創(chuàng)客教育下的學(xué)科融合實(shí)踐

李寧

創(chuàng)客教育正快速走進(jìn)中小學(xué)課堂，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和教師的專業(yè)發(fā)展提供了更加廣闊的空間。作為“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的教師，要讓創(chuàng)客教育服務(wù)于課堂教學(xué)，促進(jìn)數(shù)學(xué)、物理、信息技術(shù)、工程等各類學(xué)科的深度融合。本文以人教版《物理》八年級(jí)上冊(cè)第一章第3節(jié)《運(yùn)動(dòng)的快慢》一課為例，探討如何應(yīng)用創(chuàng)客教育在初中物理學(xué)科中實(shí)施教學(xué)。

一、詳析教材與課標(biāo)，分析學(xué)科的廣度，全面掌握學(xué)情

應(yīng)用創(chuàng)客教育設(shè)計(jì)教學(xué)前，教師要根據(jù)主要學(xué)科的特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，確定恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)目標(biāo)。形式的變化不能改變事物的本質(zhì)，教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成應(yīng)是課堂的基本目的之一，教師要緊緊圍繞主要學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)實(shí)施教學(xué)。

我們?nèi)砸浴叭S目標(biāo)”進(jìn)行分析：知識(shí)與技能目標(biāo)，不僅要突出主要學(xué)科的重點(diǎn)內(nèi)容，還要注重其它學(xué)科知識(shí)與技能的應(yīng)用；過程與方法目標(biāo)，要充分挖掘?qū)W生在所涉學(xué)科中的學(xué)習(xí)過程與方法，各取所長，靈活應(yīng)用；情感態(tài)度與價(jià)值觀，著力于知識(shí)和能力應(yīng)用于生活實(shí)際，通過學(xué)習(xí)創(chuàng)客教育，培養(yǎng)學(xué)生在新技術(shù)下探究科學(xué)的興趣。

要實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的融合，就需要教師詳盡剖析課堂教學(xué)中包含哪幾類知識(shí)與能力，對(duì)學(xué)科的廣度有深入的認(rèn)識(shí)。再針對(duì)學(xué)生現(xiàn)階段的能力采取有效的措施和方法實(shí)施教學(xué)，確保學(xué)生看得明、聽得懂、學(xué)得會(huì)、做得到、造得出。初中生的創(chuàng)客能力相對(duì)較弱，在分析學(xué)科廣度和學(xué)生能力時(shí)，可以從以下重點(diǎn)學(xué)科和能力進(jìn)行分析：

1.初中生認(rèn)識(shí)了平面直角坐標(biāo)系，認(rèn)識(shí)了常見的幾何圖形及其特點(diǎn)，具備了一定的空間解析能力，初步掌握了應(yīng)用函數(shù)解決簡單問題的方法；

2.初中物理主要學(xué)習(xí)了包括聲、光、熱、力、電五類現(xiàn)象的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生具備一定的科學(xué)探究能力；

3.由于編程語言主要以英文為主，初中生能在現(xiàn)有英語知識(shí)基礎(chǔ)上，通過查閱字典和自學(xué)，認(rèn)識(shí)和使用常用的函數(shù)和代碼。

初中生學(xué)習(xí)代碼式編程入門較難，建議在學(xué)會(huì)圖形化編程后，再逐步掌握代碼編程方法，再應(yīng)用于Arduino板創(chuàng)作。學(xué)生在初中信息技術(shù)課程中，主要學(xué)習(xí)掌握了簡單的數(shù)據(jù)處理、簡單繪圖、圖層的應(yīng)用、繪制動(dòng)畫等方法。如果加以適當(dāng)引導(dǎo)，可以開展簡單的3D打印創(chuàng)作。

教師要結(jié)合實(shí)際教學(xué)進(jìn)度，對(duì)所涉學(xué)科要有充分的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確地掌握學(xué)生各學(xué)科的學(xué)習(xí)進(jìn)度和知識(shí)能力掌握程度。

