教育信息化背景下面向跨學(xué)科學(xué)習(xí)區(qū)域?qū)嵺`的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式構(gòu)建研究

0 引言

隨著教育信息化的發(fā)展，傳統(tǒng)的學(xué)科分科教學(xué)模式逐漸顯露出弊端，無法滿足學(xué)生的全面培養(yǎng)與發(fā)展要求，難以增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造能力?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)是促進(jìn)多領(lǐng)域知識結(jié)合和學(xué)生解決實(shí)際問題的手段，正逐漸成為教育教學(xué)發(fā)展變化的新趨勢。借助信息技術(shù)，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的延伸性得到進(jìn)一步擴(kuò)展，在協(xié)作化環(huán)境、數(shù)字化工具和智能化平臺的支持下，能夠更好地破除各領(lǐng)域的壁壘，實(shí)現(xiàn)知識的有機(jī)貫通。如何結(jié)合STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育理念建構(gòu)符合區(qū)域?qū)嵺`的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，已經(jīng)成為當(dāng)前教育研究的熱點(diǎn)問題。

1跨學(xué)科學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀

1.1 跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)涵

跨學(xué)科學(xué)習(xí)是指打破傳統(tǒng)學(xué)科界限限制，融合多個學(xué)科的思維模式、知識和方法，以真實(shí)的問題情境為中心構(gòu)建系統(tǒng)的學(xué)習(xí)框架開展學(xué)習(xí)的模式?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在三個維度。

1）價值層面：其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的素養(yǎng)與高階思維。2）內(nèi)容層面：重視融合和綜合運(yùn)用各學(xué)科知識，幫助學(xué)生搭建復(fù)合型知識網(wǎng)絡(luò)。3）方法層面：基于跨學(xué)科實(shí)踐能力協(xié)同培養(yǎng)要求規(guī)范落實(shí)工程設(shè)計(jì)與科學(xué)探究[1]。

1.2跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐應(yīng)用

目前，跨學(xué)科學(xué)習(xí)的實(shí)踐應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個方面。

1.2. 1 區(qū)域協(xié)同實(shí)踐

學(xué)校與科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)等形成合力，共同參與跨學(xué)科課程開發(fā)工作，如“人工智能 + 生物”的仿生學(xué)項(xiàng)目，有效對接社會需求與知識應(yīng)用。

1.2.2課程整合模式

具體表現(xiàn)為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、STEM教育和STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)）教育等，以現(xiàn)實(shí)問題為中心整合多個學(xué)科知識，使得學(xué)生在自主探究中逐步掌握工程、數(shù)學(xué)和科學(xué)等方面的技能。

1.2.3技術(shù)支持的教學(xué)創(chuàng)新

借助編程工具、虛擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)可視化等信息化手段，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同合作[2]。

1.3基于信息技術(shù)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)的意義

基于信息技術(shù)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)具有多方面的重要意義。

1.3.1信息技術(shù)可以打破學(xué)科壁壘的限制

在智能化工具和數(shù)字化資源的協(xié)同作用下，教師能夠?yàn)閷W(xué)生提供整合多學(xué)科知識的良好環(huán)境，支持學(xué)生開展實(shí)踐探究，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1.3.2信息技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)路徑個性化

教師使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可以對學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)需求展開精準(zhǔn)分析，并結(jié)合分析結(jié)果對跨學(xué)科任務(wù)難度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)成個性化學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.3.3信息技術(shù)可以為學(xué)生提供更大的學(xué)習(xí)時空

學(xué)生在合理使用云端寫作工具后，可以參與其他地域和時間段的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，從而有效培養(yǎng)解決復(fù)雜問題的能力[3]。

2跨學(xué)科學(xué)習(xí)構(gòu)成要素

2.1跨學(xué)科學(xué)習(xí)主體

跨學(xué)科學(xué)習(xí)存在教師、學(xué)生和多元協(xié)作群體等主體。其中，核心參與者為學(xué)生，要求學(xué)生擁有協(xié)作探究能力和自主整合多學(xué)科知識的意識；教師主要扮演學(xué)習(xí)引導(dǎo)者和課程設(shè)計(jì)者的角色，需要結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況制定適宜的跨學(xué)科學(xué)習(xí)策略；多元協(xié)作群體包含科研人員、企業(yè)專家等，這一主體主要借助線上線下相結(jié)合的方式為學(xué)生構(gòu)建實(shí)踐情境提供指導(dǎo)。

