人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力，培養(yǎng)拔尖人才是實施科教興國、人才強國的重大戰(zhàn)略支撐。]隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化已經(jīng)滲透到社會的各個領(lǐng)域。各國深入推進數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略，競爭日趨激烈，數(shù)字時代的國際格局正在加速重塑。而數(shù)字化與工程技術(shù)的融合一一數(shù)字工程，成為各國競爭的重點領(lǐng)域。數(shù)字工程素養(yǎng)是數(shù)字工程人才必備的素養(yǎng)，指的是將數(shù)字化技術(shù)融入工程實踐，通過系統(tǒng)性觀察、分析、批判、創(chuàng)新、迭代來解決問題的意識與能力。具備數(shù)字工程素養(yǎng)的學(xué)生通常對數(shù)字技術(shù)、工程技術(shù)感興趣，且具有獨立分析問題并制訂解決方案的能力，還具有發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維、良好的動手能力和豐富的空間想象力。

我國對數(shù)字工程人才的培養(yǎng)相對較晚，目前僅在高校開設(shè)相關(guān)專業(yè)，在中小學(xué)則少有這方面的探索。2019年以來，遂漸探索出了一條以跨學(xué)科學(xué)習(xí)為主要方式的數(shù)字工程素養(yǎng)培育路徑，取得了一定成果。

一、建立培育學(xué)生數(shù)字工程素養(yǎng)的支持系統(tǒng)

（一）融數(shù)字素養(yǎng)與工程素養(yǎng)于一體的課程建設(shè)

數(shù)字工程與科技實踐之間有著緊密的聯(lián)系。學(xué)校創(chuàng)造性地引人了設(shè)計與技術(shù)課程。這一課程不僅是工程特色課程的典范，也是跨學(xué)科學(xué)習(xí)理念的實踐路徑。設(shè)計與技術(shù)課程不僅涉及機械、電子、編程等領(lǐng)域，還巧妙地將科學(xué)、數(shù)學(xué)、美術(shù)和信息科技等多學(xué)科融于一體，形成了一個多維度、跨領(lǐng)域的綜合學(xué)習(xí)平臺。在設(shè)計與技術(shù)課堂上，學(xué)生不再是某個單一領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者，而是解決綜合問題的實踐者。通過參與項自設(shè)計、材料探索、工藝制作等過程，學(xué)生不僅系統(tǒng)掌握了工程技術(shù)，還學(xué)會了如何在跨學(xué)科背景下分析問題、提出解決方案。學(xué)校充分考慮學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律，在小學(xué)各年段設(shè)計了不同梯度的設(shè)計與技術(shù)課程，建立了低、中、高三段式課程體系。

在低年級，課程主要包括充滿趣味和具有直觀性的活動。例如，在“數(shù)字積木樂園”項自中，學(xué)生通過拼接不同形狀且?guī)в袛?shù)字標(biāo)識的積木，知道數(shù)字的天小、排列順序以及簡單的組合規(guī)律，同時初步了解物體的結(jié)構(gòu)與特性，形成空間感知能力。

中年級的設(shè)計與技術(shù)課程旨在引導(dǎo)學(xué)生對知識進行實踐應(yīng)用。其中，“智能玩具創(chuàng)意制作\"項目要求學(xué)生運用美術(shù)知識與手工技巧設(shè)計玩具的外觀和結(jié)構(gòu)，同時利用簡單的編程模塊和傳感器，如觸摸傳感器、聲音傳感器等，使玩具具有互動功能?？梢姡@一項目實現(xiàn)了信息科技、美術(shù)與工程技術(shù)的初步融合。

高年級的設(shè)計與技術(shù)課程側(cè)重于綜合性的項目實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以“環(huán)保智能家居模型設(shè)計”項目為例，學(xué)生需要全面考慮家居的功能分區(qū)、能源利用與環(huán)保材料選擇等工程問題，并運用數(shù)學(xué)知識進行空間規(guī)劃與能耗計算，而后借助編程技術(shù)實現(xiàn)對智能設(shè)備的控制。

（二）以數(shù)字技術(shù)賦能課堂教學(xué)

