〔摘 要〕 跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要教學(xué)方式之一，而創(chuàng)意紙電路課程能夠整合科學(xué)、勞動(dòng)、數(shù)學(xué)、信息科技及藝術(shù)等多門學(xué)科知識(shí)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性，非常適合作為開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)項(xiàng)目的載體。本文基于華南師范大學(xué)李克東教授的5EX設(shè)計(jì)模型理論，以緊密聯(lián)系生活實(shí)際的“光控路燈”為主題，通過(guò)提出問題、制訂計(jì)劃、需求分析、設(shè)計(jì)搭建、編程實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)意路演、評(píng)價(jià)反思7個(gè)教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)，將科學(xué)實(shí)驗(yàn)、信息科技的算法實(shí)現(xiàn)與藝術(shù)設(shè)計(jì)和動(dòng)手制作緊密融通，完成“光控路燈”項(xiàng)目的創(chuàng)作與展示，全面促進(jìn)學(xué)生的綜合能力發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕 5EX設(shè)計(jì)模型；《創(chuàng)意紙電路》；活動(dòng)實(shí)踐

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 24 061-063

一、問題的提出

教育部等八部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步激發(fā)中小學(xué)辦學(xué)活力的若干意見》，明確提出學(xué)校在遵循教學(xué)基本要求的基礎(chǔ)上，可自主實(shí)施跨學(xué)科主題教學(xué)。教育部印發(fā)的《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，設(shè)置了占課時(shí)一定比例的“跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)”，力求課程綜合化實(shí)施，變革育人方式，全面落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。《創(chuàng)意紙電路》課程將紙藝創(chuàng)作與電路知識(shí)、硬件編程技術(shù)融合在一起。以紙電路材料，如導(dǎo)電膠帶、貼片LED燈、智能電子元件等作為學(xué)習(xí)材料，讓學(xué)生融合各學(xué)科知識(shí)完成一個(gè)有趣、有用、又具藝術(shù)表現(xiàn)力的紙電路作品。因此，基于跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)理念，依托紙電路編程創(chuàng)作開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，是推進(jìn)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效嘗試。本文基于華南師范大學(xué)李克東教授的5EX模型理論，實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)，以緊密聯(lián)系生活實(shí)際的“光控路燈”為主題，通過(guò)提出問題、制訂計(jì)劃、需求分析、設(shè)計(jì)搭建、編程實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)意路演、評(píng)價(jià)反思7個(gè)教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)，探索將教學(xué)設(shè)計(jì)模型與“科創(chuàng)+藝術(shù)”課程相融合的實(shí)施路徑，為新課標(biāo)理念指導(dǎo)下跨學(xué)科主題教學(xué)的實(shí)踐方向和教學(xué)設(shè)計(jì)提供啟示。

二、5EX模型指導(dǎo)下的創(chuàng)意紙電路課程活動(dòng)設(shè)計(jì)

5EX模型由華南師范大學(xué)李克東教授團(tuán)隊(duì)提出，是一個(gè)旨在提供指導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐的理論模型。該模型遵循有效設(shè)計(jì)和實(shí)施跨學(xué)科學(xué)習(xí)的5個(gè)要點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生從真實(shí)情境出發(fā)，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)發(fā)現(xiàn)、整理及整合相關(guān)聯(lián)學(xué)科的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)其運(yùn)用相關(guān)聯(lián)學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行分析，以效果完成倒推問題解決，提高其綜合實(shí)踐能力。具體學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)分為進(jìn)入情境與提出問題活動(dòng)（EnterandQuestions，簡(jiǎn)稱EQ）、探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用活動(dòng)（ExplorationandMathematics，簡(jiǎn)稱EM）、工程設(shè)計(jì)與技術(shù)制作活動(dòng)（EngineeringandTechnology，簡(jiǎn)稱ET）、知識(shí)拓展與創(chuàng)意設(shè)計(jì)活動(dòng)（ExpansionandCreativity，簡(jiǎn)稱EC）和多元評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)反思活動(dòng)（EvaluationandReflection，簡(jiǎn)稱ER）。結(jié)合5EX設(shè)計(jì)模型的跨學(xué)科設(shè)計(jì)理念與創(chuàng)意紙電路課程活動(dòng)形式，筆者設(shè)計(jì)了與學(xué)生真實(shí)生活情境緊密聯(lián)系的項(xiàng)目“光控路燈”?；顒?dòng)包含如下7個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。

