學(xué)科知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)便真正在學(xué)生身上發(fā)生了。

場(chǎng)景拓展，初現(xiàn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)成效

在設(shè)計(jì)課程中遵循易學(xué)原則。筆者首先組織學(xué)生在創(chuàng)新體驗(yàn)教室中開展物聯(lián)網(wǎng)虛實(shí)情景體驗(yàn)活動(dòng)，然后提供給學(xué)生積木式的電源、揚(yáng)聲器、電路板、燈帶等搭建器材，學(xué)生利用物理學(xué)科單學(xué)科電路知識(shí)，通過簡(jiǎn)單電路將它們連接。學(xué)生可模仿教學(xué)微課視頻上的操作步驟，組裝電路，形成小作品，實(shí)現(xiàn)用對(duì)話與語音指令控制電路功能，進(jìn)而體驗(yàn)小作品的相關(guān)功能。

通過一段時(shí)間的教學(xué)，每個(gè)學(xué)生都能按照基本電路要求做成自己的智能燈小作品，這大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生很多小問題和新想法。易操作、易學(xué)習(xí)的課程設(shè)計(jì)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的好奇心、求知欲，教師在教學(xué)和互動(dòng)中能感受到學(xué)生們的喜悅心情。

由于在課程設(shè)計(jì)中也遵循了易創(chuàng)性原則，學(xué)生提出的很多問題，不少能轉(zhuǎn)化成可運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決的小課題。通過教師引導(dǎo)和查閱文獻(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，與同學(xué)合作，制作了不少新的創(chuàng)新作品，也真正走向了跨學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，推動(dòng)了學(xué)科間知識(shí)的大融合。學(xué)生們做成了自己的智能語音小夜燈、智能語音臺(tái)燈。有的學(xué)生還在分類垃圾桶前安放了自己制作的智能語音對(duì)話機(jī)器人、照明燈兼垃圾分類對(duì)話機(jī)器人、文化景觀照明燈兼文化景觀介紹對(duì)話機(jī)器人等，這些都是學(xué)生基于場(chǎng)景差異創(chuàng)作的功能各異的作品。

在作品研制的過程中，學(xué)生產(chǎn)生了新的學(xué)習(xí)需要。在場(chǎng)景改變后再開發(fā)作品，都要改變電路板模塊中的語音識(shí)別模塊的命令詞、對(duì)話問答對(duì)，學(xué)生也要學(xué)習(xí)“智能公元”軟件系統(tǒng)操作。創(chuàng)新作品的外觀，學(xué)生要學(xué)習(xí)用低碳環(huán)保的包裝盒、編織物、3D打印機(jī)、激光切割機(jī)等的知識(shí)與技術(shù)。學(xué)生在編制介紹文本時(shí)，要學(xué)習(xí)錄音剪輯軟件的使用，來完成文化景觀介紹聲音文件的制作。學(xué)生還要以芯片與集成電路、語音識(shí)別、自然語言處理、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、物聯(lián)網(wǎng)等為主題，展開研究性學(xué)習(xí)，從歷史發(fā)展、技術(shù)現(xiàn)狀、原理知識(shí)、代表性產(chǎn)品等維度全面了解相關(guān)理論和科技發(fā)展情況。

在這個(gè)過程中，喜歡編程的學(xué)生，通過程序控制WS2812B燈帶的顏色狀態(tài)和變化方式。有學(xué)生對(duì)電路和算法超級(jí)感興趣，可以學(xué)習(xí)電路圖設(shè)計(jì)與打板制作技術(shù)，學(xué)習(xí)人工智能算法原理，研究線性回歸理論和算法，提前研究大學(xué)線性代數(shù)知識(shí)等。

一門學(xué)科課程，能從單一學(xué)科知識(shí)實(shí)踐走向跨學(xué)科知識(shí)融合學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生的教育價(jià)值很大。易學(xué)易創(chuàng)使各科教師積極參與到教學(xué)中去，解決了智能課程教師欠缺的難題；耗材經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、低成本使學(xué)校容易持久開展教學(xué)，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)也易于推廣。

