信息科技教学中,跨学科主题设计的实践研究

王蕾

教学现场

随着《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》的正式颁布,跨学科主题项目引起热议。学科如何渗透?科学学科、信息技术学科、数学学科如何融合?在原有的群体性学科跨学科主题中,什么才是跨学科主题项目课程的典型特征?跨学科主题项目课程和基础性学科有哪些关联?班级授课中的课程,究竟该如何实施?

问题分析

根据《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》的内容,跨学科主题是一种学科整体构建项目,融合了多项基础学科的内容,遴选科学原理和实践应用并重的课程内容。通过遴选跨学科主题性认知的方式,即通过选定一定的主题,展开跨学科主题性认知设计和跨学科主题实践,最终完成既定跨学科主题的项目认知任务。

● 跨学科主题认知设计的理论界定与特征分析

《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》倡导真实性认知创新教学方式,以真实问题或项目驱动,引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程,建构知识,提升问题解决能力。跨学科主题认知设计主题选择建立在广泛的实证研究基础之上,每一个策略均与认知过程的基本类型以及相应的教学方法紧密联系在一起。

与传统的技能型基于问题的认知设计相比,跨学科主题认知设计模式的特征包括:更关注指向能力发展的认知任务;提供更多种类的认知任务,包括问题生成、项目设置、案例分析、专业实践等;更重视任务“社会化情境”的排序和“问题导向式”的逻辑线。在跨学科主题教学设计课教学中,项目化架构的优势在于课堂教学的内容是个性化的,学习过程采用分层性的方案,学习伙伴自主选择,评价过程因人而异,每个学生可以在不同的层级上持续他们的学习经历,为个体的发展提供助力。

● 跨学科主题项目中教学的现状与困境

跨学科主题项目教学的教育环境和认知方式与传统学科教学有着较大的区别,对于学生来说,设计方式和进程已经成为自身认知内容的一部分。学生使用数字化工具、信息化手段等支持环境,构建自身的认知图示。

在教学环境的限制及传统学科的负迁移下,部分教师仍在沿用常规的普通学科的授课方式。跨学科主题项目教学处于新名词承载旧面孔的尴尬状态。

在理想的跨学科主题项目中,学生有一定的认知需要,如与他人的合作、学中做与做中学的有机结合、实现想法、数字阅读等。跨学科主题认知设计可以满足学生的要求,帮助其提升认知层次,保障认知效能。因此,随着“互联网+”的深度融合,需构建“以认知者为中心”的跨学科主题课堂,为师生构建沟通平台和认知支架工具、认知脚手架,让学生参与体验式的自主、互动、探究的跨学科主题认知过程。

● 跨学科主题认知设计的教学策略

策略一:完整的项目逻辑线

跨学科主题认知设计的第一种策略为跨学科主题定向活动,即师生共同确定跨学科主题。首先,确定本课的项目逻辑线,绘制认知地图;其次,由教师引导学生开展小组讨论,澄清模糊概念、界定问题、尝试提供解释、草拟解决方案;再次,列出认知要点。通过对认知内容的设计,保障认知过程的指向性,为学生建立良性的逻辑思维。

(1)原设计

《校园里的热带植物园》是跨学科主题课程的项目,常规的教学,一般沿用温湿度传感器原理说明→典型温湿度观察→练习搭建智能温湿度→作品发布→评价与调整这一等过程。在教学流程中,科学学科的特征较为明显,关注串联温湿度的原理介绍,将能否点亮温湿度作为评价标准。但是,深思其中的认知过程,学生只进行了温湿度知识的简单认知,其并未成为一个完整意义上的跨学科主题项目。

(2)思考焦点

留意以上过程,技能型痕迹显性,跨学科主题项目因素不足,学生缺乏必要的认知定向。学生是为认知温湿度而搭建,并非为搭建作品而认知温湿度。因此,此种传统的认知方式缺少跨学科主题定向环节,整体教学过程乏善可陈。

