以拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導向的小學數(shù)學跨學科游戲化教學設(shè)計

拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需貫穿基礎(chǔ)教育全過程，小學數(shù)學作為培養(yǎng)學生高階思維發(fā)展的基石，亟需構(gòu)建符合拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)需要的教學模式。本文結(jié)合“人航熊（文創(chuàng)產(chǎn)品）在哪里”教學案例，探討“創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)—融合學科知識—反思創(chuàng)新實踐”的跨學科游戲化教學的設(shè)計路徑，論證其對提升學生分析、綜合、評價、創(chuàng)造等高階思維能力的有效性，為小學數(shù)學拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供實踐范式。

一、創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)，提升邏輯推理與分析能力

“人航熊在哪里”活動以北師大版數(shù)學二年級《方向與位置》單元、科教版科學二年級《太陽的位置與方向》為基礎(chǔ)，通過設(shè)置尋寶（人航熊）情境引導學生綜合運用基數(shù)、序數(shù)、方向概念等知識以及方向詞語和空間定位解決實際問題。教師以校園環(huán)境為背景，設(shè)計了一條融合方向詞語（如東、南、西、北）、空間定位（如上下、左右、序數(shù)）以及科學學科中太陽位置與方向關(guān)系知識（利用太陽東升西落規(guī)律辨別方向）的尋寶線索。學生以5～7人為一組，分5個小團隊，從不同初始位置出發(fā)，依次循著三條線索找到藏寶地點。

具體任務(wù)流程如下。活動設(shè)置的第一條線索指向方向詞語與基礎(chǔ)定位。如“國旗桿下”小隊的首條線索為“向東走，啟航樓樓道口第2間教室”。學生需要準確識別方向“東”，并結(jié)合科學學科中的太陽位置與方向關(guān)系的知識（如上午時太陽位于東方）驗證方向的準確性。在實際導航過程中，學生需觀察教學樓、樓道口等校園標志物，運用“第2間教室”的序數(shù)表達等空間定位概念規(guī)劃路徑。第二條線索指向空間概念。學生抵達啟航樓樓道口第2間教室后，發(fā)現(xiàn)第二條線索提示“向上走2層，盆栽下”。此任務(wù)要求學生理解“上”“下”的空間方位，并通過數(shù)樓層（涉及基數(shù)與序數(shù)的轉(zhuǎn)換）確定目標位置。例如，學生需從當前樓層開始計算“向上2層”，并精準定位盆栽所在位置，訓練空間感知與邏輯推理能力。第三條線索“向北走，從西數(shù)第3間教室窗臺上”，指向綜合方向與序數(shù)的復雜定位。學生需結(jié)合“北”的絕對方向與“從西數(shù)第3間”的相對序數(shù)定位，同時調(diào)用科學學科中太陽位置與方向關(guān)系的知識輔助判斷。若活動時間為上午，學生可利用“太陽位于東方”的規(guī)律驗證方向“北”的準確性。

借助情境化的挑戰(zhàn)性任務(wù)，學生將抽象的數(shù)學概念理解轉(zhuǎn)化為行為表現(xiàn)。活動線索從簡單的方向詞語（如“向東走”）逐步過渡到復雜的序數(shù)定位（如“從西數(shù)第3間教室”），符合學生的認知發(fā)展規(guī)律。這種遞進式設(shè)計符合心流理論中“技能與挑戰(zhàn)平衡”的原則，能使學生始終處于最近發(fā)展區(qū)，有效調(diào)動多元智能，從而為拔尖創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)提供支持。

二、融合學科知識，強化解決問題能力

本案例設(shè)計采用兩門學科融合策略。一是數(shù)學與科學的顯性結(jié)合。學生在活動中綜合運用數(shù)學“方向與位置”單元知識與科學“太陽的位置與方向”單元知識，判斷線索指向的位置。學生需綜合應(yīng)用“東、南、西、北”概念與“太陽東升西落”的規(guī)律判斷方向。特別是在第三條線索中，學生被要求“利用正午太陽高度角縮小搜索范圍”，即通過測量影長判斷時間，進而確定方向。二是多學科知識的隱性滲透。在尋寶過程中，學生需綜合運用以下多學科知識進行判斷與合作，如：數(shù)學學科中的序數(shù)（如“第2間教室”）、基數(shù)（如“走2層”）、空間方位（如“上下左右”），科學學科中的太陽位置與時間關(guān)系、自然現(xiàn)象觀察（如影子長度變化），語文學科中的閱讀與表達能力（學生需要精準解讀線索并與團隊溝通）等。

