5EX模型指導下的《創意紙電路》課程活動設計

〔摘 要〕 跨學科項目學習是培養學生核心素養的主要教學方式之一，而創意紙電路課程能夠整合科學、勞動、數學、信息科技及藝術等多門學科知識，具有很強的實踐性與綜合性，非常適合作為開展跨學科學習項目的載體。本文基于華南師范大學李克東教授的5EX設計模型理論，以緊密聯系生活實際的“光控路燈”為主題，通過提出問題、制訂計劃、需求分析、設計搭建、編程實現、創意路演、評價反思7個教學活動環節，將科學實驗、信息科技的算法實現與藝術設計和動手制作緊密融通，完成“光控路燈”項目的創作與展示，全面促進學生的綜合能力發展。

〔關鍵詞〕 5EX設計模型；《創意紙電路》；活動實踐

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 24 061-063

一、問題的提出

教育部等八部門聯合印發的《關于進一步激發中小學辦學活力的若干意見》，明確提出學校在遵循教學基本要求的基礎上，可自主實施跨學科主題教學。教育部印發的《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》，設置了占課時一定比例的“跨學科主題學習活動”，力求課程綜合化實施，變革育人方式，全面落實立德樹人根本任務。《創意紙電路》課程將紙藝創作與電路知識、硬件編程技術融合在一起。以紙電路材料，如導電膠帶、貼片LED燈、智能電子元件等作為學習材料，讓學生融合各學科知識完成一個有趣、有用、又具藝術表現力的紙電路作品。因此，基于跨學科主題教學設計理念，依托紙電路編程創作開展學習活動，是推進跨學科項目式學習的有效嘗試。本文基于華南師范大學李克東教授的5EX模型理論，實施跨學科學習活動，以緊密聯系生活實際的“光控路燈”為主題，通過提出問題、制訂計劃、需求分析、設計搭建、編程實現、創意路演、評價反思7個教學活動環節，探索將教學設計模型與“科創+藝術”課程相融合的實施路徑，為新課標理念指導下跨學科主題教學的實踐方向和教學設計提供啟示。

二、5EX模型指導下的創意紙電路課程活動設計

5EX模型由華南師范大學李克東教授團隊提出，是一個旨在提供指導跨學科學習活動設計與實踐的理論模型。該模型遵循有效設計和實施跨學科學習的5個要點，強調以項目式學習引導學生從真實情境出發，通過任務驅動發現、整理及整合相關聯學科的知識，激發學生創新思維，鼓勵其運用相關聯學科的知識進行分析，以效果完成倒推問題解決，提高其綜合實踐能力。具體學習活動設計分為進入情境與提出問題活動（EnterandQuestions，簡稱EQ）、探究學習與數學應用活動（ExplorationandMathematics，簡稱EM）、工程設計與技術制作活動（EngineeringandTechnology，簡稱ET）、知識拓展與創意設計活動（ExpansionandCreativity，簡稱EC）和多元評價與學習反思活動（EvaluationandReflection，簡稱ER）。結合5EX設計模型的跨學科設計理念與創意紙電路課程活動形式，筆者設計了與學生真實生活情境緊密聯系的項目“光控路燈”。活動包含如下7個環節，如圖1所示。

跨學科學習是“光控路燈”項目設計與實施的核心，基于真實情境的問題驅動，引導學生一步步完成分解任務，啟發學生思考光控路燈的算法實現，感受科學探索的方法和紙藝作品的制作過程，科創教育和藝術發展相融合，促進學生綜合能力的提高。

三、“光控路燈”項目跨學科活動實踐

（一）教學內容分析

《microbit與紙電路創意編程》是珠海市“十四五”教育科研規劃課題“小學科創+藝術融合課程的實踐研究——以《創意紙電路》課程為例”中三個維度的子課程之一。該課程共設計有8個單元的跨學科實踐項目，“光控路燈”項目是其中之一，包含4個課時：第1課時的任務主要是“場景設計”；第2課時的主要任務是“電路連接”；第3課時的主要任務是基于makecode平臺進行microbit硬件編程，實現光控路燈的智能控制效果；第4課時的主要任務是創意展示和評價反思。

本單元項目的目標是引導學生用融合科學、藝術、信息科技多學科知識及能力設計出“光控路燈”的不同場景應用。在項目實踐中培養問題解決的能力和創新能力，以期提高信息科技素養、美學素養，以及智能時代的勞動品質。

（二）學習者分析

本單元的教學對象是小學六年級學生，他們對圖形化編程很感興趣，通過前面的學習已經做好光控路燈的場景設計和電路連接，熟悉makecode的編程環境，能熟練使用microbit的基本語句。但對光控路燈的編程原理和思路還不清晰，需要在教師的引導下嘗試探究，用算法解決實際問題。

在學習意識方面，經過前期每個項目實踐的鍛煉，學生已經逐漸養成運用項目學習手冊進行小組合作探究的學習習慣，為項目實現提供了良好基礎。

（三）學習目標

科學維度：了解光控開關的實現原理，掌握串聯電路的設計方法與實驗驗證；能梳理出光控路燈的算法流程圖；培養學生在智能社會中負責任、安全、合理地使用信息科技，同時注意風險防范的責任意識。

技術維度：熟練使用導電膠帶、LED燈進行電路連接；靈活使用microbit各指令模塊，制作光控路燈；培養學生選取材料，合理使用實驗工具的能力。

工程維度：硬件的連接，整體場景的搭建完成；通過項目式學習和任務驅動，培養學生“觀察—分析—提煉—實踐”的學習方法；通過問題解決導向的編程實踐，掌握“分析—設計—調試—優化”的程序設計思路。

