【摘 要】本文構(gòu)建了一種跨學(xué)科微項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)模型。該模型以信息科技為主學(xué)科、其他學(xué)科為副學(xué)科，通過“1+N+1+N”四個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證模型應(yīng)用效果，本文開展了初中人工智能跨學(xué)科微項(xiàng)目“預(yù)測(cè)色彩的時(shí)間之旅”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以期為同行教師開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提供實(shí)踐參考。

【關(guān)鍵詞】中小學(xué)信息科技；跨學(xué)科學(xué)習(xí)；微項(xiàng)目

【中圖分類號(hào)】G434 " 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2025）01-051-03

隨著《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》的頒布，跨學(xué)科學(xué)習(xí)已經(jīng)成為我國義務(wù)教育階段倡導(dǎo)的一種重要學(xué)習(xí)方式?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)的開展，能夠深化和拓展學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)科知識(shí)與學(xué)科方法的理解，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的問題解決，更好地發(fā)展學(xué)習(xí)者的高階思維、關(guān)鍵技能與核心素養(yǎng)。為落實(shí)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》按照學(xué)生認(rèn)知特征和學(xué)科邏輯主線設(shè)計(jì)了多個(gè)跨學(xué)科主題活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)以真實(shí)問題或項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷跨學(xué)科主題活動(dòng)的全過程，凸顯綜合實(shí)踐的獨(dú)特育人價(jià)值[1]。然而，在跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐過程中，一線信息科技教師卻遇到跨學(xué)科知識(shí)薄弱、課時(shí)緊、設(shè)計(jì)難等諸多困難。筆者構(gòu)建了一種以信息科技學(xué)科為主的跨學(xué)科微項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)模型，并基于此模型開展了以“預(yù)測(cè)色彩的時(shí)間之旅”為主題的初中人工智能跨學(xué)科微項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐。

概念與模型

1.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的微縮

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)通常包括四個(gè)階段：創(chuàng)設(shè)情境，確定主題；設(shè)計(jì)論證，制定方案；合作探究，創(chuàng)意物化；總結(jié)展示，知識(shí)遷移[2]，需投入較長的時(shí)間。而中小學(xué)信息科技課通常較為分散，一定程度上影響了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的連貫性，給項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開展增加了困難。因此，筆者嘗試設(shè)計(jì)能夠在1-2課時(shí)完成的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)，相較于傳統(tǒng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，時(shí)間短、任務(wù)輕，故稱為“微項(xiàng)目”。

2.主副學(xué)科的劃分

中小學(xué)信息科技跨學(xué)科學(xué)習(xí)是以義教階段的信息科技課程為主體，突破學(xué)科邊界，整合并合理運(yùn)用其他學(xué)科的知識(shí)、技能、方法和思維，促使學(xué)生圍繞主題開展綜合性學(xué)習(xí)的一種學(xué)習(xí)方式。筆者構(gòu)建的中小學(xué)信息科技跨學(xué)科微項(xiàng)目，是以信息科技作為“主學(xué)科”，整合其他一個(gè)或多個(gè)學(xué)科為“副學(xué)科”?！案睂W(xué)科”主要提供情境問題，作為項(xiàng)目開展的目的；提供學(xué)科知識(shí)，作為項(xiàng)目開展的基礎(chǔ)。在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，學(xué)生將建構(gòu)“主學(xué)科”的新知識(shí)、新方法。具體而言，從內(nèi)容的角度，信息科技學(xué)科領(lǐng)域的目標(biāo)將作為教學(xué)目標(biāo)，信息科技學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容將作為教學(xué)重點(diǎn)；從學(xué)情的角度，學(xué)生將在本節(jié)課學(xué)習(xí)信息科技學(xué)科領(lǐng)域的新內(nèi)容，而并不會(huì)學(xué)習(xí)其他學(xué)科的新內(nèi)容，但是會(huì)復(fù)習(xí)、應(yīng)用其他學(xué)科的內(nèi)容，同時(shí)形成開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐的思路。