跨學(xué)科學(xué)習(xí)是“光控路燈”項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施的核心，基于真實(shí)情境的問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生一步步完成分解任務(wù)，啟發(fā)學(xué)生思考光控路燈的算法實(shí)現(xiàn)，感受科學(xué)探索的方法和紙藝作品的制作過(guò)程，科創(chuàng)教育和藝術(shù)發(fā)展相融合，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提高。

三、“光控路燈”項(xiàng)目跨學(xué)科活動(dòng)實(shí)踐

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

《microbit與紙電路創(chuàng)意編程》是珠海市“十四五”教育科研規(guī)劃課題“小學(xué)科創(chuàng)+藝術(shù)融合課程的實(shí)踐研究——以《創(chuàng)意紙電路》課程為例”中三個(gè)維度的子課程之一。該課程共設(shè)計(jì)有8個(gè)單元的跨學(xué)科實(shí)踐項(xiàng)目，“光控路燈”項(xiàng)目是其中之一，包含4個(gè)課時(shí)：第1課時(shí)的任務(wù)主要是“場(chǎng)景設(shè)計(jì)”；第2課時(shí)的主要任務(wù)是“電路連接”；第3課時(shí)的主要任務(wù)是基于makecode平臺(tái)進(jìn)行microbit硬件編程，實(shí)現(xiàn)光控路燈的智能控制效果；第4課時(shí)的主要任務(wù)是創(chuàng)意展示和評(píng)價(jià)反思。

本單元項(xiàng)目的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生用融合科學(xué)、藝術(shù)、信息科技多學(xué)科知識(shí)及能力設(shè)計(jì)出“光控路燈”的不同場(chǎng)景應(yīng)用。在項(xiàng)目實(shí)踐中培養(yǎng)問題解決的能力和創(chuàng)新能力，以期提高信息科技素養(yǎng)、美學(xué)素養(yǎng)，以及智能時(shí)代的勞動(dòng)品質(zhì)。

（二）學(xué)習(xí)者分析

本單元的教學(xué)對(duì)象是小學(xué)六年級(jí)學(xué)生，他們對(duì)圖形化編程很感興趣，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)做好光控路燈的場(chǎng)景設(shè)計(jì)和電路連接，熟悉makecode的編程環(huán)境，能熟練使用microbit的基本語(yǔ)句。但對(duì)光控路燈的編程原理和思路還不清晰，需要在教師的引導(dǎo)下嘗試探究，用算法解決實(shí)際問題。

在學(xué)習(xí)意識(shí)方面，經(jīng)過(guò)前期每個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐的鍛煉，學(xué)生已經(jīng)逐漸養(yǎng)成運(yùn)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊(cè)進(jìn)行小組合作探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)提供了良好基礎(chǔ)。

（三）學(xué)習(xí)目標(biāo)

科學(xué)維度：了解光控開關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理，掌握串聯(lián)電路的設(shè)計(jì)方法與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；能梳理出光控路燈的算法流程圖；培養(yǎng)學(xué)生在智能社會(huì)中負(fù)責(zé)任、安全、合理地使用信息科技，同時(shí)注意風(fēng)險(xiǎn)防范的責(zé)任意識(shí)。

技術(shù)維度：熟練使用導(dǎo)電膠帶、LED燈進(jìn)行電路連接；靈活使用microbit各指令模塊，制作光控路燈；培養(yǎng)學(xué)生選取材料，合理使用實(shí)驗(yàn)工具的能力。

工程維度：硬件的連接，整體場(chǎng)景的搭建完成；通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生“觀察—分析—提煉—實(shí)踐”的學(xué)習(xí)方法；通過(guò)問題解決導(dǎo)向的編程實(shí)踐，掌握“分析—設(shè)計(jì)—調(diào)試—優(yōu)化”的程序設(shè)計(jì)思路。