藝術維度：光控路燈的應用場景設計，造型創意設計；讓學生體驗造型的樂趣，培養審美評價能力；口頭表達能力；創新能力。

數學維度：電路與場景融合的測量與計算，電路圖與流程圖的繪制；用數據編碼解決問題的算法思想；用數據闡述結果的能力；數學邏輯思維的能力。

（四）教學活動

EQ（1）：進入情境，初探項目。本環節，教師首先為學生提供真實的光控路燈的視頻，激發學生自己動手制作的探究興趣。其次，教師根據紙電路導學案，提出與本主題相關的問題，如：生活中哪些場景需要用到光控路燈？哪些方式是我們小學生可以嘗試的？是否可以用紙電路和編程控制來實現？

EQ（2）：提出問題，制訂計劃。本環節從“光控路燈”紙電路項目完成的目標出發。首先，教師依據主題拋出問題：“如何規劃設計光控路燈項目？”其次，教師組織學生梳理完成制作的一般流程：需求分析—場景設計—電路設計與實驗驗證—道具場景制作—算法設計與編程實現—創意展示。再次，教師帶領學生明確小組任務分工，將語文、科學、美術、信息科技等學科知識進行跨學科關聯。最后，師生一起梳理制作過程可能出現的問題及預設解決方案，明確本項目的最終評價方式。過程性評價：各項目實踐環節完成情況（小組評分榜）；總結性評價：項目作品展評、項目學習手冊完成情況。

EM（1）：自主探究，電路設計。本環節主要從科學電路實驗進行切入，指導學生進行光控路燈的電路設計。教師示范講解光控路燈的實現原理，學生通過微課自主學習microbit控制板的連接以及microbit引腳電平的知識，重點掌握如何設置變量，引導分析設置變量用0和1來表示燈的狀態（算法世界的編碼思想）。

EM（2）：場景搭建，數學應用。設計完電路以后，進入場景搭建環節。學生可以設想公路路燈、學校樓道等多個不同的光控路燈應用場景。其間，測量好相關比例，規劃好開關位置，繪制出場景圖，并配合故事角色動作，加以燈光布置營造氣氛，增強作品的感染力。

ET：工程設計，編程實現。本環節讓學生基于makecode平臺進行microbit硬件編程，實現光控路燈的智能控制效果，進一步感受工程設計的過程。首先，啟發學生進行需求分析，分析光控路燈的實現原理。學生分小組進行頭腦風暴，用肢體語言來表演光控路燈的實現效果是怎樣的，提出解決方案。其次，教師強調算法設計邏輯“與”和邏輯“或”的不同。再次，小組借助教師提供的支架進行算法流程圖的設計，并進行小組匯報；最后，自主學習變量設置和分支結構設計，編程實現效果。

EC：知識拓展，創意路演。本環節為學生搭建創意自主發揮的平臺，引導學生通過完成小組《項目學習手冊》、全組上臺展示交流并分享創意設計，旨在引導互相學習，開拓學生的創作思路。鼓勵學生大膽表達，鼓勵多學科融合的設計思維和敢于表達的能力，場景角色扮演，科學探究演示，提升學科綜合素養。

ER：評價反思，修改作品。本環節，教師引導本次項目式學習總結與反思，從學習過程和作品成效兩個方面來開展自評互評，并進行經驗分享。小組在創作過程中有沒有遇到困難，是怎么解決的；小組有什么成功經驗等等。教師還提供智能家居實現方案的拓展視頻，分享算法設計在智慧生活中的創新應用，啟發學生思考更多的設計方案和對智慧生活的暢想。同時介紹信息安全和隱私保護的信息社會責任，提煉升華。

（五）教學反思

按照項目式學習活動計劃，5EX模型支持下的創意紙電路“光控路燈”項目的教學任務順利完成，學生在教師的引導下成功創作了符合主題的紙電路作品。課程結束后，教師對整個教學過程進行回顧、分析，發現教學中有可提升的空間。本次項目制訂了切實可行的教學目標，注重培養學生的核心素養和跨學科綜合運用知識來解決問題的能力。在教師的指導下，學生在整個項目創作過程中積極嘗試小組合作學習方式，小組成員均較好地完成了自己的任務，遇到問題會尋求團隊和教師的幫助，主動溝通、解決困難。但發現學生將整個項目拆分為小任務時存在一定困難。因此，無論是創設情境、設置問題、呈現內容還是答疑，均應引導學生運用多個學科的知識，多維度思考來嘗試解決問題。

四、結語

本文基于5EX設計模型設計了創意紙電路課程的“光控路燈”項目活動，驗證了5EX模型指導跨學科活動設計的有效性，同時詳細闡述了具體的教學流程和實施步驟，為“科創+藝術”的跨學科教育實踐提供了流程路徑與案例借鑒。未來研究可基于本案例的經驗，進一步對跨學科教學活動設計進行深入探索和完善，融合發展，共建共享，以更好地落實培養學生學科核心素養、全面育人的目標。

【本文系珠海市教育科研“十四五”規劃2022年度課題“小學‘科創+藝術’融合課程的實踐研究——以《創意紙電路》課程為例”（立項批的課題準號：2022ZHGHKTG175）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[M].北京：北京師范大學出版社出版，2022.

[2]李克東，李穎.STEM教育跨學科學習活動5EX設計模型［J］.電化教育研究，2019（4）：5-13．