全程賦能：數字技術支持下的跨學科項目式學習

王賢燦

《義務教育課程方案（2022年版）》明確指出，要積極開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動，促進學生舉一反三、融會貫通，加強知識間的內在關聯，促進知識結構化，并且規定“原則上，各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習”[1]。自義務教育課程方案頒布以來，各學科積極嘗試開展項目式學習，取得了眾多實踐成果。但項目式學習在實踐中存在教學流程不明、學習支架供給設計不適切、缺乏過程性評價等問題。數字技術可以通過提供豐富的學習資源、創設逼真的學習情境、促進學習過程的交流與協作等優勢，解決項目式學習實施時遇到的困難[2]。筆者設計出跨學科項目式學習的設計模型（如圖1）并以“桌面智能清潔機設計與制作”項目為例，探討如何利用數字技術全程賦能項目式學習，讓學生在解決實際問題的過程中學習信息科技、物理等學科知識，同時核心素養得到培育。

一、項目提出與學情分析

傳統信息技術課程往往側重于技術在學習任務中的應用，而較少涉及跨學科知識的整合。同樣，在物理學習中，學生通常借助傳統實驗來探究諸如速度、力、能量和電路等概念，而非通過創造性地制作物品來實現學習目標。因此，在信息時代，我們應當積極探索信息科技與物理學科知識之間的交會點，并主動利用信息技術手段來促進學科內及跨學科的學習任務。

（一）項目提出

我們每天的學習幾乎離不開書桌，干凈整潔的桌面能讓師生獲得良好的體驗。但是，一些公共場所（如圖書館）的桌面總有一些墨水印跡需要清理。在信息時代，我們能否應用所學知識來智能化地清除這些痕跡？基于此，教師提出了一個跨學科項目式學習的課題：設計與制作一款桌面智能清潔機。

（二）學情分析

通過信息科技課程的學習，學生已經掌握了制作智能機器人的技能，并了解了物聯網在現實生活中的應用。然而，學生將這些技術與物理知識結合起來解決實際問題的機會較少。本項目式學習活動被安排在學生學習了速度、力、電流和電路等物理概念之后，此時他們已經通過多次實驗測量了小車的行進速度，并掌握了電路實驗的基本操作。

二、教學活動的設計與實施

（一）學習目標

基于以上背景，我們以“桌面智能清潔機的設計與制作”作為項目課題開展教學，旨在讓學生利用信息技術解決生活中的問題，幫助他們理解“運動和相互作用”的概念、應用物理學科的相關原理。學生通過小組合作學習，在解決問題和完成任務的過程中，建立科學思維，學習信息技術作品設計與制作的方法和流程，培養跨學科思維和創新能力，實現信息科技與物理學科核心素養綜合發展。

參照《義務教育物理課程標準（2022年版）》和《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，筆者將本項目式學習的目標設定如表1所示。

（二）學習內容

本跨學科項目式學習活動旨在讓學生學習使用“運動和相互作用”的知識來控制智能小車的行進，并融合信息科技學科的知識實現智能小車自動檢測和清除桌面污漬的功能。項目試圖從人工智能的角度探索自動化勞動的潛力，引導學生運用物理和信息科技的知識解決問題，攻克實際生活中速度測量、機械運動與力的關系等難點（見表2）。這樣的學習可以培養學生跨學科知識應用、分析解決問題以及動手操作能力，同時可培養他們積極認真的學習態度和勤于實踐、勇于創新的精神。

通過梳理，筆者將學習內容分解為驅動性問題和子問題，并設計出問題的解決路徑（如圖2）。

1.驅動性問題：如何設計與制作桌面智能清潔機？

2.問題解決路徑：需求分析—作品設計—作品制作—作品評測

3.確定子問題：桌面的基本情況是怎樣的、如何實現污漬的自動識別和清除、如何制作一款桌面智能清潔機、產品是否符合預期。

4.子問題解答：每個子問題由學生完成若干個學習子活動逐步解答。

（三）教學實施

該項目式學習活動需要物理教師與信息科技教師協作完成。首先，兩位教師共同商定學習目標。然后，在課堂教學過程中，物理教師擔任“項目主管”，負責推動項目式學習活動的進展；信息科技教師作為“項目支持專家”，為學生提供信息科技制作方面的專業支持。最后，兩位教師共同參與對學生作品的評價。

