信息科技教學中跨學科主題設計的實踐研究

王蕾 江蘇省南京市鼓樓區教師發展中心

教學現場

隨著《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》的正式頒布，跨學科主題項目引起熱議。學科如何滲透？科學學科、信息技術學科、數學學科如何融合？在原有的群體性學科跨學科主題中，什么才是跨學科主題項目課程的典型特征？跨學科主題項目課程和基礎性學科有哪些關聯？班級授課中的課程，究竟該如何實施？

問題分析

根據《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》的內容，跨學科主題是一種學科整體構建項目，融合了多項基礎學科的內容，遴選科學原理和實踐應用并重的課程內容。通過遴選跨學科主題性認知的方式，即通過選定一定的主題，展開跨學科主題性認知設計和跨學科主題實踐，最終完成既定跨學科主題的項目認知任務。

●跨學科主題認知設計的理論界定與特征分析

《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》倡導真實性認知創新教學方式，以真實問題或項目驅動，引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程和數字化工具應用過程，建構知識，提升問題解決能力。跨學科主題認知設計主題選擇建立在廣泛的實證研究基礎之上，每一個策略均與認知過程的基本類型以及相應的教學方法緊密聯系在一起。

與傳統的技能型基于問題的認知設計相比，跨學科主題認知設計模式的特征包括：更關注指向能力發展的認知任務；提供更多種類的認知任務，包括問題生成、項目設置、案例分析、專業實踐等；更重視任務“社會化情境”的排序和“問題導向式”的邏輯線。在跨學科主題教學設計課教學中，項目化架構的優勢在于課堂教學的內容是個性化的，學習過程采用分層性的方案，學習伙伴自主選擇，評價過程因人而異，每個學生可以在不同的層級上持續他們的學習經歷，為個體的發展提供助力。

●跨學科主題項目中教學的現狀與困境

跨學科主題項目教學的教育環境和認知方式與傳統學科教學有著較大的區別，對于學生來說，設計方式和進程已經成為自身認知內容的一部分。學生使用數字化工具、信息化手段等支持環境，構建自身的認知圖示。

在教學環境的限制及傳統學科的負遷移下，部分教師仍在沿用常規的普通學科的授課方式。跨學科主題項目教學處于新名詞承載舊面孔的尷尬狀態。

在理想的跨學科主題項目中，學生有一定的認知需要，如與他人的合作、學中做與做中學的有機結合、實現想法、數字閱讀等。跨學科主題認知設計可以滿足學生的要求，幫助其提升認知層次，保障認知效能。因此，隨著“互聯網+”的深度融合，需構建“以認知者為中心”的跨學科主題課堂，為師生構建溝通平臺和認知支架工具、認知腳手架，讓學生參與體驗式的自主、互動、探究的跨學科主題認知過程。

●跨學科主題認知設計的教學策略

策略一：完整的項目邏輯線

跨學科主題認知設計的第一種策略為跨學科主題定向活動，即師生共同確定跨學科主題。首先，確定本課的項目邏輯線，繪制認知地圖；其次，由教師引導學生開展小組討論，澄清模糊概念、界定問題、嘗試提供解釋、草擬解決方案；再次，列出認知要點。通過對認知內容的設計，保障認知過程的指向性，為學生建立良性的邏輯思維。

（1）原設計

《校園里的熱帶植物園》是跨學科主題課程的項目，常規的教學，一般沿用溫濕度傳感器原理說明→典型溫濕度觀察→練習搭建智能溫濕度→作品發布→評價與調整這一等過程。在教學流程中，科學學科的特征較為明顯，關注串聯溫濕度的原理介紹，將能否點亮溫濕度作為評價標準。但是，深思其中的認知過程，學生只進行了溫濕度知識的簡單認知，其并未成為一個完整意義上的跨學科主題項目。

（2）思考焦點

留意以上過程，技能型痕跡顯性，跨學科主題項目因素不足，學生缺乏必要的認知定向。學生是為認知溫濕度而搭建，并非為搭建作品而認知溫濕度。因此，此種傳統的認知方式缺少跨學科主題定向環節，整體教學過程乏善可陳。