2.2跨學(xué)科學(xué)習(xí)客體

跨學(xué)科學(xué)習(xí)客體是指存在于真實(shí)項(xiàng)目和問題中的綜合性學(xué)習(xí)內(nèi)容，具備情境真實(shí)性和學(xué)科交叉性的特征。在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，項(xiàng)目需要學(xué)生運(yùn)用多個學(xué)科的知識。以數(shù)據(jù)分析類項(xiàng)目為例，學(xué)生不但需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識，而且需要使用社會學(xué)科方法和信息技術(shù)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析[4]。在信息化背景下，跨學(xué)科學(xué)習(xí)客體廣度進(jìn)一步拓展，為多角度分析和動態(tài)模擬復(fù)雜系統(tǒng)提供了可能。在客體設(shè)計(jì)方面需要符合可遷移、可分解、可關(guān)聯(lián)等方面的要求，以便在分析和解決問題過程中有機(jī)融合多學(xué)科知識。

2.3 跨學(xué)科學(xué)習(xí)規(guī)則

跨學(xué)科學(xué)習(xí)規(guī)則簡單理解就是為保證有效整合多學(xué)科知識而構(gòu)建的協(xié)作框架，具體包括數(shù)據(jù)共享協(xié)議等技術(shù)使用規(guī)范、角色輪換等任務(wù)分工機(jī)制、創(chuàng)新性和過程性評價標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)則的約束下，問題導(dǎo)向與學(xué)科邏輯會處于較為平衡的狀態(tài)，可借助迭代反饋優(yōu)化協(xié)作過程。

2.4跨學(xué)科學(xué)習(xí)工具

跨學(xué)科學(xué)習(xí)工具包括智能終端、數(shù)字化資源和協(xié)作平臺等。常見的智能終端有3D打印機(jī)、傳感器等，數(shù)字化資源有知識圖譜、虛擬實(shí)驗(yàn)室等，協(xié)作平臺有項(xiàng)目管理軟件、在線白板等。在相關(guān)工具的支持下，學(xué)生可以在短時間內(nèi)完成合作并了解數(shù)據(jù)代表的深層含義，提升學(xué)習(xí)項(xiàng)目進(jìn)度，進(jìn)而為跨學(xué)科實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。

2.5 跨學(xué)科學(xué)習(xí)環(huán)境

跨學(xué)科學(xué)習(xí)環(huán)境包括物理空間、虛擬平臺和混合式場域。通過智能化設(shè)備、資源共享系統(tǒng)和交互式設(shè)計(jì)，構(gòu)建開放、協(xié)作的學(xué)習(xí)生態(tài)，支持多學(xué)科知識融合與創(chuàng)新實(shí)踐，為跨學(xué)科學(xué)習(xí)提供沉浸式支持。

3面向STEM教育的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

STEM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)多領(lǐng)域融合的綜合教育，是一種典型的跨學(xué)科學(xué)習(xí)模式。跨學(xué)科學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)均強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)情境的聯(lián)結(jié)：跨學(xué)科學(xué)習(xí)通過真實(shí)項(xiàng)目激活知識，設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)通過具體設(shè)計(jì)需求驅(qū)動探究。

3.1面向STEM教育的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的特點(diǎn)

3.1.1 以真實(shí)問題為出發(fā)點(diǎn)

STEM教育與設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)都注重將知識傳授與現(xiàn)實(shí)場景緊密結(jié)合，通過日常觀察啟發(fā)認(rèn)知。這種教學(xué)模式以解決現(xiàn)實(shí)難題為切入點(diǎn)，教師通過情境設(shè)問調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生展開互動研討，拓展思路，整合跨領(lǐng)域知識體系，運(yùn)用多元視角剖析問題本質(zhì)，最終達(dá)成實(shí)踐目標(biāo)。

3.1.2 以動手設(shè)計(jì)為主線

面向STEM教育的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式的關(guān)鍵是將設(shè)計(jì)融入教學(xué)全過程，無論是教學(xué)活動最初的策劃和迭代更新，還是新項(xiàng)目的活動開展、評價與改進(jìn)，到最終的結(jié)果反思，都需要有設(shè)計(jì)的支持[5]，即設(shè)計(jì)成為開展教學(xué)工作的一條基本途徑，也是解決問題的基本手段。而運(yùn)用多元化的科學(xué)原理構(gòu)建項(xiàng)目和產(chǎn)物，可以讓學(xué)生真實(shí)地體驗(yàn)實(shí)際的設(shè)計(jì)過程，使學(xué)習(xí)的知識與生活緊密聯(lián)系在一起，真正感受求知的快樂，并逐步從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃忧笾?/p>