在小學(xué)課堂教學(xué)中，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用豐富多樣且貼合學(xué)生實際。其中，數(shù)字化信息系統(tǒng)在科學(xué)課上大放異彩。以教科版《科學(xué)》四年級上冊“聲音”單元為例，學(xué)生使用該系統(tǒng)的聲音傳感器收集不同物體發(fā)出的聲音的頻率、振幅等數(shù)據(jù)，如敲擊不同材質(zhì)的樂器，撥動粗細不同的琴弦等。實驗數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)诫娔X上，以直觀的圖表形式呈現(xiàn)。學(xué)生通過觀察和分析這些可視化數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)聲音與物體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。這種數(shù)字化實驗將抽象的知識變得具體可感，極大地增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地培養(yǎng)了學(xué)生基于數(shù)據(jù)進行分析探究的能力。

人工智能技術(shù)也為教學(xué)帶來了新的活力。智能學(xué)習(xí)平臺能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和知識掌握情況，推送個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和練習(xí)。比如在語文識字課中，智能學(xué)習(xí)平臺能夠識別學(xué)生的生字認讀錯誤率和書寫薄弱點，而后有針對性地推送包含易錯字的趣味短文、筆順演示動畫以及聽寫練習(xí)等內(nèi)容，幫助學(xué)生鞏固知識，突破重難點。

（三）支持跨學(xué)科學(xué)習(xí)的空間建設(shè)

學(xué)校打造了未來學(xué)習(xí)中心、未來創(chuàng)新中心、未來體能中心等八大學(xué)習(xí)空間，用于支持學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。其中，未來創(chuàng)新中心是一個充滿童趣且具有安全保障的數(shù)字工程實踐空間，配備了適合學(xué)生操作的小型3D打印機、簡易電子焊接工具、安全機械套件以及豐富的手工材料等。

此外，學(xué)校積極與周邊單位合作，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

一方面，學(xué)校與社區(qū)公園合作開展“生態(tài)數(shù)字觀察站”項目。學(xué)生定期到公園觀察動植物，利用平板電腦記錄植物的生長變化、動物的行為習(xí)性等信息。然后運用簡單的數(shù)據(jù)處理軟件分析生態(tài)數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計不同季節(jié)植物的種類和數(shù)量、動物的活動頻率等。同時結(jié)合語文課上學(xué)到的描寫自然的方法和美術(shù)課上學(xué)到的繪畫技巧，完成生態(tài)觀察手抄報或科普小視頻，向社區(qū)居民展示成果，深化人們對自然生態(tài)的認識，提升人們保護環(huán)境的意識，發(fā)揮跨學(xué)科學(xué)習(xí)的社會價值。

另一方面，學(xué)校與科技館建立長期合作關(guān)系，定期組織學(xué)生參加科技館的互動展覽活動和科普講座活動。在此過程中，學(xué)生親身體驗各種數(shù)字工程技術(shù)的應(yīng)用，如通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬自然災(zāi)害，觀著機器人的表演，等等。科技館的工作人員會用通俗易懂的語言為學(xué)生講解背后的科學(xué)原理和工程技術(shù)，激發(fā)學(xué)生探索數(shù)字工程的熱情，拓寬學(xué)生的科技視野，為跨學(xué)科學(xué)習(xí)提供豐富的靈感。

（四）提升教師的數(shù)字工程素養(yǎng)

學(xué)校十分重視教師數(shù)字工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，構(gòu)建了全方位、多層次的教師培訓(xùn)體系。如，學(xué)校定期舉辦校內(nèi)\"數(shù)字工程教育工作坊\"活動，邀請教育技術(shù)專家和一線優(yōu)秀教師分享經(jīng)驗并展開案例教學(xué)。在工作坊中，專家會詳細介紹適合小學(xué)生的數(shù)字工程教育軟件的使用方法，如簡單的編程軟件、數(shù)據(jù)處理工具等，并通過實際操作演示和現(xiàn)場指導(dǎo)幫助教師快速掌握技術(shù)。同時，一線優(yōu)秀教師通過案例分享介紹將數(shù)字工程知識融人語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科教學(xué)的方法，如在科學(xué)課上利用數(shù)字模擬軟件講解地球公轉(zhuǎn)與四季變化的知識，在數(shù)學(xué)課上通過編程游戲讓學(xué)生練習(xí)數(shù)學(xué)運算，等等。這都為其他教師提供了教學(xué)思路和教學(xué)方向。

