創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)

摘要：創(chuàng)客教育通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐解決指向真實(shí)世界的問(wèn)題 ，跨學(xué)科學(xué)習(xí)是必然途徑。創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)要避免簡(jiǎn)單的 “學(xué)科拼盤 ”“網(wǎng)絡(luò)搜索 ”等誤區(qū)。同時(shí) ，可采用 “5W模型 ”，提出跨學(xué)科項(xiàng)目 ;借助關(guān)鍵問(wèn)題 ，引發(fā)跨學(xué)科思維 ;在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上 “駐足 ”，讓跨學(xué)科學(xué)習(xí) “慢下來(lái) ”。

關(guān)鍵詞 ：創(chuàng)客教育 ;跨學(xué)科學(xué)習(xí) ;跨學(xué)科項(xiàng)目 ;跨學(xué)科思維

一、創(chuàng)客教育需要跨學(xué)科學(xué)習(xí)的加持

創(chuàng)客教育因其自由開(kāi)放、創(chuàng)新創(chuàng)意、探究體驗(yàn)的教育理念 ，受到廣大中小學(xué)生的熱愛(ài)。我校創(chuàng)客社團(tuán)的學(xué)生通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí) ，創(chuàng)作了一批優(yōu)秀的創(chuàng)客作品 ，比如 “噪音管理器”（見(jiàn)圖 1）、 “驅(qū)魔師護(hù)眼頭帶 ”（見(jiàn)圖 2）等。

這些作品的創(chuàng)作過(guò)程 ，涉及以下知識(shí) ：人工智能 （人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等 ），物理 （測(cè)量、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法等 ），數(shù)學(xué) （坐標(biāo)系、空間的認(rèn)識(shí)等 ），技術(shù) （工程、迭代的思維等）。此外 ，還有語(yǔ)言表達(dá)和藝術(shù)的美觀、舒適感等等。也就是說(shuō) ，要完成這些作品 ，學(xué)生不僅要有信息科技學(xué)科知識(shí) ———會(huì)算法、會(huì)編程、懂一點(diǎn)人工智能 ，還需要有物理、數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、美術(shù)甚至更多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。

因此 ，跨學(xué)科學(xué)習(xí)是學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的迫切需求 ———不是 “自上而下的指令 ”，而是“自下而上的倒逼 ”;不是 “被動(dòng) ”的，而是 “主動(dòng) ”的。

創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)人人都是創(chuàng)造者 ，世界在創(chuàng)造中發(fā)展。工業(yè)革命流水線的生產(chǎn) ，使得社會(huì)分工越來(lái)越精細(xì)化 ，也催生了分科教學(xué)。然而 ，不可避免地 ，絕對(duì)的分科教學(xué)使學(xué)生變成儲(chǔ)存學(xué)科知識(shí)的 “水池 ”，教師則成為灌輸學(xué)科知識(shí)的 “水泵 ”，其結(jié)果必然使教學(xué)脫離思維 ，學(xué)生缺乏主動(dòng)性、泯滅好奇心 ，學(xué)習(xí)淪為一項(xiàng)被動(dòng)任務(wù)而非一種快樂(lè)。隨著智能技術(shù)的發(fā)展 ，人類社會(huì)迎來(lái)人機(jī)協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時(shí)代 ，這個(gè)時(shí)代需要?jiǎng)?chuàng)新能力和合作精神。這就要求我們變革教學(xué) ，培育學(xué)生從生活中的真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題然后解決問(wèn)題的能力。由于真實(shí)情境并非已經(jīng)抽象好的學(xué)科模型 ，學(xué)生很難用單一學(xué)科的知識(shí)去解決錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題 ，那么 ，必然要求學(xué)生綜合運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)、原理與方法進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

二、創(chuàng)客教育中跨學(xué)科學(xué)習(xí)的應(yīng)然樣態(tài)