教學實施流程如圖3所示。在整個過程中，教師的活動作為主導，學生的活動作為中心。在數字化學習資源的支持下，學生深入探索信息科技和物理學科的核心素養，掌握必備知識和技能，塑造積極的價值觀。

１.創設情境，明確主題

通過展示圖片和視頻，教師向學生介紹生活中各式智能清潔工具，并引導他們細致觀察這些工具在不同場景中的應用，如剎車、清掃和轉彎等功能。同時，教師講解現代自動清潔工具中涉及的信息科技元素，包括機械臂、機器視覺等技術，激發學生對智能清潔工具工作原理的思考。隨后，教師提出“桌面智能清潔機的設計與制作”的任務。

通過觀察和分析自動清潔工具的圖片和視頻，學生深入了解這些工具的應用范圍和基本功能，同時回憶物理學中的運動、摩擦力、能量、物質等知識。接著，學生把“桌面智能清潔機的設計與制作”這一任務細分為多個子任務。

【設計意圖】該環節旨在開闊學生的視野，引發學生思考與探究的意愿，鼓勵學生嘗試利用科學思維與計算思維解決問題，明確學習目標。

２.異質分組，設計方案

在學生自愿分組的基礎上，教師根據異質分組原則指導他們分成若干個4～6人的小組。教師引導學生設計方案，要求他們使用圖表清晰地展示設計思路，并重點闡述智能感應和智能停泊功能的實現方法。

學生團隊合作，完成設計任務。他們對桌面進行測量和建模，確定最終的設計方案。設計方案包括物理建模、程序設計、結構設計、展示交流方案等多個方面。

【設計意圖】教師通過分解任務驅動學生主動學習，旨在培養學生的思維能力和優秀品質，同時提升他們的設計能力、信息科技應用能力和團隊合作能力。

３.探究制作，形成作品

教師指導各小組通過學習管理信息平臺選擇適合桌面智能清潔機的智能硬件設備，并提供豐富的數字化資源來幫助學生理解主控板、傳感器、舵機等硬件的原理和使用方法。教師引導學生分析程序設計的邏輯順序，并教授他們如何使用流程圖來展示編程思路和構建桌面智能清潔機的結構。在作品完成后，教師引導學生收集與整理資料和工具。

學生通過團隊合作，經歷硬件搭建（包括硬件選型、端口分配、通信調試）、程序設計、系統調試、結構制作與裝飾（如3D打印結構、激光切割板塊、拼接）等步驟，完成作品制作。完成后，他們將工具分類放置到指定位置，清理不再使用的模塊和配件，并進行資料收集整理。

【設計意圖】通過制作桌面智能清潔機，學生能夠深入理解物理知識在現實生活中的應用，例如測量速度、物體運動方向控制、摩擦力計算、材料選擇和電路連接等，從而形成科學的物理觀念，培養科學思維和探究精神。此外，通過親身體驗信息技術產品的軟硬件選擇、制作、調試和迭代過程，學生將領會極簡思維和創新思維的重要性，培養計算思維、數字化學習和創新能力，并樹立技術自主可控的意識。資料收集整理環節有助于學生養成安全規范操作的習慣。

４.展示評價，歸納整理

學生以小組為單位展示作品。每個小組指派一名代表介紹方案，其他成員協助演示。各小組相互測試和評價對方的作品。展示和評價結束后，學生需將數字化資源歸納整理，并將所有工具和配件按要求歸置到指定位置，同時負責衛生清潔工作。

教師提出評價標準，并借助學習管理信息平臺分析項目的完成情況，總結學生的學習進展，評選優秀作品。同時，教師引導學生收集、整理并上傳所有相關資料。

【設計意圖】這一過程在培養學生溝通表達能力的同時，引導他們學會欣賞他人的勞動成果，并幫助他們養成良好的勞動習慣和品質。

三、教學活動的總結與思考

關于學習效果的學生訪談和調查問卷反饋顯示，86%的學生很喜歡本次學習活動，73%的學生認為這是一次成功的學習活動，75%的學生認為學科知識的學習得到了促進，80%的學生認為收獲很大。可見，跨學科項目式學習能夠有效激發學生的學習興趣。

