王賢燦

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》明確指出，要積極開(kāi)展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生舉一反三、融會(huì)貫通，加強(qiáng)知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化，并且規(guī)定“原則上，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)”[1]。自義務(wù)教育課程方案頒布以來(lái)，各學(xué)科積極嘗試開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，取得了眾多實(shí)踐成果。但項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在實(shí)踐中存在教學(xué)流程不明、學(xué)習(xí)支架供給設(shè)計(jì)不適切、缺乏過(guò)程性評(píng)價(jià)等問(wèn)題。數(shù)字技術(shù)可以通過(guò)提供豐富的學(xué)習(xí)資源、創(chuàng)設(shè)逼真的學(xué)習(xí)情境、促進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程的交流與協(xié)作等優(yōu)勢(shì)，解決項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施時(shí)遇到的困難[2]。筆者設(shè)計(jì)出跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)模型（如圖1）并以“桌面智能清潔機(jī)設(shè)計(jì)與制作”項(xiàng)目為例，探討如何利用數(shù)字技術(shù)全程賦能項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)信息科技、物理等學(xué)科知識(shí)，同時(shí)核心素養(yǎng)得到培育。

一、項(xiàng)目提出與學(xué)情分析

傳統(tǒng)信息技術(shù)課程往往側(cè)重于技術(shù)在學(xué)習(xí)任務(wù)中的應(yīng)用，而較少涉及跨學(xué)科知識(shí)的整合。同樣，在物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生通常借助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究諸如速度、力、能量和電路等概念，而非通過(guò)創(chuàng)造性地制作物品來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此，在信息時(shí)代，我們應(yīng)當(dāng)積極探索信息科技與物理學(xué)科知識(shí)之間的交會(huì)點(diǎn)，并主動(dòng)利用信息技術(shù)手段來(lái)促進(jìn)學(xué)科內(nèi)及跨學(xué)科的學(xué)習(xí)任務(wù)。

（一）項(xiàng)目提出

我們每天的學(xué)習(xí)幾乎離不開(kāi)書(shū)桌，干凈整潔的桌面能讓師生獲得良好的體驗(yàn)。但是，一些公共場(chǎng)所（如圖書(shū)館）的桌面總有一些墨水印跡需要清理。在信息時(shí)代，我們能否應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)智能化地清除這些痕跡？基于此，教師提出了一個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的課題：設(shè)計(jì)與制作一款桌面智能清潔機(jī)。

（二）學(xué)情分析

通過(guò)信息科技課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了制作智能機(jī)器人的技能，并了解了物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。然而，學(xué)生將這些技術(shù)與物理知識(shí)結(jié)合起來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的機(jī)會(huì)較少。本項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)被安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了速度、力、電流和電路等物理概念之后，此時(shí)他們已經(jīng)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量了小車(chē)的行進(jìn)速度，并掌握了電路實(shí)驗(yàn)的基本操作。

二、教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)

基于以上背景，我們以“桌面智能清潔機(jī)的設(shè)計(jì)與制作”作為項(xiàng)目課題開(kāi)展教學(xué)，旨在讓學(xué)生利用信息技術(shù)解決生活中的問(wèn)題，幫助他們理解“運(yùn)動(dòng)和相互作用”的概念、應(yīng)用物理學(xué)科的相關(guān)原理。學(xué)生通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，在解決問(wèn)題和完成任務(wù)的過(guò)程中，建立科學(xué)思維，學(xué)習(xí)信息技術(shù)作品設(shè)計(jì)與制作的方法和流程，培養(yǎng)跨學(xué)科思維和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)信息科技與物理學(xué)科核心素養(yǎng)綜合發(fā)展。

參照《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，筆者將本項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的目標(biāo)設(shè)定如表1所示。

