跨學科視域下小學數學項目式學習設計要素探究

【摘要】基于跨學科視域開展小學數學人工智能的項目式學習，能有效地促進學生認識數學的科學價值、應用價值、文化價值和審美價值，從而培養學生對數學的好奇心，同時能在跨學科教學理念下增強學科融合，刺激創新意識和創新能力的生發.文章通過“五性要素”即問題提出的真實性、活動體驗的探究性、模型建構的復制性、自我評價的延展性、項目成果的推廣性闡述了跨學科視域下小學數學項目式學習設計的若干策略，旨在使學生通過親歷學科間的深度關聯與融合，促進他們綜合運用能力和創新意識的培養.

【關鍵詞】小學數學；跨學科；人工智能；項目式學習

一、跨學科視域下項目式學習的背景

2019年，國務院發布的文件《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》中提到了優化教學方式，其中包括開展研究型、項目化、合作式學習.同時新頒布的《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》，對教學方式提出諸多要求，尤其強調注重培養學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力，基于此提出設計綜合課程和跨學科主題學習，探索大單元教學，積極開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動.然而在現實的教學中主要以傳統的教學方式為主，學科知識之間或與其他學科之間是零散甚至是互不干涉的.學生學習知識相對獨立，缺少系統的融合互通，影響學生對問題的綜合思考和協調處理.而項目式是實現學生綜合性學習、跨學科學習的非常好的方式之一.因此，要想促進學生的綜合能力以及更好地落實核心素養的培養，教師就可以通過“項目”幫助學生在不同學科領域之間形成有意義的關聯、分析問題、解決問題，從而推進學生學科思維能力的遷移，拓展學生項目式學習視野，給學生帶來更加全面的數學認知體驗.

二、跨學科視域下項目式學習的實踐

基于對跨學科項目式學習的思考，筆者所在學校開展了對小學數學學科與多學科融合的項目實踐.從學校特有元素出發，關注學科教學難點，整合多學科資源，培養學生的創造性思維.下面筆者將結合《狐尾山的智能地圖》這一課例具體闡明在跨學科視域下如何設計項目式學習.

（一）跨學科學習項目《狐尾山的智能地圖》的設計思想

1.設計邏輯

《狐尾山的智能地圖》這一項目式學習是基于筆者所在學校人工智能教育已經開展有所成效的基礎上，以三年級學生對于線段距離、方位方向判斷、角的認識等數學知識認知為出發點，將數學學科與人工智能進行有效融合.

（1）學情分析

本課學生為三年級學生，屬于筆者所在學校正在編寫的人工智能三年級校本課程《Ai自然》中的第二個主題.本節課作為跨學科實踐性課程，將融合數學學科、信息學科和道法學科.從學生興趣出發，緊密聯系生活，以趣味探究智能地圖為主，激發學生自主探究的動力并提高學生分析問題的能力.

學生生活在一個由真實世界與數字世界交融的環境中，在之前的人工智能課上已經初步了解什么是人工智能，處于人工智能的啟蒙階段.

（2）學習目標

①借助游覽狐尾山的真實情境，通過使用在線工具規劃路線，創作簡單作品.

②利用數字設備與小組成員開展合作、解決問題，了解數字化學習環境的優勢，能夠借助數字化環境開展學習.

③培養熱愛自然之情，提高社會性與參與度，體會和發揚敬老好風尚.

④通過活動，體驗信息科技在生活中的用途，激起學習探索人工智能的熱情和愿望.

（3）教學重點與教學難點

【教學重點】

①通過尋找工具規劃路線，體驗智能地圖能夠查詢景點，快速計算路程和時間的功能.

②提高數字化合作與研究的能力.

【教學難點】

通過自主學習和知識遷移，了解智能地圖的工作原理，從智能體驗中激發人工智能的探究欲望.

本項目作為跨學科實踐性課程，將融合數學學科、信息學科和道法學科.從學生興趣出發，緊密聯系生活，以趣味探究智能地圖為主，激發學生自主探究的動力并提高學生分析問題的能力.在突破數學知識難點的同時培養學生的編程思維，提高學生的創新能力、綜合設計能力和動手實踐能力，強調學生在直接經驗和親身經歷的基礎上，通過直接體驗人工智能技術的應用獲得豐富的學習體驗.培養學生能夠在生活中發現問題、在實踐中分析問題和解決問題、在活動中獲得知識的能力.