（3）改進型設計

在基于跨學科主題認知設計的過程中，《校園里的熱帶植物園》一課將進行更有指向性的設計過程，建議設計如下。

導入部分：教師提供校園里智能熱帶園的照片和視頻，讓學生感受亞熱帶中的熱帶植物園的植物種類。

引發思考：如何構建具有保護性的熱帶植物生活環境作品。

學生跨學科主題：分小組合作，提出創作思路。

預設1：植物寶寶愛睡覺——溫度可宜。

預設2：花朵寶寶愛生長——濕度恰當。

預設3：果實寶寶愛甜美——PM2.5可控。

預設N：……

提出主題：以小組為單位，確定主題，繪制思維導圖。

小組分工：成員定位，確定各自在組內的身份和任務。

認知定向：分解認知內容，找出具體認知點（溫濕度基礎知識、開關按鍵、串聯溫濕度等）。

跨學科主題實施：根據自身需求，實施認知行為。

交流評價：各小組交流跨學科主題成果，對照任務目標，考查認知目標的達成率。

反思調整：依據評價情況，調整定位，為后續認知打下基礎。

教學評析：在以上的跨學科主題認知設計中，學生不再拘泥于某一個學科的具體知識，而是發揮主觀能動性，通過對認知目標的定位、認知伙伴的定位、認知項目的定位、組內合作的定位，形成完整的系列認知框架。教師成為學生的協同者，對各級定位進行必要的指導，與其共同合理完成認知過程。

策略二：技術賦能下的自主認知

跨學科主題認知設計的第二種策略為構建良好的技術賦能的認知環境，借助適宜的技術賦能工具，鼓勵學生進行自主認知。跨學科主題項目課程重視融合性的整體教學效能。在基于跨學科主題認知設計的教學中，環境的支持是幫助學生進行全息認知的重要維度，根據前一策略的認知指向，進行有針對性的自主環境構建，并據此開展泛在性的深度認知。

（1）原設計

《名畫動起來》是跨學科主題項目課程，要求在1～2課時的范圍內，創作相應的信息化作品。常規的教學思路如下：教師演示動態名畫的搭建方式→講解動作程序腳本的原理→介紹相關程序模塊的搭建→學生創作固件部分→學生搭建程序腳本→合成硬軟件→調試作品→教師小結。

（2）思考焦點

由以上過程可知，信息技術學科的特征突出，重視機器語言和算法編程，以程序概念的介紹和語句編寫為重點內容。但是作為跨學科主題項目課程，顯然本課的關注點是不全面的，缺乏關于路燈結構的內容認知，學生缺乏必要的應景性生活常識需求，所以教學過程較為單調。

（3）改進型設計

在基于跨學科主題認知設計的《名畫動起來》一課中，可以進行適宜的教學環境的供給、認知工具的支持，讓學生能夠在力學、工程學、創客項目中得到跨學科主題能力的提升。教學建議如下。

教學環境：創客類實驗室、配有無線網絡及移動終端的投屏設備。

教學工具：PAD或智能手機。

教學軟件：可穿戴型智能設備。

認知過程：

導入：教師播放全息影像，將學生帶入《清明上河圖》的優美意境中。

師：當你賞宋朝市集街景時，你想看到什么？你能看到什么？

生：夜晚美麗的宋朝市集街景、路燈下來往的人群、林間小道上行走的商販。

師：要想看到以上景象，需要哪些條件？

生1：隨時了解動作路徑。

生2：通過光照度調節動作的幅度。

生3：變化畫面的光照。

小結：監控自然照度、控制燈光照度、調節燈光顏色……

小組合作：角色1→通過移動終端上的編程平臺，搭建相關程序腳本。角色2→根據個性化平臺上的指引，搭建硬件結構。

師生共建：教師組織學生商議硬件結構的穩固程度，利用移動終端投屏，展示各組作品，組織測試，觀察結構是否穩固、是否符合環境要求。

建模仿真：將已經完成的結構進行仿真投射，觀察其是否能夠正常達到跨學科主題要求。

融合任務：軟硬件結構進行整合，在真實的環境下，進行設備的調試，觀察其效能。

反思提升：各組依據實際情況，調整作品。

評價總結：組織評選，借助穿戴智能進行服裝秀，選出獲獎作品。

教學評析：以上的認知設計，將力學、工程學、仿真技術、編程技術進行了有效的融合。在“名畫動起來”的主題涵蓋下，進行卓有成效的多重組合：力學知識幫助學生搭建適宜的古代市集面貌；工程學安排跨學科主題流程，仿真技術提供了多維度的初步測試，保障了認知效能。

策略三：動態考察評估與驗證

跨學科主題認知設計的第三種策略為動態考察評估與驗證學生的認知達成度，即通過多維度的評價，不斷地對認知過程進行考察，驗證其是否進行了與第一策略指向的內容相吻合的認知過程。

