信息科技跨學科融合項目式學習課程設計與實施

《中國學生發展核心素養》總體框架提出要培養在未來社會具有核心競爭力的人才。教育承擔起了培養具有高級思維能力、高端技術加持的高科技人才的重任，這激發了我們作為信息科技學科教師的使命感，我們可以從跨學科融合項目式學習中去尋找答案。

跨學科融合和項目式學習的內涵

跨學科的概念最早在20世紀20年代由美國社會科學研究理事會（SSRC）首次提出。1937年，《韋氏新大學詞典》及《牛津英語詞典（增補本）》首次收錄了“interdisciplinary”（跨學科）一詞。美國心理學家羅伯特·塞欽斯·伍德沃斯（R.S. Woodworth）認為跨學科融合指的是涉及兩個或者多個學科的研究領域。對于跨學科的定義通常是指通過融合兩個及以上學科的知識、方法及理論促進理解或解決某一學科內難以解決的問題。國內學者劉仲林認為，跨學科指的是打破學科之間的壁壘，將不同學科的理論和方法有機融合進行研究與教育。學者杜惠潔和舒爾茨認為跨學科教學指的是以一個學科為中心，在這個學科中選擇一個主題，圍繞這個主題運用不同學科的知識對主題進行設計教學。

在20世紀初，威廉·赫德·基爾帕特里克就提出了項目式學習的概念，他主張開展有目的性的活動。邦威爾和艾松在90年代初開始將項目引入教學，提出了新名詞——項目式學習（PBL）。它是以學生為主、對現實世界的主題或問題進行探究的創新方法。項目式學習通過項目促進學生探究、協作、批判性思考和解決問題的能力。2019年教育部發布《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中提出積極推動學生開展項目化學習；2020年上海市教委出臺了《義務教育項目化學習三年行動計劃（2020—2022年）》；2022年教育部發布的義務教育課程方案及各學科的課程標準，在課程實施中有了“積極開展主題化、項目式學習”的明確指示。

跨學科融合項目式學習構建意義

一是被改變的課堂。項目式學習的引入很大程度上改變了課堂教學方式，我們需要重新思考教師和學生之間的課堂關系，更加強調協作，更趨同于運用多學科知識來解決問題，摒棄只能用一個學科的知識來解決復雜問題。二是被改變的教師。項目式學習課堂上，教師要放棄課堂的完全控制權，要學會做更多的課堂預設計劃，需要準備充分的結構化的指導。教師在設計項目、建立課堂文化、鼓勵學生參與和指導學生時，會充分尊重學生原有的儲備知識以及新增的知識。三是被改變的學生。跨學科項目式學習直接指向了21世紀學生技能養成，指向問題解決的能力，學生通過完成真實任務而習得的知識可以被更好地組織起來并與原有的知識整合。通過問題式學習獲取知識的學生能夠更加牢固地記住所學的內容。項目式學習促進了學生的參與度，學生與同伴之間有分工有合作，有充分的發言權和選擇權。這樣的學生才是具有生命力的。課堂、教師和學生是被改變、被重構的，是具有勃勃生機的。

跨學科融合項目式學習的實施模型

現在國內項目式學習的實施模型基本上是參考了巴克教育研究所的黃金標準。黃金標準包含兩個部分，七大項目設計核心要素（具有挑戰性的問題、持續的探究性、真實性、學生的發言權和選擇權、反思、批判性反饋及改進、公開展示的作品）和七大項目式教學實踐（設計與規劃、與課標相對應、建立課堂文化、管理教學活動、搭建學習支架、評估學生的學習、參與和指導）。筆者嘗試開展了多年的校本課程教學，不斷探索課程實施模式，親身實踐了項目式學習之后，在巴克教育研究所模型的基礎上做了調整，找到了適合學生的項目式學習實施模型：聚焦、分析、設計、驗證、復盤。

一是充分聚焦，明確要解決的問題。世間萬物各式各樣的問題千千萬，我們無法做到對每個問題都能深究，而是需要充分考慮以學生為中心，從學生的學習情境和生活環境入手，展開頭腦風暴，選取亟待解決的、與我們現有能力匹配的、力所能及可以解決的問題。在學校智慧星球創客班的孩子們的一次討論會上，陳藝朵同學提出了她遇到的苦惱的事情：她們家基本上都是媽媽在做飯，但是她媽媽工作特別忙，有時候工作還要帶回家來做，經常是一邊做飯一邊還要處理事情；她媽媽在做飯的時候總是顧不上看灶臺的火，有兩次是聞到了焦味才發現鍋燒干了，都已經燒煳了，甚至都快要著火了，看起來就特別危險。那該怎么辦呢？可以想什么辦法來解決呢？