(3)改进型设计

在基于跨学科主题认知设计的过程中,《校园里的热带植物园》一课将进行更有指向性的设计过程,建议设计如下。

导入部分:教师提供校园里智能热带园的照片和视频,让学生感受亚热带中的热带植物园的植物种类。

引发思考:如何构建具有保护性的热带植物生活环境作品。

学生跨学科主题:分小组合作,提出创作思路。

预设1:植物宝宝爱睡觉——温度可宜。

预设2:花朵宝宝爱生长——湿度恰当。

预设3:果实宝宝爱甜美——PM2.5可控。

预设N:……

提出主题:以小组为单位,确定主题,绘制思维导图。

小组分工:成员定位,确定各自在组内的身份和任务。

认知定向:分解认知内容,找出具体认知点(温湿度基础知识、开关按键、串联温湿度等)。

跨学科主题实施:根據自身需求,实施认知行为。

交流评价:各小组交流跨学科主题成果,对照任务目标,考查认知目标的达成率。

反思调整:依据评价情况,调整定位,为后续认知打下基础。

教学评析:在以上的跨学科主题认知设计中,学生不再拘泥于某一个学科的具体知识,而是发挥主观能动性,通过对认知目标的定位、认知伙伴的定位、认知项目的定位、组内合作的定位,形成完整的系列认知框架。教师成为学生的协同者,对各级定位进行必要的指导,与其共同合理完成认知过程。

策略二:技术赋能下的自主认知

跨学科主题认知设计的第二种策略为构建良好的技术赋能的认知环境,借助适宜的技术赋能工具,鼓励学生进行自主认知。跨学科主题项目课程重视融合性的整体教学效能。在基于跨学科主题认知设计的教学中,环境的支持是帮助学生进行全息认知的重要维度,根据前一策略的认知指向,进行有针对性的自主环境构建,并据此开展泛在性的深度认知。

(1)原设计

《名画动起来》是跨学科主题项目课程,要求在1~2课时的范围内,创作相应的信息化作品。常规的教学思路如下:教师演示动态名画的搭建方式→讲解动作程序脚本的原理→介绍相关程序模块的搭建→学生创作固件部分→学生搭建程序脚本→合成硬软件→调试作品→教师小结。

(2)思考焦点

由以上过程可知,信息技术学科的特征突出,重视机器语言和算法编程,以程序概念的介绍和语句编写为重点内容。但是作为跨学科主题项目课程,显然本课的关注点是不全面的,缺乏关于路灯结构的内容认知,学生缺乏必要的应景性生活常识需求,所以教学过程较为单调。

(3)改进型设计

在基于跨学科主题认知设计的《名画动起来》一课中,可以进行适宜的教学环境的供给、认知工具的支持,让学生能够在力学、工程学、创客项目中得到跨学科主题能力的提升。教学建议如下。

教学环境:创客类实验室、配有无线网络及移动终端的投屏设备。

教学工具:PAD或智能手机。

教学软件:可穿戴型智能设备。

认知过程:

导入:教师播放全息影像,将学生带入《清明上河图》的优美意境中。

师:当你赏宋朝市集街景时,你想看到什么?你能看到什么?

生:夜晚美丽的宋朝市集街景、路灯下来往的人群、林间小道上行走的商贩。

師:要想看到以上景象,需要哪些条件?

生1:随时了解动作路径。

生2:通过光照度调节动作的幅度。

生3:变化画面的光照。

小结:监控自然照度、控制灯光照度、调节灯光颜色……

小组合作:角色1→通过移动终端上的编程平台,搭建相关程序脚本。角色2→根据个性化平台上的指引,搭建硬件结构。

师生共建:教师组织学生商议硬件结构的稳固程度,利用移动终端投屏,展示各组作品,组织测试,观察结构是否稳固、是否符合环境要求。

建模仿真:将已经完成的结构进行仿真投射,观察其是否能够正常达到跨学科主题要求。

融合任务:软硬件结构进行整合,在真实的环境下,进行设备的调试,观察其效能。

反思提升:各组依据实际情况,调整作品。

评价总结:组织评选,借助穿戴智能进行服装秀,选出获奖作品。

教学评析:以上的认知设计,将力学、工程学、仿真技术、编程技术进行了有效的融合。在“名画动起来”的主题涵盖下,进行卓有成效的多重组合:力学知识帮助学生搭建适宜的古代市集面貌;工程学安排跨学科主题流程,仿真技术提供了多维度的初步测试,保障了认知效能。

策略三:动态考察评估与验证

跨学科主题认知设计的第三种策略为动态考察评估与验证学生的认知达成度,即通过多维度的评价,不断地对认知过程进行考察,验证其是否进行了与第一策略指向的内容相吻合的认知过程。