（二）學(xué)習(xí)內(nèi)容

本跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)旨在讓學(xué)生學(xué)習(xí)使用“運(yùn)動(dòng)和相互作用”的知識(shí)來(lái)控制智能小車(chē)的行進(jìn)，并融合信息科技學(xué)科的知識(shí)實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)自動(dòng)檢測(cè)和清除桌面污漬的功能。項(xiàng)目試圖從人工智能的角度探索自動(dòng)化勞動(dòng)的潛力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理和信息科技的知識(shí)解決問(wèn)題，攻克實(shí)際生活中速度測(cè)量、機(jī)械運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系等難點(diǎn)（見(jiàn)表2）。這樣的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用、分析解決問(wèn)題以及動(dòng)手操作能力，同時(shí)可培養(yǎng)他們積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和勤于實(shí)踐、勇于創(chuàng)新的精神。

通過(guò)梳理，筆者將學(xué)習(xí)內(nèi)容分解為驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題和子問(wèn)題，并設(shè)計(jì)出問(wèn)題的解決路徑（如圖2）。

1.驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)與制作桌面智能清潔機(jī)？

2.問(wèn)題解決路徑：需求分析—作品設(shè)計(jì)—作品制作—作品評(píng)測(cè)

3.確定子問(wèn)題：桌面的基本情況是怎樣的、如何實(shí)現(xiàn)污漬的自動(dòng)識(shí)別和清除、如何制作一款桌面智能清潔機(jī)、產(chǎn)品是否符合預(yù)期。

4.子問(wèn)題解答：每個(gè)子問(wèn)題由學(xué)生完成若干個(gè)學(xué)習(xí)子活動(dòng)逐步解答。

（三）教學(xué)實(shí)施

該項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)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(xué)習(xí)目標(biāo)。然后，在課堂教學(xué)過(guò)程中，物理教師擔(dān)任“項(xiàng)目主管”，負(fù)責(zé)推動(dòng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)展；信息科技教師作為“項(xiàng)目支持專(zhuān)家”，為學(xué)生提供信息科技制作方面的專(zhuān)業(yè)支持。最后，兩位教師共同參與對(duì)學(xué)生作品的評(píng)價(jià)。

教學(xué)實(shí)施流程如圖3所示。在整個(gè)過(guò)程中，教師的活動(dòng)作為主導(dǎo)，學(xué)生的活動(dòng)作為中心。在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的支持下，學(xué)生深入探索信息科技和物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，掌握必備知識(shí)和技能，塑造積極的價(jià)值觀。

１.創(chuàng)設(shè)情境，明確主題

通過(guò)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(dǎo)他們細(xì)致觀察這些工具在不同場(chǎng)景中的應(yīng)用，如剎車(chē)、清掃和轉(zhuǎn)彎等功能。同時(shí)，教師講解現(xiàn)代自動(dòng)清潔工具中涉及的信息科技元素，包括機(jī)械臂、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)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(jī)的設(shè)計(jì)與制作”的任務(wù)。

通過(guò)觀察和分析自動(dòng)清潔工具的圖片和視頻，學(xué)生深入了解這些工具的應(yīng)用范圍和基本功能，同時(shí)回憶物理學(xué)中的運(yùn)動(dòng)、摩擦力、能量、物質(zhì)等知識(shí)。接著，學(xué)生把“桌面智能清潔機(jī)的設(shè)計(jì)與制作”這一任務(wù)細(xì)分為多個(gè)子任務(wù)。

【設(shè)計(jì)意圖】該環(huán)節(jié)旨在開(kāi)闊學(xué)生的視野，引發(fā)學(xué)生思考與探究的意愿，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試?yán)每茖W(xué)思維與計(jì)算思維解決問(wèn)題，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

２.異質(zhì)分組，設(shè)計(jì)方案

在學(xué)生自愿分組的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)異質(zhì)分組原則指導(dǎo)他們分成若干個(gè)4～6人的小組。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案，要求他們使用圖表清晰地展示設(shè)計(jì)思路，并重點(diǎn)闡述智能感應(yīng)和智能停泊功能的實(shí)現(xiàn)方法。

學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。他們對(duì)桌面進(jìn)行測(cè)量和建模，確定最終的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)方案包括物理建模、程序設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、展示交流方案等多個(gè)方面。

【設(shè)計(jì)意圖】教師通過(guò)分解任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和優(yōu)秀品質(zhì)，同時(shí)提升他們的設(shè)計(jì)能力、信息科技應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