所謂 “跨學(xué)科學(xué)習(xí) ”，是基于跨學(xué)科意識(shí) ，運(yùn)用兩種或兩種以上的學(xué)科觀念以及跨學(xué)科觀念 ，解決真實(shí)問(wèn)題的課程與學(xué)習(xí)取向。[1]跨學(xué)科學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)科思維的充分應(yīng)用 ，要求學(xué)生像不同領(lǐng)域的學(xué)科專家一樣去思考 [2]，從而解決問(wèn)題。創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)要體現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)性 ，但也不能一味 “放羊 ”。如果創(chuàng)客項(xiàng)目的完成從頭到尾是 “放羊式 ”的———從提出項(xiàng)目創(chuàng)意到項(xiàng)目需求分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施、項(xiàng)目?jī)?yōu)化迭代 ……都由學(xué)生完全自主 ，教師被隔離在 “局外 ”———這跟學(xué)生找?guī)讉€(gè)志同道合的小伙伴在家里搭搭積木、改造玩具沒(méi)有區(qū)別。創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí) ，要求學(xué)生在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目創(chuàng)意的過(guò)程中 ，觸摸到不同學(xué)科的學(xué)科本質(zhì)與學(xué)科原理 ，觸及學(xué)科核心思想 ，以期能夠用習(xí)得的學(xué)科思想方法去遷移解決其他的問(wèn)題。簡(jiǎn)單的 “學(xué)科拼盤 ”不是創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。例如 ，數(shù)學(xué)學(xué)科中用尺規(guī)作圖畫出一個(gè)圖形 ，后讓學(xué)生選擇一款電腦軟件繪制出相同的圖形 ，以鞏固對(duì)該圖形特性的認(rèn)識(shí)。這里 ，信息技術(shù)只是做了技能層面的操練，計(jì)算機(jī)軟件作圖對(duì)于學(xué)生理解尺規(guī)作圖的原理沒(méi)有正向幫助 ，對(duì)于學(xué)生深入理解信息科技學(xué)科核心思想也并未有體現(xiàn)。那么 ，這樣的跨學(xué)科學(xué)習(xí)就是一種簡(jiǎn)單的 “學(xué)科拼盤”，僅是課堂形式變得花哨了 ，卻徒增了學(xué)生的負(fù)擔(dān)。數(shù)學(xué)中稍復(fù)雜的平面圖形 ，在計(jì)算機(jī)中都是由多個(gè) “基本圖元 ”通過(guò) “多個(gè)圖層”疊加在一起組合而成的。跨學(xué)科學(xué)習(xí)應(yīng)既涉及尺規(guī)作圖的核心原理 ，又充分彰顯信息科技學(xué)科 “層”的思想以及基本圖元的 “重用”思維。

簡(jiǎn)單的 “網(wǎng)絡(luò)搜索 ”也不是創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。例如 ，在使用 “紅外線傳感器 ”設(shè)計(jì) “智能樓道燈系統(tǒng) ”的項(xiàng)目中 ，對(duì)于 “紅外線是什么 ”“人體會(huì)發(fā)出紅外線嗎 ”這些跨學(xué)科的知識(shí) ，僅僅引導(dǎo)學(xué)生從生活常識(shí)出發(fā) ，通過(guò)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)搜索做膚淺閱讀 ，獲得常識(shí)化的理解 ，而漠視物理學(xué)科的理論基礎(chǔ)、學(xué)科思維方式與學(xué)科研究方法。這樣的學(xué)習(xí)也不是跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

三、創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)如何開(kāi)展

那么 ，創(chuàng)客教育中應(yīng)怎樣合理開(kāi)展跨學(xué)科學(xué)習(xí) ，以摒棄 “放羊式 ”的 “偽創(chuàng)客教育 ”？筆者經(jīng)過(guò)多年的創(chuàng)客教育實(shí)踐 ，總結(jié)了以下三點(diǎn)經(jīng)驗(yàn) ：

（一）采用 “5W模型 ”，提出跨學(xué)科項(xiàng)目

“創(chuàng)”就是創(chuàng)新 ，“創(chuàng)客 ”意思是勇于創(chuàng)新、努力將自己的想法變成現(xiàn)實(shí)的人。項(xiàng)目伊始，參與者往往會(huì)通過(guò)短暫的討論 ，達(dá)成一致，確立項(xiàng)目主題 ，而這個(gè) “討論 ”就被稱之為 “頭腦風(fēng)暴 ”。“頭腦風(fēng)暴 ”本意是在座談或會(huì)議中打破常規(guī)、積極思考、暢所欲言、充分發(fā)表等 ，而此處將 “頭腦風(fēng)暴 ”定義為 ———一種有組織的七嘴八舌?！邦^腦風(fēng)暴 ”要有深度 ，必須要有計(jì)劃、有組織 ，否則就是浪費(fèi)時(shí)間 ，于事無(wú)益。而這里的 “組織 ”就要依靠 “5W模型”提供的腳手架 ，通過(guò)思維導(dǎo)圖 ，將 “Why———為什么做、What———做些什么、Who———人員分工、When———時(shí)序進(jìn)度、 Which———哪些學(xué)科 ”這些問(wèn)題 ，在動(dòng)手做之前梳理清楚。這一模型可以讓學(xué)生很清楚地發(fā)現(xiàn)不足 ，催生主動(dòng)學(xué)習(xí) ，及時(shí)填補(bǔ)跨學(xué)科領(lǐng)域的空缺。