（1）原設計

在中小學跨學科主題項目課程中，“紅旗飄飄”是主旋律內容。該課與道德與法治學科融合，讓學生制作富有創意的各類紅旗，完成列隊站紅姿的實踐互動活動。在跨學科主題項目中，該課有著一定的程式，可循的認知設計如下：智能上繪制紅旗樣稿→木鋸或電鋸切割材料→膠槍連接結構件→嘗試列隊站紅姿→修改作品。

（2）思考焦點

以上的設計是以技術為主，思想性和主流性不足，因此其設計的深度和新意不足。學生多操作、少思考，教師沒有提供及時的評價建議，因此沒有達到跨學科主題項目跨學科主題認知的目的。

（3）改進型設計

在基于跨學科主題性認知設計的過程中，可將該課進行結構化的改良，以促進學生的跨學科主題性能力的提升。教學建議如下。

玩一玩：帶著學生模擬搭建紅旗。

想一想：紅旗是如何隨風飄揚的？

畫一畫：畫出紅旗的結構圖（教師判斷結構是否合理，并提出改進意見）。

試一試：用積木類創客套件搭建紅旗（小組成員判斷積木使用是否恰當）。

用一用：將已經完成的紅旗與風動傳感器相連（教師判斷其傳感器的選擇是否合適）。

學一學：下載半成品腳本，調試紅旗（小組間相互評測紅旗的效果）。

教學評析：以上的認知設計淡化了腳本的編寫，突出了搭建過程的優化，讓學生在教師的指導下，不斷反思自己的作品，提升跨學科主題認知能力。

策略四：認知效能的閉環降維

跨學科主題認知設計的第四種策略為閉環提供過程體驗，降低技術難度符合學生認知經驗。提升認知效能，即運用多種認知手段，幫助學生最大程度地挖掘認知潛能、拓展認知廣度、加深認知深度，以完成認知過程的優化。

（1）原設計

“神舟N號”是跨學科主題項目中的常見主題之一，該課與科學學科和物理學科融合，常見的教學設計一般沿用以下的流程：視頻介紹探月車（如月球車）→搭建探月車（科學課用木器、信息課用積木件）→編寫程序→模擬探月車。

（2）思考焦點

從以上的設計中不難看出，原本較為有趣的內容變得枯燥乏味，使得學生對探月的主題意興闌珊，沒有興奮點。本課的項目主題和認知內容契合度不高，因此需要調整。

（3）改進型設計

在基于跨學科主題認知設計的《神舟N號》中，教師將探月的科學學科主題進行深度挖掘，借助信息化的工具，為學生創設適宜的認知方式，提升認知效能。建議過程如下。

互動引導：神舟N號升級了什么？

問卷調查：借助問卷星等便捷的通信工具，進行有關探月工程主題的調查。

個性認知：

認知1——工程思維：對探月飛船結構好奇的組→進行有關飛船歷史和結構的分析，可用演示文稿或電子報刊或H5實現。

認知2——邏輯思維：對飛船避障有興趣的組→進行有關紅外線傳感器和超聲波傳感器的認知，可搭建探月小車、虛擬引導器等。

認知3——創新思維：對探月行動有探究欲望的組→進行有關跨學科主題流程的組合，可利用思維導圖、在線腦圖等工具。

學生競賽：組織同類型的項目進行展示擂臺，通過學生的視角，反饋認知結果。

師生提煉：教師給出提升意見，幫助各組完善作品。

教學評析：在以上的認知設計中，認知主題和認知對象均由學生提出，他們根據自我的認知需要，提出任務達成目標，實施操作行為。該認知設計采用開放式的形式，給學生充分的個性化訂制計劃，發揮其主觀能動性，對認知內容進行意義認知，符合跨學科主題項目課程的要求。

●跨學科主題項目中跨學科主題認知設計的關注點

基于跨學科主題認知設計的信息科技學科項目，關注學生多維度素養的提升，具有構建跨學科主題能力的重要意義。在教學實踐過程中，務必關注以下問題：

首先，有機選擇認知設計的策略。跨學科主題性認知設計的四種策略，既可以組合使用，也可以根據課程情況進行必要的整合和區分，以期達到更為理想的教學效果。

其次，認知設計的大、小主題選擇。跨學科主題性認知設計的主題有范圍的區別，既有課時較多的大主題，也有短時間內可做完的小主題。大、小主題的選擇應該適應不同的認知對象、認知環境和小組成員，采用適宜的形式，確保作品的可達成。

最后，跨學科主題項目的彈性范疇。跨學科主題性認知設計相對于問題導向設計而言，更加注重項目的跨學科主題性和整體性，強調學生多種素養的提升。因此，在設計過程中，應給予學生多種能力的鍛煉機會，幫助其構建完整的作品創作思路。