３.探究制作，形成作品

教師指導(dǎo)各小組通過(guò)學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)選擇適合桌面智能清潔機(jī)的智能硬件設(shè)備，并提供豐富的數(shù)字化資源來(lái)幫助學(xué)生理解主控板、傳感器、舵機(jī)等硬件的原理和使用方法。教師引導(dǎo)學(xué)生分析程序設(shè)計(jì)的邏輯順序，并教授他們?nèi)绾问褂昧鞒虉D來(lái)展示編程思路和構(gòu)建桌面智能清潔機(jī)的結(jié)構(gòu)。在作品完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生收集與整理資料和工具。

學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)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(jì)、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(lèi)放置到指定位置，清理不再使用的模塊和配件，并進(jìn)行資料收集整理。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)制作桌面智能清潔機(jī)，學(xué)生能夠深入理解物理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，例如測(cè)量速度、物體運(yùn)動(dòng)方向控制、摩擦力計(jì)算、材料選擇和電路連接等，從而形成科學(xué)的物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維和探究精神。此外，通過(guò)親身體驗(yàn)信息技術(shù)產(chǎn)品的軟硬件選擇、制作、調(diào)試和迭代過(guò)程，學(xué)生將領(lǐng)會(huì)極簡(jiǎn)思維和創(chuàng)新思維的重要性，培養(yǎng)計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，并樹(shù)立技術(shù)自主可控的意識(shí)。資料收集整理環(huán)節(jié)有助于學(xué)生養(yǎng)成安全規(guī)范操作的習(xí)慣。

４.展示評(píng)價(jià)，歸納整理

學(xué)生以小組為單位展示作品。每個(gè)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(cè)試和評(píng)價(jià)對(duì)方的作品。展示和評(píng)價(jià)結(jié)束后，學(xué)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(shí)負(fù)責(zé)衛(wèi)生清潔工作。

教師提出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并借助學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)分析項(xiàng)目的完成情況，總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，評(píng)選優(yōu)秀作品。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生收集、整理并上傳所有相關(guān)資料。

【設(shè)計(jì)意圖】這一過(guò)程在培養(yǎng)學(xué)生溝通表達(dá)能力的同時(shí)，引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)欣賞他人的勞動(dòng)成果，并幫助他們養(yǎng)成良好的勞動(dòng)習(xí)慣和品質(zhì)。

三、教學(xué)活動(dòng)的總結(jié)與思考

關(guān)于學(xué)習(xí)效果的學(xué)生訪(fǎng)談和調(diào)查問(wèn)卷反饋顯示，86%的學(xué)生很喜歡本次學(xué)習(xí)活動(dòng)，73%的學(xué)生認(rèn)為這是一次成功的學(xué)習(xí)活動(dòng)，75%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)得到了促進(jìn)，80%的學(xué)生認(rèn)為收獲很大?？梢?jiàn)，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

基于多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為要在數(shù)字技術(shù)的支持下成功實(shí)施跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，需要關(guān)注以下五個(gè)方面的工作。

（一）擬定明確的跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)目標(biāo)

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)兼顧學(xué)科內(nèi)部和跨學(xué)科的學(xué)習(xí)要求，突出各學(xué)科的核心概念和原理，并強(qiáng)調(diào)在問(wèn)題探究過(guò)程中更系統(tǒng)、更深入地學(xué)習(xí)和應(yīng)用學(xué)科知識(shí)。同時(shí)，這些活動(dòng)應(yīng)旨在培養(yǎng)學(xué)生的合作能力、社會(huì)情感技能以及創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。在本案例中，信息科技、物理等學(xué)科的教師共同研習(xí)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，并制訂了明確的跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)，確保教學(xué)活動(dòng)有針對(duì)性和目的性。

（二）選擇學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)進(jìn)行全過(guò)程數(shù)據(jù)記錄與管理

在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，教師應(yīng)選擇一個(gè)合適的學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)。在整個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)利用該平臺(tái)提供的過(guò)程管理工具和在線(xiàn)協(xié)作工具來(lái)制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃、分配學(xué)習(xí)任務(wù)，并實(shí)時(shí)記錄學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。目前，建立學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)有三種方式：一是使用市場(chǎng)上現(xiàn)有的開(kāi)源項(xiàng)目管理平臺(tái)；二是利用教育主管部門(mén)提供的平臺(tái)；三是根據(jù)自身需求自主開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