例如 ，“制作智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚 ”項(xiàng)目中 ，學(xué)生借助 “5W模型 ”發(fā)現(xiàn) “環(huán)境對(duì)植物的影響”這一生物學(xué)知識(shí)的缺漏 ，通過(guò)跨學(xué)科學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)除了溫度、光線、空氣、水分、土壤等非生物因素 ，還有其他生物的影響 ，那么 ，后續(xù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)搭建的時(shí)候 ，就要從這些因素出發(fā)去設(shè)計(jì)產(chǎn)品。可見(jiàn) ，“5W模型 ”可以幫助預(yù)期項(xiàng)目成果 ，在項(xiàng)目分析、實(shí)施之前預(yù)先形成跨學(xué)科知識(shí)圖譜 ，打下項(xiàng)目順利開(kāi)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（ 二）借助關(guān)鍵問(wèn)題 ，引發(fā)跨學(xué)科思維

關(guān)鍵問(wèn)題是可以解答的、有啟發(fā)性的、起到媒介作用的問(wèn)題。[3]首先 ，關(guān)鍵問(wèn)題要具有一定的開(kāi)放性。關(guān)鍵問(wèn)題不是僅僅依靠書本或網(wǎng)絡(luò)媒介就能輕松獲得答案的問(wèn)題 ，而是需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)技能進(jìn)行思考、探究 ，可能需要轉(zhuǎn)幾個(gè)彎才能獲得答案的問(wèn)題。它具有挑戰(zhàn)性 ，能激發(fā)學(xué)生的探究欲。其次 ，關(guān)鍵問(wèn)題能夠打破學(xué)科壁壘 ，聯(lián)結(jié)多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí) ，需要用跨學(xué)科知識(shí)、跨學(xué)科方法、跨學(xué)科思維來(lái)解決 ，能引發(fā)學(xué)生的跨學(xué)科思考與實(shí)踐。[4]

例如 ，在“智能喚醒枕頭 ”項(xiàng)目中 ，為了在計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束之后 ，枕頭能順利 “振動(dòng) ”以喚醒睡懶覺(jué)的人 ，學(xué)生設(shè)計(jì)了一款 “連桿 ”結(jié)構(gòu)（如圖 3所示）。

那么 ，此處教師可以提出的關(guān)鍵問(wèn)題有 ：這個(gè)結(jié)構(gòu)的原理是什么 ？為什么采用軟皮筋，而不是軟木棒 ？這個(gè)結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用在生活中的什么場(chǎng)景中 ？真實(shí)情境中 ，枕頭大約需要承受多大的力 ？真實(shí)情境中 ，每個(gè)舵機(jī)的扭力需要達(dá)到多少才能順利牽引枕頭振動(dòng)？ ……這些關(guān)鍵問(wèn)題帶有驅(qū)動(dòng)性、引導(dǎo)性 ，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生在物理等學(xué)科領(lǐng)域深入探究的積極性。對(duì)于關(guān)鍵問(wèn)題 ，我們并不關(guān)注問(wèn)題結(jié)果的 “對(duì)”或“錯(cuò)”，而是重視學(xué)生尋找答案的過(guò)程 ，要求學(xué)生做好過(guò)程性的記載 ，將在探究過(guò)程中習(xí)得的相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)在 “項(xiàng)目進(jìn)度記載 ”表中記錄 ，并做全班交流。

值得一提的是 ，關(guān)鍵問(wèn)題的提出需要不同學(xué)科領(lǐng)域教師的合力。因?yàn)橐粋€(gè)學(xué)科的專職教師知識(shí)再豐富 ，也主要局限在本學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi) ，即在本學(xué)科內(nèi)可能有敏銳的專業(yè)眼光 ，能及時(shí)提出關(guān)鍵問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的學(xué)科思維。但是 ，在跨學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)水平就會(huì)不夠?qū)I(yè) ，這個(gè)時(shí)候就需要組建教師團(tuán)隊(duì) ，由多個(gè)學(xué)科的教師共同參與 ，在各自學(xué)科領(lǐng)域以特有的學(xué)科視角提出跨學(xué)科的驅(qū)動(dòng)性關(guān)鍵問(wèn)題。比如 ，我們的校本選修課鼓勵(lì)由多位不同學(xué)科的教師共同授課 ，多位教師不是輪流上課 ，而是全程參與。