3.1.3 以循環(huán)迭代為核心

教師活動和學(xué)生活動并非一次性完成，需要在不斷地循環(huán)中去逐漸實(shí)現(xiàn)。對學(xué)生而言，他們必須經(jīng)歷設(shè)計(jì)研究、調(diào)查分析和產(chǎn)品反思這三個過程的循環(huán)，并在此過程中不斷修改完善自己的計(jì)劃和產(chǎn)品；對教師而言，從第一個循環(huán)的建立到恰當(dāng)?shù)那榫澈颓‘?dāng)?shù)娜蝿?wù)的設(shè)定，到根據(jù)反饋進(jìn)行結(jié)果評定與反思，然后找出問題，確定新一輪任務(wù)，形成下一步研究環(huán)節(jié)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。這種循環(huán)改進(jìn)讓教學(xué)方案與產(chǎn)品越來越精細(xì)、科學(xué)，也讓師生都能切身體會科研的嚴(yán)謹(jǐn)與精確。

3.1.4以STEM教育環(huán)境為支持

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)能夠依托STEM教育所提供的條件，包括大量的素材、器材等，如Scratch的可視化編碼工具、知識點(diǎn)地圖、可視化的結(jié)構(gòu)樹、思考路線圖、3D打印機(jī)、電子電路板、微處理器、多媒體電腦、智能手機(jī)、小車等各類軟件和硬件資源，以及教科書等教學(xué)材料。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求選擇材料，在設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)過程中親身體驗(yàn)，用以解決問題，完成實(shí)踐作品[6]

3.2面向STEM教育的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式構(gòu)建的關(guān)鍵在于充分把握STEM教育以問題解決為導(dǎo)向、跨學(xué)科融合、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。為此，本文從培養(yǎng)學(xué)生吃苦耐勞精神、跨學(xué)科運(yùn)用能力、問題解決能力、動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新探究能力等方面出發(fā)，適當(dāng)優(yōu)化以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的雙循環(huán)探究模型，從師生活動層面入手構(gòu)建圖1所示面向STEM教育的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式。

3.2.1 教師活動

對于教師而言，其作用是幫助并支持學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造學(xué)習(xí)。具體而言，教師活動可以從以下幾個方面展開。

1）創(chuàng)設(shè)情境。教師首先需要通過虛擬或?qū)嶋H場景營造具體的學(xué)習(xí)背景，吸引學(xué)生進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)并激發(fā)其思維。

2）描述挑戰(zhàn)（引導(dǎo)任務(wù)理解）。教師要引導(dǎo)學(xué)生明確即將執(zhí)行的任務(wù)目標(biāo)，回顧已學(xué)知識，并思考如何將其應(yīng)用于當(dāng)前任務(wù)，幫助學(xué)生建立知識與任務(wù)之間的聯(lián)系。

3）確定項(xiàng)目（明確問題與目標(biāo)）。教師向?qū)W生清晰呈現(xiàn)需要解決的問題，并說明問題的主題和背景。同時，教師需提出明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)學(xué)生了解哪些是需要完成的任務(wù)，哪些是需要避免的錯誤，從而確保學(xué)生沿著正確的思路學(xué)習(xí)。

4）提供教學(xué)支持和適當(dāng)指導(dǎo)。在教學(xué)設(shè)計(jì)與探索階段，教師需根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)為學(xué)生提供針對性指導(dǎo)，如提供學(xué)習(xí)日志、項(xiàng)目檢測表、常見問題解答等工具，幫助學(xué)生記錄學(xué)習(xí)過程、檢測項(xiàng)目進(jìn)展，并引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)對困難、糾正錯誤[7]。

5）評估作品。教師應(yīng)建立科學(xué)的評價體系，促進(jìn)學(xué)生對他人作品的點(diǎn)評，提出問題、改進(jìn)作品。

6）激勵與反思。教師應(yīng)通過適當(dāng)?shù)募畲胧?，鼓勵學(xué)生克服困難、完成任務(wù)；同時，反思自己的教學(xué)不足，為下次改進(jìn)做準(zhǔn)備。