3.教學(xué)設(shè)計(jì)的模型

基于以上分析，筆者構(gòu)建了中小學(xué)信息科技跨學(xué)科微項(xiàng)目的設(shè)計(jì)模型，如圖1所示。

圖1 "中小學(xué)信息科技跨學(xué)科微項(xiàng)目設(shè)計(jì)模型

本模型共包含四個(gè)步驟，與傳統(tǒng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（1）從1個(gè)副學(xué)科找真實(shí)情境，提出問題。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的第一步是“創(chuàng)設(shè)情境，確定主題”。本模型同樣從情境出發(fā)，以問題的形式引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)。合適的情境與問題是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、為學(xué)生帶來成就感[3]。為實(shí)現(xiàn)學(xué)科融合，從副學(xué)科出發(fā)，創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問題，可以提出“在某個(gè)具體的情境下，如何用學(xué)科知識(shí)滿足我們的需求”這一類驅(qū)動(dòng)性問題。例如，人教版初中語文七年級(jí)上冊(cè)課本第一課就有課后習(xí)題：“在作者朱自清筆下，春天就像一幅幅美麗的圖畫。有感情地朗讀課文《春》，看看課文描繪了哪些春日?qǐng)D景。你最喜歡其中哪一幅畫面？說說你的理由?！庇纱苏归_，學(xué)生既可以探討語文學(xué)科中閱讀與鑒賞的相關(guān)知識(shí)，也可以探究如何使用信息科技的AI繪畫工具、演示文稿工具和音視頻編輯工具，將畫面展示、評(píng)析，開展圖文并茂的讀書分享。從副學(xué)科出發(fā)的情境與問題，自然帶有副學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，為解決問題，學(xué)生需要主動(dòng)復(fù)習(xí)知識(shí)、積極應(yīng)用知識(shí)。同時(shí)，主學(xué)科信息科技具有一定的工具性[4]，能夠?yàn)閷W(xué)生提供解決問題的知識(shí)與方法，二者結(jié)合，為學(xué)科融合和項(xiàng)目實(shí)施提供了保障。

（2）用N個(gè)副學(xué)科作為知識(shí)基礎(chǔ)，制定方案。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的第二步是“設(shè)計(jì)論證，制定方案”。本模型則將重點(diǎn)放在調(diào)用已有知識(shí)，制定項(xiàng)目方案。由于項(xiàng)目的情境與問題來自副學(xué)科，因此首先需要進(jìn)行副學(xué)科知識(shí)的復(fù)習(xí)回顧，并以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的思路，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作交流，制定解決問題的方案。教師不需要強(qiáng)行加入信息科技的內(nèi)容，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生站在解決問題、形成成果的角度，發(fā)現(xiàn)僅用單一學(xué)科的現(xiàn)有知識(shí)，不能很好地解決問題，不能形成完善的項(xiàng)目成果，從而自然引出需要學(xué)習(xí)新的知識(shí)和方法，尤其是信息科技的知識(shí)和方法。這一階段的驅(qū)動(dòng)性問題是“在現(xiàn)有知識(shí)不足的情況下，怎樣用信息科技知識(shí)助力問題解決”。信息科技具有一定的工具性，可以為解決問題助力。例如，使用互聯(lián)網(wǎng)可以提供豐富的工具與資源、應(yīng)用過程與控制方法可以得到指定問題的輸出結(jié)果、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)軟硬件可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的功能設(shè)計(jì)，尤其是使用人工智能工具，可以輔助學(xué)生思考、輔助成果產(chǎn)出，幾乎在任何項(xiàng)目中都可以大顯身手。在這樣的思路下制定的方案，是一個(gè)主動(dòng)學(xué)習(xí)信息科技知識(shí)，并將其與副學(xué)科知識(shí)結(jié)合、用以解決問題的方案。從中可以看到學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和跨學(xué)科學(xué)習(xí)的效果。