二、創(chuàng)設(shè)新型情境，提出實(shí)際問題，創(chuàng)建理想模型

數(shù)學(xué)和物理學(xué)科中的生活事例，大多可以通過創(chuàng)建理想模型進(jìn)行研究。創(chuàng)客正是利用編程和設(shè)計(jì)模型，把生活中較復(fù)雜的問題建成一個(gè)可視可控的模型。所以，在導(dǎo)入新課時(shí)，要合理利用創(chuàng)客教育把生活中遇到的情景轉(zhuǎn)化為模型問題，排除干擾因素，使問題既與生活實(shí)際相關(guān)，又簡單理想化。

常用的思路是：根據(jù)實(shí)際問題的提出，利用數(shù)學(xué)方法建立邏輯框架，再用圖形模塊呈現(xiàn)出來的，這需要學(xué)生能把數(shù)學(xué)、美術(shù)、信息技術(shù)等學(xué)科綜合應(yīng)用起來。然后，學(xué)生可以通過修改變量，反復(fù)測試和觀察，從而找出各個(gè)變量與圖形之間的聯(lián)系。通過親歷反復(fù)的過程，對(duì)于初學(xué)者，掌握編程技巧的同時(shí)，又學(xué)會(huì)了利用邏輯函數(shù)和關(guān)系控制圖形界面；對(duì)于熟練者，可以迅速地找到問題所在，通過修改變量和函數(shù)，來建立更好的可控模型。

例如上圖模型中，兩只貓運(yùn)動(dòng)相同的距離，用的時(shí)間不同，改變變量“時(shí)間”，產(chǎn)生多次結(jié)果，使學(xué)生直觀地看清楚貓運(yùn)動(dòng)的快慢，很容易得出比較快慢的第一種方法：“運(yùn)動(dòng)相同的路程，時(shí)間越短，運(yùn)動(dòng)越快?！?/p>

同一模型下，在兩只貓都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)擊“播放/暫停”，學(xué)生通過觀察、分析，判斷出哪個(gè)跑得快。重啟程序，多次實(shí)驗(yàn)，分析現(xiàn)象，學(xué)生不難得出第二種方法：“經(jīng)過相同的時(shí)間，運(yùn)動(dòng)路程越長，運(yùn)動(dòng)越快。”

為了使結(jié)論具有普適性，還要注重隨機(jī)變量的應(yīng)用，用于獲得多個(gè)隨機(jī)結(jié)果和樣本，幫助學(xué)生理解有些程序得出的結(jié)果不是恒定的，而是可變的、隨機(jī)的、普適的，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)。

三、解析創(chuàng)客空間，引導(dǎo)學(xué)生探究，解決實(shí)際問題

在創(chuàng)客空間里，要學(xué)會(huì)使用創(chuàng)客工具，學(xué)生不僅需要借助物理方法，還要用到數(shù)學(xué)、工程、材料物理、信息技術(shù)等知識(shí)。所以，教師要耐心地引導(dǎo)學(xué)生探究創(chuàng)客空間里的每一物，培養(yǎng)學(xué)生在觀察中探索，在探索中思考，在思考中獲得靈感，利用靈感創(chuàng)造新物的能力。

對(duì)于那些看似簡單的編程作品，背后卻是復(fù)雜的代碼行，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生了解這個(gè)程序是如何建立模型的。在學(xué)生熟悉了圖形界面坐標(biāo)系內(nèi)各模塊的布局后，教師要重點(diǎn)講解設(shè)計(jì)界面中圖形模塊所對(duì)應(yīng)的代碼行。同時(shí)，學(xué)生通過閱讀課本，理解這些過程的實(shí)際意義和數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。脫離實(shí)際的理論方法是不可取的，只有將創(chuàng)客教育方法與學(xué)科教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，讓課堂內(nèi)各學(xué)科發(fā)揮所長，才能設(shè)計(jì)出具有實(shí)際意義的創(chuàng)客活動(dòng)。