理論歸納，構(gòu)建跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)體系

在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)中要基于道德、認(rèn)知、方法、情感、態(tài)度、價(jià)值觀于一體開展教與學(xué)，即整體教、深度學(xué)。所以，基于初中物理學(xué)科，能選擇智能燈科技場(chǎng)景內(nèi)容作為跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的內(nèi)容載體是一次跨越。學(xué)生通過對(duì)智能語音燈的研制過程，將跨學(xué)科知識(shí)整合起來，形成了體系，知識(shí)包括且不限于物理中的電路與芯片、信息技術(shù)學(xué)科的知識(shí)庫建立與編程、藝術(shù)和勞動(dòng)技術(shù)學(xué)科的設(shè)計(jì)與實(shí)踐、數(shù)學(xué)中的建模與算法、語言學(xué)科中的說明與展示等，這實(shí)現(xiàn)了新課標(biāo)理念下大觀念、大單元、跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)體系構(gòu)建的目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)教育家陶行知“教學(xué)做合一”思想下的“做中學(xué)”模式，是達(dá)成深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。學(xué)生在創(chuàng)作自己的智能燈作品的真問題解決過程中，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)習(xí)知識(shí)，訓(xùn)練形成技能，提升了情感，真正將知識(shí)與技能、策略與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀整合到了一起，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

學(xué)生建構(gòu)了創(chuàng)作作品的整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)鏈條，包括連接電源、揚(yáng)聲器、LED燈帶及電路板，通過軟件平臺(tái)設(shè)置對(duì)話問答對(duì)，編寫控制燈光的小程序，設(shè)計(jì)作品外觀，設(shè)置手機(jī)App等。學(xué)生在真實(shí)的體驗(yàn)教室的生產(chǎn)、生活、工作環(huán)境中研究課題、解決問題，觸發(fā)了對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)需要。

學(xué)生在體驗(yàn)、開發(fā)和展示作品的過程中，對(duì)電子元器件在電路體系中的作用進(jìn)行了理解，基于知識(shí)系統(tǒng)建構(gòu)起了元器件的價(jià)值與意義，這也驗(yàn)證了課程是人們用來建立事物意義的交流活動(dòng)，是人們與塑造他的人一起建立關(guān)系意義的過程。本課程的作用還在于，它激發(fā)了學(xué)生的求知欲，建立起了個(gè)人與國(guó)家科技進(jìn)步的關(guān)系，喚醒其奉獻(xiàn)社會(huì)的責(zé)任與使命意識(shí)，使其核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

通過對(duì)課程的實(shí)踐研究和理論化概括可以發(fā)現(xiàn)，本課程構(gòu)建的教學(xué)結(jié)構(gòu)體系相對(duì)比較完整，智能體驗(yàn)教室改造相對(duì)簡(jiǎn)單，信息化評(píng)價(jià)模式便捷，在進(jìn)一步試點(diǎn)的基礎(chǔ)上可以大面積推廣。

結(jié)束語

《規(guī)范》的出臺(tái)，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)明確了智慧環(huán)境的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為課程建設(shè)、教與學(xué)方式改革、評(píng)價(jià)模式建設(shè)確定了方向。筆者結(jié)合科技人才培養(yǎng)，選擇物理跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，通過智能燈開發(fā)課程與建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新體驗(yàn)教室，讓物理教師完全可以推進(jìn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)課程教學(xué)。學(xué)生在課堂上開展體驗(yàn)式、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，走進(jìn)實(shí)踐場(chǎng)所，啟動(dòng)研究性學(xué)習(xí)，解決真問題，開啟拓展學(xué)習(xí)和創(chuàng)新作品研發(fā)，啟動(dòng)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，走向了學(xué)科間的真融合。

基于創(chuàng)新體驗(yàn)教室建設(shè)的綜合性、開放性、實(shí)踐性跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)的中心?！白鲋袑W(xué)”教學(xué)模式充分得到體現(xiàn)，學(xué)生的自主、合作、探究能力得到了加強(qiáng)，實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神得到了培養(yǎng)，奉獻(xiàn)祖國(guó)、服務(wù)人類科技進(jìn)步的意識(shí)不斷增強(qiáng)，意義建構(gòu)速度加快，集認(rèn)知、方法、情感、態(tài)度、價(jià)值觀于一體的深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生。

作者單位：北京市東方德才學(xué)校? ?北京第二外國(guó)語學(xué)院附屬中學(xué)

編? ?輯：馮安華