學(xué)生完成學(xué)習(xí)后，教師利用學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)量化評(píng)估學(xué)生的項(xiàng)目成果，并提供即時(shí)反饋與指導(dǎo)，以幫助學(xué)生持續(xù)提高學(xué)習(xí)成效。

（三）充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

在數(shù)字技術(shù)的支持下，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)打破了傳統(tǒng)的“教師講授—學(xué)生接受”的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)而采用“問(wèn)題解決—核心素養(yǎng)培養(yǎng)”的教學(xué)路徑。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生運(yùn)用物理和信息科技的知識(shí)技能，自主選擇軟硬件資源，分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)解決方案，并將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生活中的產(chǎn)品。在整個(gè)過(guò)程中，教師扮演的是引導(dǎo)者、協(xié)助者和資源提供者的角色，而學(xué)生則成為知識(shí)的探索者、整理者和構(gòu)建者，掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，自主調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)程。

（四）統(tǒng)整融合多學(xué)科資源

在本項(xiàng)目中，物理教師和信息科技教師共同參與到教學(xué)過(guò)程中。通過(guò)跨學(xué)科的協(xié)作和交流，發(fā)揮不同學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，教師可以設(shè)計(jì)出更為全面、系統(tǒng)的教學(xué)框架，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，多學(xué)科資源的融合也能為學(xué)生提供更為豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。另外，在理解其他學(xué)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(shì)，構(gòu)建適合本校需求的學(xué)習(xí)管理信息平臺(tái)，為開(kāi)展具有校本特色的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)賦能。

（五）做好作品匯報(bào)交流與評(píng)價(jià)

在進(jìn)行包含信息科技學(xué)科內(nèi)容的跨學(xué)科項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)特別重視學(xué)生的作品展示、交流與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)成果的導(dǎo)向，力求實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)意物化”。

在本活動(dòng)中，學(xué)生共提交了25件作品。教師組織了學(xué)生自評(píng)和互評(píng)，并評(píng)選出一件最佳作品（如圖4）。這個(gè)作品制作團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算機(jī)仿真模擬清潔環(huán)境，通過(guò)精準(zhǔn)的速度、剎車(chē)、摩擦力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最高的清掃效率，并保證最佳的穩(wěn)定性。教師及時(shí)地反饋與點(diǎn)評(píng)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，收到很好的教學(xué)效果。

四、結(jié)語(yǔ)

“桌面智能清潔機(jī)的設(shè)計(jì)與制作”這一跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)緊貼真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，通過(guò)確立跨學(xué)科主題，融合了信息科技和物理學(xué)科的知識(shí)、方法和思維模式。在數(shù)字技術(shù)的全面支持下，學(xué)生沿著需求分析、作品設(shè)計(jì)、作品制作、作品評(píng)測(cè)的問(wèn)題解決路徑，拓展了認(rèn)知范圍，并將所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用于實(shí)物制作中，從而促進(jìn)了核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。這次教學(xué)嘗試成功有效地將信息科技學(xué)科與物理學(xué)科融合。

在數(shù)字技術(shù)的支持下，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)充分利用了大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)，綜合了多學(xué)科的智慧，并發(fā)揮了多學(xué)科融合在人力、物力等方面的資源優(yōu)勢(shì)。這種模式優(yōu)化了學(xué)習(xí)流程，豐富了資源供給方式，并結(jié)合了過(guò)程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)，共同促進(jìn)了學(xué)生的進(jìn)步，顯著提升了教學(xué)質(zhì)量。

注：本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃2022年度中小學(xué)教師教育科研能力提升計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“基于國(guó)家課程的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐研究——以深圳市為例”（項(xiàng)目編號(hào)：2022ZQJK025）的研究成果；深圳市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題“教育數(shù)字化背景下跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的研究與實(shí)踐”（立項(xiàng)編號(hào)：yb23333）的研究成果。

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（作者系廣東省深圳市南山區(qū)松坪學(xué)校高級(jí)教師）

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