如下圖，通過提出問題：“兩只貓相向而行，移動(dòng)的距離不同，時(shí)間也不同，如何比較運(yùn)動(dòng)的快慢？”然后展示對(duì)應(yīng)的程序界面，學(xué)生自行改變“時(shí)間”變量，再觀察、分析，教師引導(dǎo)學(xué)生思考，明白此時(shí)需借助數(shù)學(xué)方法解析，才能判斷兩者的快慢。進(jìn)而，學(xué)生再次回到代碼中，找出已知變量“時(shí)間”和“路程”的值，通過相互交流、總結(jié)出比較快慢的方法：用變量“路程”除以變量“時(shí)間”，其值越大，運(yùn)動(dòng)越快，從而引出速度的概念，并掌握了比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的第三種方法：路程與時(shí)間之比的大小。

四、完成創(chuàng)客任務(wù)，確立創(chuàng)客項(xiàng)目，協(xié)同動(dòng)手創(chuàng)造

理論應(yīng)用于實(shí)踐，須由簡到難。首先從課堂生成一個(gè)簡單的創(chuàng)客任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合創(chuàng)客工具和材料，在組內(nèi)研討如何操作，再改進(jìn)和優(yōu)化。簡單的創(chuàng)客任務(wù)主要用于檢測學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)主要知識(shí)和能力的掌握情況，并引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)作，為接下來的創(chuàng)客項(xiàng)目熱身。

一般地，教師可以幫助學(xué)生確立創(chuàng)客項(xiàng)目，力求項(xiàng)目的實(shí)用性、可行性、針對(duì)性更強(qiáng)。學(xué)生們利用課外時(shí)間協(xié)同完成創(chuàng)客項(xiàng)目，鞏固了課堂學(xué)習(xí)成效，創(chuàng)造能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、創(chuàng)新思維能力也得到了提高。

例如：要求學(xué)生嘗試修改代碼，做到直接在圖形界面中呈現(xiàn)出速度的大小。教師先引導(dǎo)學(xué)生在函數(shù)庫中尋找出合適的數(shù)學(xué)函數(shù)，再應(yīng)用合適的計(jì)算方法得出結(jié)果，最后屏顯出結(jié)果。在這些過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生將變量代入函數(shù)運(yùn)算，編排模塊代碼，調(diào)試，排除故障，優(yōu)化代碼。最后應(yīng)用美術(shù)課程中所學(xué)的色彩、圖形等知識(shí)，憑借計(jì)算機(jī)繪圖能力，將程序界面進(jìn)行美化加工，從而提升學(xué)生的審美情趣。相信學(xué)生經(jīng)歷了復(fù)雜而反復(fù)的過程之后，學(xué)到的不僅僅是各學(xué)科課本上的知識(shí)，還提高了應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)解決同一問題的能力，也享受到了創(chuàng)客的快樂。

創(chuàng)客教育下的課堂教學(xué)應(yīng)用了多學(xué)科的知識(shí)和能力，這對(duì)教師本身的專業(yè)素質(zhì)和綜合素養(yǎng)有很高的要求。多學(xué)科融合的課堂教學(xué)，不是分教學(xué)環(huán)節(jié)將各學(xué)科糅合在一起，而是在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，都有多學(xué)科的知識(shí)和能力的體現(xiàn)。創(chuàng)客教育下的多學(xué)科融合，培養(yǎng)的是學(xué)生如何應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)和能力解決同一問題，這類似于STEAM教育理論，其倡導(dǎo)的超學(xué)科學(xué)習(xí)概念，注重了學(xué)科之間相互支撐、相互補(bǔ)充、共同發(fā)展。當(dāng)創(chuàng)客教育真正能服務(wù)于學(xué)科課堂之時(shí)，信息技術(shù)和創(chuàng)客教育必將改變傳統(tǒng)的教學(xué)，形成創(chuàng)客教育式的教學(xué)模式：創(chuàng)設(shè)新型情境，從實(shí)際問題出發(fā)，用創(chuàng)客工具建立模型，利用模型解決理論問題，再將理論應(yīng)用于創(chuàng)客實(shí)踐中，動(dòng)手動(dòng)腦進(jìn)行創(chuàng)造。

（作者單位：枝江市馬家店初級(jí)中學(xué)）

責(zé)任編輯 陳建軍