跨學科整合是游戲化教學實現(xiàn)深度學習的重要策略。根據(jù)建構(gòu)主義理論，知識的跨領(lǐng)域遷移需通過“情境化錨定”（anchored instruction）實現(xiàn)。本案例中，數(shù)學“方向與序數(shù)”與科學“太陽位置規(guī)律”的結(jié)合，正是通過“錨定問題”（如利用太陽方位輔助導航）促進學生建構(gòu)抽象概念的意義。游戲化學習中的跨學科設(shè)計能夠打破“惰性知識”（inert knowledge）困境，使學生在真實應(yīng)用中形成“適應(yīng)性專長”（adaptive expertise）。從拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)考慮，跨學科能力是“T型人才”的核心特征，即兼具某一領(lǐng)域的深度（垂直能力）與多學科廣度（水平能力）。本案例中，“利用正午太陽高度角縮小搜索范圍”等策略體現(xiàn)了對數(shù)學與科學知識的整合應(yīng)用。

三、反思創(chuàng)新實踐，深化評價與創(chuàng)造能力

本案例中，反思與創(chuàng)新環(huán)節(jié)設(shè)計主要從兩方面體現(xiàn)。

一是開展團隊即時反饋。尋寶活動結(jié)束后，各小隊需進行內(nèi)部反思，總結(jié)策略實施情況。教師引導學生通過“優(yōu)勢—不足—改進”框架進行結(jié)構(gòu)化反思，并錄制視頻。如，某小隊在反思中發(fā)現(xiàn)，團隊在尋寶過程中的優(yōu)勢在于個別成員具有較強的方向感，能快速識別線索中的方向詞語，不足之處在于過度依賴這些成員，導致其他成員的參與度較低，整體效率下降；改進措施是制定“分工解碼線索”的新策略，確保每名成員參與線索破解過程，提升團隊協(xié)作效率。還有小隊認識到，隊員忽略了科學課中的“太陽高度角”，下次游戲時應(yīng)提前復習相關(guān)知識。通過回顧反思，學生的評價與創(chuàng)造能力得以提升。

二是開展線索再設(shè)計活動。首個完成任務(wù)的團隊需重新設(shè)計藏寶線索，為后續(xù)小組設(shè)置挑戰(zhàn)任務(wù)。學生在此過程中不僅需調(diào)用跨學科知識，還需運用發(fā)散性思維突破“固定路徑依賴”。例如，某團隊將藏寶地點改為“火箭雕塑西側(cè)第3棵樹下”，并設(shè)計如下新線索：線索①為“正午時，影子最短的方向是正北，據(jù)此向南走至領(lǐng)航樓”；線索②為“從領(lǐng)航樓東側(cè)樓梯向上3層，尋找窗臺有藍色標記的教室”；線索③為“該教室從北數(shù)第4張課桌抽屜內(nèi)藏有最終線索”。學生的這一設(shè)計不僅融入“影子長度與時間關(guān)系”的科學知識，還增加了“顏色標記”與“復雜序數(shù)”的數(shù)學挑戰(zhàn)。學生通過線索再設(shè)計將具體尋寶經(jīng)驗抽象為通用策略（如“利用影子長度判斷時間”），并通過新線索的主動實踐，在行動中反思、優(yōu)化問題解決策略。學生設(shè)計新線索的過程需要“領(lǐng)域技能”（數(shù)學與科學知識）、“創(chuàng)造性思維”（非標準化解決方案）與“任務(wù)動機”（競爭與成就感）三者的協(xié)同作用。從拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)角度看，創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)直接指向“創(chuàng)造性產(chǎn)出”能力的培養(yǎng)。

（作者單位：劉姝君，王晨陽，人大附中航天城學校；劉譽，北京大學教育學院學習科學實驗室）

（本文系北京市教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度延續(xù)課題“基于學習科學和游戲化學習的學習能力培養(yǎng)研究”的成果。課題編號：CEFA21067）