基于多年的教學經驗，筆者認為要在數字技術的支持下成功實施跨學科項目式學習，需要關注以下五個方面的工作。

（一）擬定明確的跨學科學習活動目標

跨學科項目式學習活動應兼顧學科內部和跨學科的學習要求，突出各學科的核心概念和原理，并強調在問題探究過程中更系統、更深入地學習和應用學科知識。同時，這些活動應旨在培養學生的合作能力、社會情感技能以及創造性解決問題的能力。在本案例中，信息科技、物理等學科的教師共同研習課程標準的內容要求，并制訂了明確的跨學科學習目標，確保教學活動有針對性和目的性。

（二）選擇學習管理信息平臺進行全過程數據記錄與管理

在項目開始時，教師應選擇一個合適的學習管理信息平臺。在整個跨學科項目式學習過程中，教師應利用該平臺提供的過程管理工具和在線協作工具來制訂學習計劃、分配學習任務，并實時記錄學習數據（見表3）。目前，建立學習管理信息平臺有三種方式：一是使用市場上現有的開源項目管理平臺；二是利用教育主管部門提供的平臺；三是根據自身需求自主開發平臺。

學生完成學習后，教師利用學習管理信息平臺量化評估學生的項目成果，并提供即時反饋與指導，以幫助學生持續提高學習成效。

（三）充分發揮學生的自主學習能力

在數字技術的支持下，跨學科項目式學習打破了傳統的“教師講授—學生接受”的教學模式，轉而采用“問題解決—核心素養培養”的教學路徑。在項目式學習活動中，學生運用物理和信息科技的知識技能，自主選擇軟硬件資源，分析問題，設計解決方案，并將設計方案轉化為現實生活中的產品。在整個過程中，教師扮演的是引導者、協助者和資源提供者的角色，而學生則成為知識的探索者、整理者和構建者，掌握學習的主動權，自主調控學習進程。

（四）統整融合多學科資源

在本項目中，物理教師和信息科技教師共同參與到教學過程中。通過跨學科的協作和交流，發揮不同學科的優勢，教師可以設計出更為全面、系統的教學框架，提高學生解決問題的能力。同時，多學科資源的融合也能為學生提供更為豐富的學習體驗，激發他們的創新思維。另外，在理解其他學科核心素養培養需求的基礎上，信息科技教師可以發揮自身技術方面的優勢，構建適合本校需求的學習管理信息平臺，為開展具有校本特色的跨學科項目式學習賦能。

（五）做好作品匯報交流與評價

在進行包含信息科技學科內容的跨學科項目教學時，教師應特別重視學生的作品展示、交流與評價環節，強調學習成果的導向，力求實現“創意物化”。

在本活動中，學生共提交了25件作品。教師組織了學生自評和互評，并評選出一件最佳作品（如圖4）。這個作品制作團隊利用計算機仿真模擬清潔環境，通過精準的速度、剎車、摩擦力計算，實現最高的清掃效率，并保證最佳的穩定性。教師及時地反饋與點評學生的學習結果，對學習活動進行總結性評價，激發了學生的學習積極性，收到很好的教學效果。

四、結語

“桌面智能清潔機的設計與制作”這一跨學科項目式學習活動緊貼真實的學習情境，通過確立跨學科主題，融合了信息科技和物理學科的知識、方法和思維模式。在數字技術的全面支持下，學生沿著需求分析、作品設計、作品制作、作品評測的問題解決路徑，拓展了認知范圍，并將所學知識創造性地應用于實物制作中，從而促進了核心素養的培養。這次教學嘗試成功有效地將信息科技學科與物理學科融合。

在數字技術的支持下，跨學科項目式學習充分利用了大數據、人工智能等現代技術，綜合了多學科的智慧，并發揮了多學科融合在人力、物力等方面的資源優勢。這種模式優化了學習流程，豐富了資源供給方式，并結合了過程性評價與總結性評價，共同促進了學生的進步，顯著提升了教學質量。

注：本文系廣東省教育科學規劃2022年度中小學教師教育科研能力提升計劃重點項目“基于國家課程的項目式學習實踐研究——以深圳市為例”（項目編號：2022ZQJK025）的研究成果；深圳市教育科學“十四五”規劃2023年度課題“教育數字化背景下跨學科項目式學習的研究與實踐”（立項編號：yb23333）的研究成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育課程方案：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2] 唐雅慧.網絡環境中項目式學習評價指標體系研究[D].重慶：西南大學，2013.

（作者系廣東省深圳市南山區松坪學校高級教師）

責任編輯：李媛