學(xué)校積極組織教師參加校外的專業(yè)課程培訓(xùn)和學(xué)術(shù)研討會，如“小學(xué)數(shù)字工程教育創(chuàng)新與實踐”培訓(xùn)課程。通過該課程，教師系統(tǒng)學(xué)習(xí)了數(shù)字工程教育的理論體系、課程設(shè)計方法和教學(xué)評價策略，了解了國內(nèi)外小學(xué)數(shù)字工程教育的最新研究成果和發(fā)展趨勢。在學(xué)術(shù)研討會上，教師有機會與來自不同地區(qū)的教育同行交流經(jīng)驗，共同探討教學(xué)中遇到的問題和解決方法。

學(xué)校鼓勵教師開展基于教學(xué)實踐的行動研究。教師針對數(shù)字工程素養(yǎng)培育過程中出現(xiàn)的實際問題，如學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的參與度差異、不同學(xué)科知識融合的難點等，制訂研究計劃并付諸實踐。教師通過收集教學(xué)數(shù)據(jù)，分析學(xué)生表現(xiàn)，反思教學(xué)過程，不斷改進教學(xué)方法和策略，并將研究成果總結(jié)成教學(xué)論文或案例報告，在學(xué)校內(nèi)部或教育論壇上進行交流，形成良好的教學(xué)研究氛圍。這不僅有利于教師團隊的共同成長，也為學(xué)生數(shù)字工程素養(yǎng)的培育提供了師資保障。

二、以跨學(xué)科學(xué)習(xí)培育學(xué)生數(shù)字工程素養(yǎng)

有效的跨學(xué)科學(xué)習(xí)不僅可以使學(xué)生在主動探究、合作創(chuàng)新中提升數(shù)字工程素養(yǎng)，還能讓學(xué)生在實踐中提升解決現(xiàn)實問題的能力。下面以“奪命漁線之禍 一 黑天鵝智能守護計劃”跨學(xué)科學(xué)習(xí)為例，展開具體分析。

（一）確定跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題

跨學(xué)科學(xué)習(xí)必須具備真實性的特點，也就是要貼近學(xué)生的生活。學(xué)校應(yīng)充分利用社區(qū)資源，引導(dǎo)學(xué)生深入了解社區(qū)的文化、歷史、環(huán)境以及居民的需求。通過觀察、調(diào)研和訪談，師生發(fā)現(xiàn)了許多具有現(xiàn)實意義的學(xué)習(xí)主題。

“奪命漁線之禍一一黑天鵝智能守護計劃\"跨學(xué)科學(xué)習(xí)源于真實的問題：距學(xué)校幾百米的大梅沙湖心島兩年前迎來了六對高貴優(yōu)雅的黑天鵝，深受游客及居民的喜愛。漸漸地，學(xué)生發(fā)現(xiàn)黑天鵝的數(shù)量有所減少，于是他們上網(wǎng)查詢資料，分析黑天鵝的死因，并進行實地走訪調(diào)查。學(xué)生得知黑天鵝是被湖中丟棄的漁線纏繞致死的。黑天鵝的相繼死亡激發(fā)了學(xué)生的社會責(zé)任感，為阻止悲劇再次發(fā)生，學(xué)生在教師的組織下，開展了以守護黑天鵝為主題的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。

（二）設(shè)立跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)

數(shù)字工程素養(yǎng)的培養(yǎng)是本次跨學(xué)科學(xué)習(xí)的最終目的。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生始終是學(xué)習(xí)的主人，占主體地位。他們通過解決實際生活中的問題，掌握關(guān)鍵知識和核心原理，獲得綜合能力的發(fā)展。

在“奪命漁線之禍一一黑天鵝智能守護計劃”跨學(xué)科學(xué)習(xí)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)黑天鵝經(jīng)常由于漁線纏繞而死，于是決定通過構(gòu)建黑天鵝智能保護系統(tǒng)來守護黑天鵝。風(fēng)險預(yù)防小組通過制作發(fā)光標(biāo)識、走馬燈、魚餌扭蛋機來預(yù)防可能發(fā)生的斷線風(fēng)險；問題處理小組制作自動巡航水下打撈器，智能化打撈黑天鵝活動范圍內(nèi)的漁線。在此過程中，學(xué)生將會用到電學(xué)與力學(xué)等科學(xué)知識、編程控制等信息科技手段、問卷編寫和倡議書撰寫等語文能力、藝術(shù)字和UI設(shè)計等美術(shù)技能、3D打印等勞動技能等。教師只提供研究方向，學(xué)生以合作學(xué)習(xí)的方式建構(gòu)科學(xué)、信息科技、語文、美術(shù)、勞動等跨學(xué)科知識。