(1)原设计

在中小学跨学科主题项目课程中,“红旗飘飘”是主旋律内容。该课与道德与法治学科融合,让学生制作富有创意的各类红旗,完成列队站红姿的实践互动活动。在跨学科主题项目中,该课有着一定的程式,可循的认知设计如下:智能上绘制红旗样稿→木锯或电锯切割材料→胶枪连接结构件→尝试列队站红姿→修改作品。

(2)思考焦点

以上的设计是以技术为主,思想性和主流性不足,因此其设计的深度和新意不足。学生多操作、少思考,教师没有提供及时的评价建议,因此没有达到跨学科主题项目跨学科主题认知的目的。

(3)改进型设计

在基于跨学科主题性认知设计的过程中,可将该课进行结构化的改良,以促进学生的跨学科主题性能力的提升。教学建议如下。

玩一玩:带着学生模拟搭建红旗。

想一想:红旗是如何随风飘扬的?

画一画:画出红旗的结构图(教师判断结构是否合理,并提出改进意见)。

试一试:用积木类创客套件搭建红旗(小组成员判断积木使用是否恰当)。

用一用:将已经完成的红旗与风动传感器相连(教师判断其传感器的选择是否合适)。

学一学:下载半成品脚本,调试红旗(小组间相互评测红旗的效果)。

教学评析:以上的认知设计淡化了脚本的编写,突出了搭建过程的优化,让学生在教师的指导下,不断反思自己的作品,提升跨学科主题认知能力。

策略四:认知效能的闭环降维

跨学科主题认知设计的第四种策略为闭环提供过程体验,降低技术难度符合学生认知经验。提升认知效能,即运用多种认知手段,帮助学生最大程度地挖掘认知潜能、拓展认知广度、加深认知深度,以完成认知过程的优化。

(1)原设计

“神舟N号”是跨学科主题项目中的常见主题之一,该课与科学学科和物理学科融合,常见的教学设计一般沿用以下的流程:视频介绍探月车(如月球车)→搭建探月车(科学课用木器、信息课用积木件)→编写程序→模拟探月车。

(2)思考焦点

从以上的设计中不难看出,原本较为有趣的内容变得枯燥乏味,使得学生对探月的主题意兴阑珊,没有兴奋点。本课的项目主题和认知内容契合度不高,因此需要调整。

(3)改进型设计

在基于跨学科主题认知设计的《神舟N号》中,教师将探月的科学学科主题进行深度挖掘,借助信息化的工具,为学生创设适宜的认知方式,提升认知效能。建议过程如下。

互动引导:神舟N号升级了什么?

问卷调查:借助问卷星等便捷的通信工具,进行有关探月工程主题的调查。

个性认知:

认知1——工程思维:对探月飞船结构好奇的组→进行有关飞船历史和结构的分析,可用演示文稿或电子报刊或H5实现。

认知2——逻辑思维:对飞船避障有兴趣的组→进行有关红外线传感器和超声波传感器的认知,可搭建探月小车、虚拟引导器等。

认知3——创新思维:对探月行动有探究欲望的组→进行有关跨学科主题流程的组合,可利用思维导图、在线脑图等工具。

学生竞赛:组织同类型的项目进行展示擂台,通过学生的视角,反馈认知结果。

师生提炼:教师给出提升意见,帮助各组完善作品。

教学评析:在以上的认知设计中,认知主题和认知对象均由学生提出,他们根据自我的认知需要,提出任务达成目标,实施操作行为。该认知设计采用开放式的形式,给学生充分的个性化订制计划,发挥其主观能动性,对认知内容进行意义认知,符合跨学科主题项目课程的要求。

● 跨学科主题项目中跨学科主题认知设计的关注点

基于跨学科主题认知设计的信息科技学科项目,关注学生多维度素养的提升,具有构建跨学科主题能力的重要意义。在教学实践过程中,务必关注以下问题:

首先,有机选择认知设计的策略。跨学科主题性认知设计的四种策略,既可以组合使用,也可以根据课程情况进行必要的整合和区分,以期达到更为理想的教学效果。

其次,认知设计的大、小主题选择。跨学科主题性认知设计的主题有范围的区别,既有课时较多的大主题,也有短时间内可做完的小主题。大、小主题的选择应该适应不同的认知对象、认知环境和小组成员,采用适宜的形式,确保作品的可达成。

最后,跨学科主题项目的弹性范畴。跨学科主题性认知设计相对于问题导向设计而言,更加注重项目的跨学科主题性和整体性,强调学生多种素养的提升。因此,在设计过程中,应给予学生多种能力的锻炼机会,帮助其构建完整的作品创作思路。

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