UbD模式下信息科技“跨學科主題”教學模式構建研究

摘要：UbD模式作為一種以目標為導向的單元教學設計工具，為跨學科主題項目式學習提供了支持。本文以“無人機互聯表演”項目為例，基于UbD模式進行整體設計，并展開實踐和反思，探索UbD模式下信息科技跨學科主題教學的創新型實踐過程和價值，以期能夠促進學生開展深度學習，體驗互聯、物聯科技，感受自主可控。

關鍵詞：UbD；跨學科主題；項目式學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）14-0097-04

UbD模式下“跨學科主題”教學模式的理論基礎

UbD模式是反轉傳統教學設計模式的一種追求理解的教學設計理論，從輸出端思考教學，以結果為導向發展學生持久性的學習。[1]這種基于理解的逆向思維教學能夠促進學生在真實情境下形成學科核心素養和問題解決能力。跨學科主題學習則是引導學生主動探究學習，促進學生綜合運用多學科、多門類知識解決復雜情境下的問題。[2]《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（下簡稱“新課標”）也首次提出了7～9年級跨學科主題。項目式學習圍繞真實性的、挑戰性的問題進行活動，使學生積極、主動地行動，充分體驗、經歷融合多學科知識應用與探索的學習過程，創造性地解決問題，并在最終的項目作品展示、匯報與交流中形成自己意義的建構。

UbD模式下“跨學科主題”教學模式構建

通過對UbD模式和信息科技課程教學現狀的調查研究，筆者認為UbD模式更貼合新課標對跨學科主題的要求和核心素養理念，因此，在教學實踐中遵循UbD模式構建教學模式，進而開拓全新思維，啟發多元思考，實現創新人才培養。下面，筆者以“無人機互聯表演”項目為例談談具體實踐。

1.課程標準分析

無人機互聯炫舞表演是新課標第四學段（7～9年級）“互聯智能設計”中的跨學科主題之一。本主題立足“物聯網實踐與探索”模塊并進行延伸[3]，緊扣網絡和算法大概念。因此，教師應側重講授網絡相關的知識，綜合運用信息科技、音樂、舞蹈、數學計算、美術等知識設計炫舞表演，借助物聯網技術和編程控制，使無人機自主可控，并進行形式多樣的創意表演展示。

2.教材內容重構

依據新課標，應在教材第三單元最后安排項目實踐活動，培養學生的核心素養和創新精神。因此，“無人機互聯表演”項目立足浙教版信息科技（2023年版）九年級第三單元“智能預測與無人機飛行”，通過單機到多機的協同，體現物聯網的特性。同時，無人機互聯表演具有一定的藝術性，需要數學建模運算和相關的物理、音樂等知識，因此，此項目是運用物聯網技術的跨學科綜合性項目。

3.教學模式構建

筆者基于UbD模式和項目式學習進行逆向設計，構建了“跨學科主題”教學模式。教學模式包括逆向設計和項目兩條主線，教學流程融合多重探究（自主探究和小組合作探究）和多資源輔助（導學案輔助、微課導學、UMU互動平臺）。

UbD模式下“跨學科主題”教學模式例析

1.明確預期學習結果

UbD理論提出在確定預期學習結果階段要思考教學目標，結合課程標準來檢驗預期結果。[4]根據UbD的逆向設計思路和新課標的要求，“無人機互聯表演”項目學習目標具體如下圖所示。

2.確定恰當評估證據

（1）將理解的六側面作為評估藍圖

評估學生是否理解，可以學生在真實情境下各種類型的表現評估。例如，能解釋表現為學生能列出一場完整的無人機互聯表演包含的要素；能闡明表現為學生能提煉出實現一場無人機炫舞表演需要考慮的核心問題；能應用表現為學生能繪制出無人機動態造型；能洞察表現為學生能洞察非實驗室條件下無人機的通信、飛行影響因素；能深入表現為學生能從語文、生物等學科發現價值信息；能自知表現為學生能找出個人炫舞方案設計中遇到阻礙的因素等。

（2）借助GRASPS設計工具構建表現性任務

G（目標）：設計一場載歌載舞的無人機互聯表演。

R（角色）：無人機炫舞表演設計師。

A（受眾）：全校教師、學生、家長，以及網絡觀眾。

S（情境）：學校組織一次“迎亞運·慶校慶”的大型游園活動，八年級同學將結合信息科技知識設計一場無人機互聯表演，讓多架無人機隨著音樂不斷變化隊形，酷炫起舞。

P（成果/表現）：畫出無人機炫舞的動作圖解，設計無人機互聯炫舞的方案和實現方案的程序代碼，并面向全校師生進行飛行表演。

①炫舞方案需要包括無人機的數量、靜態造型的排列、舞蹈動作的編排、空中位置的坐標確定，以及如何實現燈光、舞蹈與配樂的完美配合。②炫舞作品需要包括實現無人機互聯炫舞方案的程序代碼、展現無人機互聯炫舞表演的作品、向觀眾介紹創意想法與表達的情感。

S（標準）：①無人機表演方案詳盡；②無人機表演成功并有創意；③口頭表達清晰有條理。

（3）開發合理的作品評分量規

本設計選擇的是解析性評價量規，以“創意性”“匹配度”“流暢性”和“動作完成度”四個指標對學生的理解進行評估，從高到低劃分為5個等級（對應得分：5分、4分、3分、2分、1分），如上表所示。