（3）以1個(gè)主學(xué)科確定思路方法，解決問題。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的第三步是“合作探究，創(chuàng)意物化”。本模型的重點(diǎn)則是解決問題的思路與樣例。這一階段的驅(qū)動(dòng)性問題是“在學(xué)習(xí)了信息科技知識(shí)后，如何形成問題解決樣例”。由于問題來自副學(xué)科，不一定是實(shí)踐性問題，因此項(xiàng)目的成果不一定是創(chuàng)客作品這類實(shí)物，也可能是一段程序、一篇報(bào)告、一個(gè)解決問題的樣例。本階段的重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)信息科技的新知識(shí)、新方法后，進(jìn)一步完善問題解決思路，力求將幾個(gè)學(xué)科的知識(shí)和方法進(jìn)行統(tǒng)整，形成問題解決樣例。在這一階段，信息科技將充分發(fā)揮主學(xué)科的作用，主導(dǎo)問題解決。

（4）合N個(gè)主副學(xué)科融合思考，知識(shí)遷移。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的第四步是“總結(jié)展示，知識(shí)遷移”。本模型的重點(diǎn)在于總結(jié)學(xué)科融合的思路，交流學(xué)科融合的心得。這一階段的驅(qū)動(dòng)性問題是“在問題解決過程中，對(duì)學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用有了怎樣的思考”。師生可以重新回顧整個(gè)項(xiàng)目的推進(jìn)過程，關(guān)注主副學(xué)科如何交叉融合，并進(jìn)行知識(shí)和方法的遷移應(yīng)用。

應(yīng)用與實(shí)踐

筆者以“預(yù)測(cè)色彩的時(shí)間之旅”這一微項(xiàng)目為例，闡述中小學(xué)信息科技跨學(xué)科微項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路。此項(xiàng)目針對(duì)八年級(jí)的學(xué)生，時(shí)長為1課時(shí)，以美術(shù)學(xué)科的染色作為情境和問題，以數(shù)學(xué)學(xué)科的一元一次函數(shù)作為基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)信息科技人工智能中的回歸算法。

1.學(xué)情分析

學(xué)生對(duì)人工智能的概念和實(shí)現(xiàn)方式有初步的認(rèn)識(shí)，具備進(jìn)一步探索的能力；但是并沒有深入學(xué)習(xí)人工智能的實(shí)現(xiàn)方式，不了解如何進(jìn)行預(yù)測(cè)，這將是本課的主要內(nèi)容。學(xué)生在七年級(jí)學(xué)習(xí)了平面直角坐標(biāo)系，在八年級(jí)學(xué)習(xí)了一元一次函數(shù)，這是學(xué)習(xí)回歸分析的基礎(chǔ)。學(xué)生已經(jīng)掌握了表格工具、人工智能編程平臺(tái)的使用方法，能夠在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行個(gè)性化的探究，這是開展項(xiàng)目的必要技能。

2.目標(biāo)確定

（1）制定應(yīng)用人工智能進(jìn)行染色結(jié)果預(yù)測(cè)的方案。（2）了解回歸算法的數(shù)學(xué)模型，理解一元線性回歸的基本原理，掌握其在預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。（3）能夠運(yùn)用回歸算法預(yù)測(cè)染色結(jié)果。（4）明確合理使用人工智能的重要性，樹立科技強(qiáng)國的意識(shí)，提升文化自信。

3.教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：掌握一元線性回歸在預(yù)測(cè)中的應(yīng)用；教學(xué)難點(diǎn)：了解回歸算法的數(shù)學(xué)模型，理解一元線性回歸的基本原理。

4.教學(xué)流程

（1）探究草木染色，發(fā)現(xiàn)問題（5分鐘）。教師提出問題：時(shí)間是否會(huì)對(duì)染色結(jié)果產(chǎn)生影響？如何進(jìn)行預(yù)測(cè)？學(xué)生觀看草木染色的圖文介紹和視頻后，小組討論如何進(jìn)行染色結(jié)果的預(yù)測(cè)，從而促進(jìn)草木染色工藝的推廣。