二是分析問題，提出解決方案。把提出的問題列出來之后，小組的成員充分討論，記錄方案，可查閱文獻或通過互聯網搜索，將方案與查閱的資料進行比對。小組的問題已經足夠聚焦了，就是如何防止鍋燒干。大家集思廣益，有的說可以定個鬧鐘，時間一到就響；有的說如果鍋燒到一定程度，燃氣灶能自動關火，那就不會燒干了呀；有的說那是不是可以做一個報警的裝置，如果燒菜的時候水快燒干了就發出警報來提示。大家把解決方案都提了出來，接著要到互聯網上進行關鍵字搜索求證一下：其他人有沒有類似的方案或者有更優的解決方案。定鬧鐘的方案不是特別適合大部分的情況；燃氣灶自動關火的方案關鍵在于改造燃氣灶，這個有點復雜；水燒干就發出警報提示的這個方案看起來更加容易實現，實現度會高很多。

三是設計模型，算法實現問題解決。小組成員針對問題解決方案，按照相對精細化的比例，繪制出設計草圖，選擇合適的材料進行加工，做好結構之后，在程序的編寫上以實現功能為主，優化算法。鍋里的水燒干了就會發出警報，如果要滿足這樣的條件，可以選擇開源硬件里的土壤濕度傳感器作為水量的探測，警報的提示可以選擇開源硬件里的蜂鳴器，在編寫程序的時候滿足水量不足的情況下蜂鳴器報警，同時考慮電池盒以及開關的位置，考慮電線連接問題。

四是驗證展示，測試效果。小組的成員經過聚焦討論、制定方案、動手制作、編寫腳本之后，可以在全班展示報警器的功能并進行講解和現場測試。小組的成員展示整個項目的完整流程，從如何聚焦問題，如何討論方案，都查閱過哪些文獻或者網站，到這個裝置實現了什么功能，都有什么樣的效果，實地給這個裝置進行驗證測試。

五是復盤優化，完善解決方案。在展示完作品后，組內和組外的其他小伙伴可以提優化方案，進一步討論它的可行性。如在裝置上連接一個電子顯示屏，可用于測量濕度，也可以更好地實現實時監控；裝置的掛鉤可以調整一下高度，更方便掛在鍋邊；考慮安裝紅外控制，當警報提示后，控制關閉灶臺。整個過程中，老師是組織、引導的角色——管理好時間，組織好課堂，做好輔助和引導，適當地進行點撥和提供相應的學習支架。這個項目用到了開源硬件里的蜂鳴器、土壤濕度傳感器、Arduino主板、木板、鐵絲來完成結構部分，利用Arduino IDE軟件寫代碼，實現了防干燒報警器的制作。

項目式學習實施模型中的聚焦、分析、設計、驗證和復盤幾個流程是按照邏輯線索來逐一推進的，問題的解決很大程度上取決于學生的知識儲備、思維能力、綜合應用能力、協作能力等。在復盤優化環節中我們看到項目式學習中的模型與現實生活應用之間的差距。我們要把模型做成產品的話，需要考慮更多現實問題，如防干燒報警器電池盒主板的封裝問題，土壤濕度傳感器的接觸端是否屬于食品級，結構中木板的材質問題，整體結構中前端與末端比例問題等。我們開發的項目式學習課程還有很多案例，都是基于真實問題而來的，下一步規劃就是要讓理想與現實更為接近，能夠做到真正解決問題，培養學生的產品意識。

結" 語

跨學科融合突破單一學科內的思維定勢，從更廣闊、更全面的角度審視和解決問題。不同學科的知識和方法可以相互補充，進而發現新的研究方向和解決方案，將理論知識與生命情感體驗融為一體，達到“知行合一”的境界，從而更好地應對復雜現實情境。在信息科技學科中跨學科融合項目式學習對于推動培養綜合性人才，應對復雜現實情境等方面都具有重要意義。今后的項目式學習將會更加側重于真實性、實用性，期待更多不同學科的教師們加入到項目式學習的行列中來，我們共同嘗試開發更多的跨學科融合項目式學習的課程，這對于學生而言是非常幸福的一件事，可以讓學生成為人工智能時代不可替代的新一代人。

注：本文系海南省教育科學“十三五”規劃2020年度專項課題“STEAM視角的兒童創客編程教育研究與實踐”（課題編號：QJH202010035）研究成果

編" "輯：馮艷艷