（三）在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上 “駐足 ”，讓跨學(xué)科學(xué)習(xí)“慢下來(lái) ”

創(chuàng)客教育最終一定是指向物化的作品的，但是我們不能僅追求物化的作品本身 ，而應(yīng)當(dāng)注重過(guò)程中的收獲 ，去功利化 ，讓創(chuàng)客教育中的跨學(xué)科學(xué)習(xí)慢下來(lái)。當(dāng)然 ，注重過(guò)程細(xì)節(jié) ，同樣也會(huì)反哺創(chuàng)客作品的最終完成。 “慢下來(lái) ”，指的是學(xué)生動(dòng) “手”之前 ，一定要?jiǎng)幼恪澳X”，要充分調(diào)動(dòng)思維 ，做好充足的預(yù)設(shè)和準(zhǔn)備 ，那么 ，動(dòng) “手”的時(shí)候才可能提高效率 ，事半功倍。否則 ，學(xué)生有可能嘗試來(lái)、嘗試去，最后發(fā)現(xiàn)圍繞一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題在原地打轉(zhuǎn)。因此，“慢下來(lái)”，看似浪費(fèi)時(shí)間，實(shí)則節(jié)省時(shí)間。

例如，創(chuàng)客作品中的外形設(shè)計(jì)———激光切割。我收集了許多學(xué)生切割廢了的小盒子，不是相鄰兩個(gè)面的卡口鋸齒嚙合不了，就是盒子尺寸太大或太小;不是孔徑開(kāi)錯(cuò)位置，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)線，就是壓根兒忘記開(kāi)孔……多次切割導(dǎo)致耗材的浪費(fèi)。究其原因，在于學(xué)生急于求成，沒(méi)有測(cè)量準(zhǔn)確或沒(méi)有對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行 “二次校驗(yàn)”，從而導(dǎo)致切割失敗，這也從一定程度上說(shuō)明教師跨學(xué)科學(xué)習(xí)指導(dǎo)的缺位。

長(zhǎng)度、直徑等是物理學(xué)中最基本的測(cè)量，精確測(cè)量具體數(shù)值的方法可以是直接測(cè)量，也可以是間接測(cè)量，常見(jiàn)的間接測(cè)量方法有累積法、替代法、平移法、滾動(dòng)法等。工匠精神講求精益求精，學(xué)生不能因?yàn)樽非笏俣瓤?，就都使用“約估”的方法。況且，實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)還要加上切割的誤差，并留有一定的余量才能順利拼裝。因此，學(xué)生除了需要使用物理學(xué)中的科學(xué)測(cè)量方法并關(guān)注誤差，還要做好測(cè)量記錄和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。可以用數(shù)學(xué)中 “畫三視圖”的方式繪圖并記錄測(cè)得的數(shù)據(jù)，反復(fù)校驗(yàn)核對(duì);也可以是一位學(xué)生負(fù)責(zé)測(cè)繪，一位學(xué)生負(fù)責(zé)校驗(yàn)，這樣避免個(gè)人思維定式。待到反復(fù)核對(duì)無(wú)誤以后，再動(dòng)手制版雕刻，這樣可以大大降低切割廢品率。

可見(jiàn)，“慢下來(lái)”是磨刀不誤砍柴工。學(xué)習(xí)的結(jié)果固然重要，但是過(guò)程中的收獲亦不容小覷。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上 “駐足”，慢下來(lái)，收獲的是考慮問(wèn)題的全面性與精益求精的工匠精神，習(xí)得的是思維的廣闊性、批判性與深刻性，提升的是整體素養(yǎng)。

綜上所述，創(chuàng)客教育通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐解決指向真實(shí)世界的問(wèn)題，跨學(xué)科學(xué)習(xí)是必然途徑。雖然跨學(xué)科學(xué)習(xí)在實(shí)踐層面尚處于探索階段，然而我們深信，通過(guò)一線教師的智慧與不斷努力，最終必會(huì)走向跨學(xué)科的綜合育人。

參考文獻(xiàn)：

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[3]J.Bruner.Theproces of education [M].Cambridge：Harvard UniversityPres， 1960：40.

[4]孟璨.跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的何為與可為 [J].基礎(chǔ)教育課程，2022（11）：8.

（秦曉蘭，江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校。無(wú)錫市教學(xué)能手。曾獲江蘇省初中信息技術(shù)教學(xué)基本功大賽一等獎(jiǎng)，無(wú)錫市初中信息技術(shù)評(píng)優(yōu)課一等獎(jiǎng)第一名。）