3.規劃相關教學過程

（1）項目入項，明確要素

創設情境，提出驅動問題：迎亞運·慶校慶，如何設計一場1min左右的無人機互聯炫舞表演來迎接、慶祝？通過調查特長，組建團隊分工，形成小組公約。分析項目，引導學生界定關鍵問題，提出項目要求：①分析一場完整的無人機互聯炫舞表演包含哪些要素？參考要素思考完成無人機炫舞表演需要考慮哪些問題？②確定炫舞音樂，設計并畫出炫舞圖解，綜合運用信息科技、音樂、舞蹈、數學、美術等知識確定實現的條件。③通過程序代碼實現無人機互聯炫舞動作，使之與音樂完美結合，在平臺模擬與調試中不斷優化。④交流、完善作品，無人機互聯炫舞表演將以公開展示的形式進行評估。

設計意圖：小組討論與分析，分析項目的需求，明確完成一場無人機互聯表演需要考慮哪些要素，設置出項，形成須知問題列表（核心問題），調用以往的認知經驗，為后續活動進行鋪墊，同時發展設計思維。

（2）頭腦風暴，創編舞蹈

通過旋轉木馬頭腦風暴，引導學生創編無人機舞蹈。教師在問題板上寫下4個問題：①你們的無人機炫舞配樂曲目是什么？②你們需要幾架無人機？創編的無人機的靜態造型有哪些？③你們創編的無人機動態舞蹈是什么樣的？請撰寫完全動作說明和創意介紹。④如何實現舞蹈與音樂的完美結合？

設計意圖：通過旋轉木馬頭腦風暴，音樂、美術、舞蹈等多學科教師指導，匯集所有的想法并進行篩選，培養學生批判性思維，促進自主探究與集體交流，增強集體榮譽感，突出教學重點。

（3）數學建模，形成方案

教師通過表格搭建框架、梳理內容，提供教學支架，引導學生綜合運用多學科知識，全面分析比較歸納，引導學生在空間標出無人機的坐標，設計燈光效果和轉場音樂，數學建模并完善設計方案，將炫舞方案可視化呈現，各組進行方案介紹與相互點評。

設計意圖：由于炫舞動作在三維空間變換上的復雜性，需要數學建模才能正確編程，八年級的學生已經有坐標、角度、距離計算的簡單數學基礎，但不知道空間中的無人機位置坐標怎樣確定，因而要通過助學單、數學教師指導和上網搜索實現無人機坐標標記，完成無人機空間數學建模。

（4）編寫程序，平臺模擬

學生在創建第一個無人機程序時往往會遇到問題，因此在實際教學中教師應當給出支架，通過案例突出編程要點。最后學生根據方案，設計算法、編寫程序、調試修改、模擬飛行、對比差異。

設計意圖：對于復雜動作涉及的精密運算，教師可以通過小案例加深學生對編程要點的掌握，從而化解教學難點。

（5）互聯通信，匯報展示

立足“物聯網實踐與探索”內容，通過地面聯網組建無人機互聯系統，多機協同，開展無人機實地飛行表演，體現物聯網的特性，通過無人機與互聯網、物聯網協議緊密相關的關系，引導學生了解無人機進行飛行、信號傳輸圖像識別等知識。讓學生走入飛行場地進行測試，并制作PPT進行匯報，針對實際飛行中出現的問題，再次進行修改和完善。

設計意圖：讓學生通過分析交流、動手實踐化解教學難點，引發深度學習與探索。

（6）作品改進，公眾展示

對無人機互聯表演作品進行改進，面向公眾進行飛行展示，對實際飛行進行創意說明和講解。學生通過對多次實際飛行效果的修改、對比和反思，根據項目合作分工表、學習評價量規進行自評和互評，教師在評價論證中統計學生的數據。

設計意圖：公眾集體的項目化展示活動，能夠促使學生高質量地完成作品；通過項目合作分工表、學習評價量規等進行自評和互評，增強學生的自我反思意識。

總結

1.聚焦互聯科技，感受自主可控

在基于UbD模式的“跨學科主題”教學模式引導下，學生在利用物聯網數據通信、網絡通信開展無人機互聯表演的過程中，探索無人機與互聯網、物聯網之間的關系，通過編寫程序實現無人機互聯炫舞動作變化，體驗網絡傳輸功能，結合音、視頻剪輯配樂完成項目作品，從中感受到了科技自主可控創新和原始創新的重要性。

2.促進師生合作，培養研究精神

基于UbD模式的“跨學科主題”教學模式讓學生全身心探究未知領域，發揮團隊精神，互補互助，對自身的認知定位高，主動學習，玩中學、學中樂、樂中多收獲，培養了研究精神，鍛煉了意志力。學生由機械學習、淺層學習轉化為探究創新、深層次學習，在真正意義上實現了學生自主參與學習，建構知識，培養研究精神。

3.發展核心素養，促進深度學習

基于UbD模式的“跨學科主題”教學模式為教師提供了全新的教學設計視角：第一，通過UbD理論設計的項目式學習對應課標，連接教材，并且聚焦學科大概念；第二，發展學科核心素養，提高了學生多學科綜合解決問題的能力，促進深度學習；第三，多維度評價具有專業性，讓學生增強了認同感。第四，在真實情境中建構知識，使學生經歷全面而有意義的學習過程。

參考文獻：

[1]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學設計（第二版）[M].閆寒冰，宋雪蓮，賴平，譯.上海：華東師范大學出版社，2019.

[2]武迪，白冰，袁中果.AI+STEAM跨學科課程教學的設計框架與實施方法——以《網頁智能排名問題中的計算思維》一課為例[J].中國信息技術教育，2022（18）：60-63.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[4]王琦.UbD模式與STEM課程的融合分析[J].教學與管理，2020（36）：81-84.