藝術(shù)維度：光控路燈的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)，造型創(chuàng)意設(shè)計(jì)；讓學(xué)生體驗(yàn)造型的樂趣，培養(yǎng)審美評(píng)價(jià)能力；口頭表達(dá)能力；創(chuàng)新能力。

數(shù)學(xué)維度：電路與場(chǎng)景融合的測(cè)量與計(jì)算，電路圖與流程圖的繪制；用數(shù)據(jù)編碼解決問題的算法思想；用數(shù)據(jù)闡述結(jié)果的能力；數(shù)學(xué)邏輯思維的能力。

（四）教學(xué)活動(dòng)

EQ（1）：進(jìn)入情境，初探項(xiàng)目。本環(huán)節(jié)，教師首先為學(xué)生提供真實(shí)的光控路燈的視頻，激發(fā)學(xué)生自己動(dòng)手制作的探究興趣。其次，教師根據(jù)紙電路導(dǎo)學(xué)案，提出與本主題相關(guān)的問題，如：生活中哪些場(chǎng)景需要用到光控路燈？哪些方式是我們小學(xué)生可以嘗試的？是否可以用紙電路和編程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)？

EQ（2）：提出問題，制訂計(jì)劃。本環(huán)節(jié)從“光控路燈”紙電路項(xiàng)目完成的目標(biāo)出發(fā)。首先，教師依據(jù)主題拋出問題：“如何規(guī)劃設(shè)計(jì)光控路燈項(xiàng)目？”其次，教師組織學(xué)生梳理完成制作的一般流程：需求分析—場(chǎng)景設(shè)計(jì)—電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—道具場(chǎng)景制作—算法設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)—?jiǎng)?chuàng)意展示。再次，教師帶領(lǐng)學(xué)生明確小組任務(wù)分工，將語(yǔ)文、科學(xué)、美術(shù)、信息科技等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行跨學(xué)科關(guān)聯(lián)。最后，師生一起梳理制作過(guò)程可能出現(xiàn)的問題及預(yù)設(shè)解決方案，明確本項(xiàng)目的最終評(píng)價(jià)方式。過(guò)程性評(píng)價(jià)：各項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)完成情況（小組評(píng)分榜）；總結(jié)性評(píng)價(jià)：項(xiàng)目作品展評(píng)、項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊(cè)完成情況。

EM（1）：自主探究，電路設(shè)計(jì)。本環(huán)節(jié)主要從科學(xué)電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行切入，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行光控路燈的電路設(shè)計(jì)。教師示范講解光控路燈的實(shí)現(xiàn)原理，學(xué)生通過(guò)微課自主學(xué)習(xí)microbit控制板的連接以及microbit引腳電平的知識(shí)，重點(diǎn)掌握如何設(shè)置變量，引導(dǎo)分析設(shè)置變量用0和1來(lái)表示燈的狀態(tài)（算法世界的編碼思想）。

EM（2）：場(chǎng)景搭建，數(shù)學(xué)應(yīng)用。設(shè)計(jì)完電路以后，進(jìn)入場(chǎng)景搭建環(huán)節(jié)。學(xué)生可以設(shè)想公路路燈、學(xué)校樓道等多個(gè)不同的光控路燈應(yīng)用場(chǎng)景。其間，測(cè)量好相關(guān)比例，規(guī)劃好開關(guān)位置，繪制出場(chǎng)景圖，并配合故事角色動(dòng)作，加以燈光布置營(yíng)造氣氛，增強(qiáng)作品的感染力。