（2）回顧數(shù)學(xué)知識(shí)，形成方案（10分鐘）。教師提出問題：能否使用函數(shù)預(yù)測(cè)染色結(jié)果？ 師生回顧函數(shù)的相關(guān)知識(shí)，明確兩個(gè)變量：時(shí)間（x）和染色結(jié)果（y）。進(jìn)而形成預(yù)測(cè)方案：先通過計(jì)時(shí)和RGB數(shù)值提取，實(shí)現(xiàn)變量的數(shù)字化；再繪制散點(diǎn)圖，驗(yàn)證數(shù)據(jù)點(diǎn)是否在一條直線上。預(yù)設(shè)：以時(shí)間為橫軸，以藍(lán)色值為縱軸，繪制散點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)幾次染色結(jié)果并不在一條直線上，但是近似分布在一條直線附近。

（3）實(shí)踐人工智能，解決問題（20分鐘）。驅(qū)動(dòng)性問題：能否使用函數(shù)近似地預(yù)測(cè)染色結(jié)果？首先使用表格工具繪制函數(shù)圖像，得到一個(gè)一元一次函數(shù)。其次使用示例數(shù)據(jù)驗(yàn)證函數(shù)預(yù)測(cè)的結(jié)果是否準(zhǔn)確。然后更換訓(xùn)練數(shù)據(jù)為紅色值、綠色值，重新繪制函數(shù)，檢驗(yàn)算法的可推廣性。最后對(duì)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行總結(jié)分析。學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色值的預(yù)測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的，但是紅色綠色值的預(yù)測(cè)結(jié)果是不可靠的，即算法的可推廣性有限。這時(shí)由教師拓展更多的回歸算法，演示如何用其他的函數(shù)圖像進(jìn)行紅色綠色值的預(yù)測(cè)，并對(duì)回歸算法進(jìn)行整體介紹。

（4）思考學(xué)科融合，反思總結(jié)（5分鐘）。驅(qū)動(dòng)性問題：對(duì)人工智能應(yīng)用有沒有新的想法？師生由染色預(yù)測(cè)展開，討論科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)文化的關(guān)系，了解科技強(qiáng)國、文化自信等國家政策；明確中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是科技文化創(chuàng)新的源頭活水。教師還可以由此布置其他拓展任務(wù)。

5.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

教師請(qǐng)學(xué)生從思考問題積極性、解決問題有效性、合作探究高效性、學(xué)習(xí)態(tài)度端正度四個(gè)角度，記錄對(duì)自己、對(duì)小組的滿意度，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)；再請(qǐng)學(xué)生完成相關(guān)練習(xí)題，進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

總結(jié)與反思

本文闡述了“1+N+1+N”信息科技跨學(xué)科微項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路，以初中人工智能跨學(xué)科微項(xiàng)目“預(yù)測(cè)色彩的時(shí)間之旅”為例開展教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了信息科技、數(shù)學(xué)、美術(shù)三個(gè)學(xué)科的融合，將人工智能、一元一次函數(shù)與染色問題一起做了探究，落實(shí)了課程育人的理念，讓學(xué)生感受到科技創(chuàng)新在傳統(tǒng)文化中的重要性，深刻理解科技強(qiáng)國，樹立文化自信。但是本次實(shí)踐還存在課堂組織形式單一、項(xiàng)目成果不夠個(gè)性化等問題，有待在實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。

注：本文系廣東省基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動(dòng)專題研究項(xiàng)目“區(qū)域聯(lián)動(dòng)推進(jìn)義教階段信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究”、廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“OBECDIO教育理念下的初中人工智能課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：2025ZQJK092）、廣東省中小學(xué)教師培訓(xùn)中心專項(xiàng)科研課題“新課改背景下區(qū)域聯(lián)動(dòng)的信息科技跨學(xué)科教學(xué)實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：GDSP-2024-Q011）的階段性研究成果

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