3.2.2 學(xué)生活動

學(xué)生活動是本模式中的主體。學(xué)生角色可設(shè)定為研究員、設(shè)計(jì)者、操作者。學(xué)生的學(xué)習(xí)活動包含三種迭代：外部是設(shè)計(jì)迭代，貫穿創(chuàng)新式學(xué)習(xí)的整個階段；中部是測試迭代，主要用于改善實(shí)際操作;內(nèi)側(cè)是調(diào)查迭代，聚焦于實(shí)踐中的研究。這三種迭代相互促進(jìn)、交織在一起，幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。具體而言，學(xué)生活動分為以下九個環(huán)節(jié)。

1）理解挑戰(zhàn)。學(xué)生通過對教師提出的問題進(jìn)行解讀，嘗試思考現(xiàn)實(shí)世界中的問題，并將其與身邊發(fā)生的事情進(jìn)行比較，尋找聯(lián)系。

2）確定問題。學(xué)生深入理解問題后，明確問題的關(guān)鍵點(diǎn)，并據(jù)此分配小組成員的任務(wù)，依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分工。

3）分析解釋。學(xué)生運(yùn)用已有知識對問題進(jìn)行思考并記錄困惑之處。

4）需求新知。學(xué)生根據(jù)問題和挑戰(zhàn)，分組開展調(diào)查與探索，收集相關(guān)知識與技能，開啟第一個調(diào)查周期。在此階段，他們會嘗試和試驗(yàn)，學(xué)習(xí)STEM多學(xué)科領(lǐng)域的知識。

5）計(jì)劃方案。在已有知識與技能的基礎(chǔ)上，學(xué)生開始制訂初步的實(shí)施方案。

6）修改方案。學(xué)生將自己的想法展示給同伴和教師，聽取他們對實(shí)施計(jì)劃的意見，激發(fā)創(chuàng)新性思考，并對方案進(jìn)行修改。

7）測試優(yōu)化。學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位，運(yùn)用跨學(xué)科知識和信息技術(shù)手段完成初步作品。隨后，他們對作品進(jìn)行測試，詳細(xì)記錄測試背景、觀察現(xiàn)象和結(jié)論等內(nèi)容。根據(jù)反饋，他們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)需要改進(jìn)的地方，返回“需求新知”環(huán)節(jié)，繼續(xù)調(diào)查研究、修改方案、改進(jìn)作品并反復(fù)測試，直至達(dá)到要求。

8）展示討論。學(xué)生將設(shè)計(jì)成果展示給本班同學(xué)和任課教師，簡要陳述項(xiàng)目的功能、解決的問題，并解答同學(xué)們的疑問，以口頭辯論的形式完成這一環(huán)節(jié)。

9）評價反思。教師和其他學(xué)生圍繞該項(xiàng)目的科學(xué)性、有效性、實(shí)用性進(jìn)行客觀評價，并提出優(yōu)化建議。學(xué)生也應(yīng)對自己的學(xué)習(xí)難點(diǎn)進(jìn)行反思?；谒蟹答佇畔⒑妥陨矸此?，學(xué)生制定下一個循環(huán)計(jì)劃，更新設(shè)計(jì)迭代方案，如此循環(huán)，不斷升級完善，并最終公示成果。

由此可見，在該設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式中，每個循環(huán)都涉及不同領(lǐng)域的理論和技能，包含調(diào)研分析、交流協(xié)作、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、展示研討等多元實(shí)踐活動。這些活動層層遞進(jìn)，促使學(xué)生深化對知識點(diǎn)的理解和掌握，發(fā)展創(chuàng)新性探究能力、問題解決能力和跨學(xué)科思維，同時錘煉學(xué)生吃苦耐勞的品格。

4結(jié)束語

本文以STEM教育理念為核心，探討跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、實(shí)踐應(yīng)用及技術(shù)賦能意義，并系統(tǒng)分析跨學(xué)科學(xué)習(xí)的五大構(gòu)成要素（主體、客體、規(guī)則、工具與環(huán)境），在此基礎(chǔ)上構(gòu)建以“真實(shí)問題—設(shè)計(jì)迭代一協(xié)作探究”為特征的設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)通過信息化手段支持多學(xué)科知識整合與實(shí)踐創(chuàng)新。該模式通過師生雙循環(huán)互動，推動學(xué)生在解決復(fù)雜問題中實(shí)現(xiàn)知識遷移與能力提升，為區(qū)域教育實(shí)踐提供可操作的框架，對深化教育改革具有重要的參考價值。

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