2.項目任務和活動設計

項目式學習是促進學生深度學習，實現學生核心素養發展的重要途徑.而深度學習具體表現為：深層動機、深度體驗、高階思維、深度理解和實踐創新.因此在設計項目式學習時，教師要注重設計真實有效的任務群，促進學生的學習動機，并且安排以學生學情為基礎的活動，借助問題驅動學生深度參與到活動中，經歷知識的產生、發展過程，從而促進學生的深度理解.下表是《狐尾山的智能地圖》的項目任務和活動設計情況.

（二）跨學科學習項目的設計要素

筆者通過對跨學科項目式學習設計的相關理論進行文獻搜索和思考，結合筆者本次的備課思考，粗淺提煉了跨學科項目式學習設計“五性要素”即問題提出的真實性、活動體驗的探究性、模型建構的復制性、自我評價的延展性、項目成果的推廣性.

現結合“五性要素”以數學、人工智能和道法跨學科項目設計《狐尾山的智能地圖》為例，說明跨學科項目式學習設計的教學實踐.

1.問題提出的真實性

跨學科項目化學習指向學生問題解決能力，學生在問題情境中探究學習，實現知識的跨情境遷移.因此在項目式學習中問題的提出至關重要，而問題的真實性則將決定項目式學習的效果.在設計項目式學習的教學內容時，應不局限于學科、單元的固定內容，而是根據解決實際問題的需求，結合原本的學科學習任務，構建更加真實、有意義的學習問題.從解決真實性問題的學習需求出發，重新整合學科知識，定義學科能力，使得抽象的知識變得生動形象，讓學生透過真實問題看到知識背后的本質和實際意義.

例如，在本項目中，“狐尾山智能地圖”教學內容的提出并不來自任何學科的教材內容，而是基于學生生活的真實問題.濱北小學毗鄰狐尾山腳下，學生在課余生活中會與家人到狐尾山游覽玩耍，并也有為了抵達所想去的景點，選擇正確的路線與方向而使用地圖的經驗.在此真實的生活體驗的基礎上，學生會產生許多有意義的學習問題，如在課前調查，學生提出了“哪些景點值得去？”“景點在我出發位置的什么方向？”“路程距離是不是適合與家人一起游覽？”“景點與景點之間如何規劃游覽順序？”等有價值的問題.通過這些問題，教師就可以基于小學數學的學科知識，再結合人工智能、道德與法治等學科素養，建構起一個基于生活本質與意義的跨學科項目式學習課堂.

學生在項目式學習的真實問題引領下，獲得了解決真實問題的知識，這種以學生為中心、以探究為基礎的學習過程，勾連了知識與知識之間的復雜聯系，也拓寬了知識內部的結構深度，從而培養了學生用數學的眼光觀察現實世界、用數學的思維思考現實世界、用數學的語言表達現實世界的意識.

2.活動體驗的探究性

在小學數學教學中，指向思維培養的學習活動會使學生深度思考如何利用所學知識完成任務？以及為什么可以利用這些知識解決問題？因此，情境活動的創設與學生對數學知識的理解具有十分密切的關系，活動體驗越復雜，所具有的探究性就越強.探究是對科學性問題的探究，即學生圍繞所提出的真實性的問題開展有意義的、有挑戰性的探究活動，尋找解釋問題的依據或者解決問題的方法，并對討論結果進行闡述和論證.

例如，在本項目的學習中，教師帶領學生探究感受智能地圖用數字指引方向，學生在智能地圖中輸入相關數值，指引任務人物在地圖上行走，當輸入的數值符合正確方向的數值范圍，任務人物則可順利到達地圖的終點.課堂上，學生在“玩”中學，通過活動過程和結果的對比，培養了觀察、分析和歸納推理的能力，也在失敗中，鍛煉了直面困難的勇氣，激發了學生探究的好奇心和主動思考的積極性.