ET：工程設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)。本環(huán)節(jié)讓學(xué)生基于makecode平臺(tái)進(jìn)行microbit硬件編程，實(shí)現(xiàn)光控路燈的智能控制效果，進(jìn)一步感受工程設(shè)計(jì)的過(guò)程。首先，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行需求分析，分析光控路燈的實(shí)現(xiàn)原理。學(xué)生分小組進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，用肢體語(yǔ)言來(lái)表演光控路燈的實(shí)現(xiàn)效果是怎樣的，提出解決方案。其次，教師強(qiáng)調(diào)算法設(shè)計(jì)邏輯“與”和邏輯“或”的不同。再次，小組借助教師提供的支架進(jìn)行算法流程圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行小組匯報(bào)；最后，自主學(xué)習(xí)變量設(shè)置和分支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)效果。

EC：知識(shí)拓展，創(chuàng)意路演。本環(huán)節(jié)為學(xué)生搭建創(chuàng)意自主發(fā)揮的平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)完成小組《項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊(cè)》、全組上臺(tái)展示交流并分享創(chuàng)意設(shè)計(jì)，旨在引導(dǎo)互相學(xué)習(xí)，開拓學(xué)生的創(chuàng)作思路。鼓勵(lì)學(xué)生大膽表達(dá)，鼓勵(lì)多學(xué)科融合的設(shè)計(jì)思維和敢于表達(dá)的能力，場(chǎng)景角色扮演，科學(xué)探究演示，提升學(xué)科綜合素養(yǎng)。

ER：評(píng)價(jià)反思，修改作品。本環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)本次項(xiàng)目式學(xué)習(xí)總結(jié)與反思，從學(xué)習(xí)過(guò)程和作品成效兩個(gè)方面來(lái)開展自評(píng)互評(píng)，并進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享。小組在創(chuàng)作過(guò)程中有沒有遇到困難，是怎么解決的；小組有什么成功經(jīng)驗(yàn)等等。教師還提供智能家居實(shí)現(xiàn)方案的拓展視頻，分享算法設(shè)計(jì)在智慧生活中的創(chuàng)新應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生思考更多的設(shè)計(jì)方案和對(duì)智慧生活的暢想。同時(shí)介紹信息安全和隱私保護(hù)的信息社會(huì)責(zé)任，提煉升華。

（五）教學(xué)反思

按照項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)計(jì)劃，5EX模型支持下的創(chuàng)意紙電路“光控路燈”項(xiàng)目的教學(xué)任務(wù)順利完成，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下成功創(chuàng)作了符合主題的紙電路作品。課程結(jié)束后，教師對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行回顧、分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中有可提升的空間。本次項(xiàng)目制訂了切實(shí)可行的教學(xué)目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和跨學(xué)科綜合運(yùn)用知識(shí)來(lái)解決問題的能力。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目創(chuàng)作過(guò)程中積極嘗試小組合作學(xué)習(xí)方式，小組成員均較好地完成了自己的任務(wù)，遇到問題會(huì)尋求團(tuán)隊(duì)和教師的幫助，主動(dòng)溝通、解決困難。但發(fā)現(xiàn)學(xué)生將整個(gè)項(xiàng)目拆分為小任務(wù)時(shí)存在一定困難。因此，無(wú)論是創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)置問題、呈現(xiàn)內(nèi)容還是答疑，均應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，多維度思考來(lái)嘗試解決問題。

四、結(jié)語(yǔ)

本文基于5EX設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)了創(chuàng)意紙電路課程的“光控路燈”項(xiàng)目活動(dòng)，驗(yàn)證了5EX模型指導(dǎo)跨學(xué)科活動(dòng)設(shè)計(jì)的有效性，同時(shí)詳細(xì)闡述了具體的教學(xué)流程和實(shí)施步驟，為“科創(chuàng)+藝術(shù)”的跨學(xué)科教育實(shí)踐提供了流程路徑與案例借鑒。未來(lái)研究可基于本案例的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步對(duì)跨學(xué)科教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入探索和完善，融合發(fā)展，共建共享，以更好地落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)、全面育人的目標(biāo)。

【本文系珠海市教育科研“十四五”規(guī)劃2022年度課題“小學(xué)‘科創(chuàng)+藝術(shù)’融合課程的實(shí)踐研究——以《創(chuàng)意紙電路》課程為例”（立項(xiàng)批的課題準(zhǔn)號(hào)：2022ZHGHKTG175）研究成果】

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