項目將學生生活中的問題躍然紙上，結合人工智能地圖讓學生可以生動形象地利用所學知識進行深度探究，讓學生在操作中感悟數學知識與解決生活真實問題之間的聯系.化抽象為直觀，使學生能學會、學懂、學透數學的概念與知識.以深度體驗促進學生學科關鍵能力的形成.

3.模型建構的復制性

跨學科的數學項目式學習，設置的活動任務應能夠促使學生積極參與數學建模過程，深化學生對相關數學知識與思想方法的掌握.而數學素養中的“數學建模”是對現實問題進行數學抽象、用數學語言表達問題、用數學方法構建模型解決問題的素養.數學建模過程主要包括：在實際情境中從數學的視角發現問題、提出問題、分析問題、建立模型，確定參數、計算求解、檢驗結果、改進模型、最終解決實際問題.

在本項目的學習中，有一個至關重要的環節，就是讓學生建立起“數字與方向一一對應”的模型觀念，讓學生理解在計算機的世界里，現實世界的方向是通過數字來表示的，智能地圖通過對數字的輸入與分析來進行方向的指引.為了達成這樣的教學目標，學習中設計了一個活動：學生使用舵機，自己操作掰動舵機方向，并同時記錄Ucode軟件上的相關數值.在數字被一一記錄后，通過全班數值的匯總與分析，學生自主發現數字是如何表示方向的.在這個過程中，教師先讓學生自主觀察、操作實驗、記錄數據、分析處理并整理結論，從而得出結論，學生在自主參與建模活動的過程中，獲得全新的學習體驗，發展數據分析觀念、運算能力和推理能力，從而寓教于樂，建立了相對穩定的模型，完成了知識的遷移與應用，同時培養自主學習的能力.

在跨學科的任務活動中建構可復制的模型，不僅能夠提高學生應對未來現實世界中種種復雜問題的能力，還注重了學生的情感體驗與人格養成，使學生能夠在學會學習的同時學會生存.

4.自我評價的延展性

評價的任務要與學習過程中有意義、有價值的重要經驗有關系.以學生發展為目標，基于跨學科視域下的小學數學項目式學習中要考慮設計知識的拓展，并讓拓展活動成為一種獨特的學習經歷和體驗過程，延展學習活動的實踐和空間，擴寬學習活動的工具和方式，并以此延展學生的自我評價.

例如，在《狐尾山的智能地圖》項目式學習中，通過最后的成果展示與匯報環節，教師引導學生觀看各小組的成果展示并進行自評互評，學生能夠直觀感受到不同模型之間的差異與優缺點，每個小組可以在參考教師點評的基礎上進行評價，學生通過多維評價方式深化對學科核心概念的理解.

5.項目成果的推廣性

在跨學科的項目式學習中，要以遷移運用能力和創新思維能力的培養為目標.因此，要注重項目成果的推廣性，在探究成果的運用、延續中實現知識創造和內在意義的生成，讓學生可以看到知識的實際意義.

在本項目學習中，學生最后通過親自驗證、實踐操作，完成對了“狐尾山智能地圖”的優化.但這個項目成果是基于課前教師已做好的“智能地圖”的模型所做的個性化調整，這個地圖是否符合學生原先的設計期待、是否能滿足學生課余游覽狐尾山的實際要求……？這些問題還需要等待學生進一步驗證.因此，在項目的最后布置了開展實地活動，帶著課堂上完成的智能地圖真實地走進狐尾山，嘗試規劃路線、按地圖指引進行游覽，從中探究成果的運用，并在實際運用中再次發掘和生成對新知的探索和思考.

結 語

綜上所述，跨學科項目式學習不僅是時代發展的必然趨勢，更是落實學科核心素養的重要抓手.教師用數學知識與其他學科知識的表象聯系設計項目化教學，引領學生完成知識遷移；讓學生借助其他學科的相關知識、設備來進行操作、實驗與理解，從創造性的思維角度審視數學教學內容，這樣的跨學科小學數學項目式學習，能夠充分挖掘學科蘊含的學習方法、學習思維，也拓寬了學生數學理解和應用的思考維度.因此，教師應該積極探尋小學數學的跨學科項目式學習設計的有效策略，讓數學教學內容更形象化、教學形式更多樣化、教學方法更科學化，進一步調動學生參與學習的主動性和積極性，促進教師的深度教和學生的深度學.

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