（三）設(shè)計跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容

旨在提高數(shù)字工程素養(yǎng)的跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。首先，確保內(nèi)容的整體性，打破學(xué)科壁壘，融合不同領(lǐng)域的知識。其次，注重實踐性，通過實際問題與案例引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用知識。再次，強調(diào)創(chuàng)新性，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力，提出新穎的解決方案。最后，確保內(nèi)容的連貫性和系統(tǒng)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成完整的知識體系。這些原則有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字工程素養(yǎng)，提升他們解決復(fù)雜問題的能力。本次跨學(xué)科學(xué)習(xí)以“保護湖中的黑天鵝\"為總?cè)蝿?wù)，以提高學(xué)生的數(shù)字工程素養(yǎng)為總目標(biāo)。活動流程如下。

一是情境導(dǎo)人。引人實際案例，讓學(xué)生了解大梅沙湖心島黑天鵝死亡的事件，產(chǎn)生對該問題的思考，為后續(xù)活動的開展奠定情感基礎(chǔ)。

二是職業(yè)體驗。學(xué)生代入大梅沙湖心島生態(tài)管理員的角色，了解管理員的職責(zé)和工作內(nèi)容，意識到保護生態(tài)環(huán)境的重要性，明確作為管理員需要掌握的知識和技能。

三是科學(xué)探究。學(xué)生探究黑天鵝死亡的原因、黑天鵝的生活習(xí)性及生態(tài)需求，學(xué)習(xí)相關(guān)生態(tài)知識和動物保護知識。同時，學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)在生態(tài)保護中的應(yīng)用，如傳感器的使用技巧和數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，提升數(shù)字工程素養(yǎng)。

四是工程實施。學(xué)生設(shè)計制作黑天鵝智能保護系統(tǒng)，分為兩個部分。（1）預(yù)防可能發(fā)生的事件：設(shè)計并制作發(fā)光標(biāo)識、走馬燈等警示裝置，以魚餌扭蛋機來替代漁線垂釣，減少黑天鵝被漁線纏繞的風(fēng)險。（2）處理已發(fā)生的事件：開發(fā)自動巡航水下打撈器，用于快速發(fā)現(xiàn)并解救被漁線纏繞的黑天鵝。

五是匯報展示。學(xué)生展示自己設(shè)計的黑天鵝智能保護系統(tǒng)，通過模擬實驗或?qū)嶋H測試對成果加以檢驗。評價環(huán)節(jié)包括師評、自評和互評等，全面評估學(xué)生的參與度、創(chuàng)新能力和實踐能力。

六是總結(jié)反思。師生共同總結(jié)跨學(xué)科學(xué)習(xí)過程中積累的經(jīng)驗，針對存在的問題提出改進建議，并對方案進行迭代和優(yōu)化。同時，教師引導(dǎo)學(xué)生反思自己在數(shù)字工程素養(yǎng)發(fā)展方面的優(yōu)勢與不足，并在后續(xù)的學(xué)習(xí)中做到揚長避短。

由此，學(xué)生將全面了解數(shù)字工程在生態(tài)保護領(lǐng)域的應(yīng)用，提升跨學(xué)科整合能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，形成數(shù)字工程素養(yǎng)。

（四）評價跨學(xué)科學(xué)習(xí)實效

構(gòu)建一套基于拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的小學(xué)生科學(xué)品質(zhì)評價指標(biāo)體系具有重要意義。2科學(xué)的評價是跨學(xué)科學(xué)習(xí)的關(guān)鍵支撐，能準確及時地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并推動其進步。在開展評價的過程中，應(yīng)關(guān)注以下幾個方面：明確評價自標(biāo)和標(biāo)準，使評價目標(biāo)與跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)緊密聯(lián)系；采用多元的評價方式，如作品展示、訪談和觀察等，全面了解學(xué)生的表現(xiàn)；重視過程評價，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與、合作情況；鼓勵學(xué)生開展自我反思和同伴評價，全面評價跨學(xué)科學(xué)習(xí)情況?！皧Z命漁線之禍黑天鵝智能守護計劃”跨學(xué)科學(xué)習(xí)評價包含方案設(shè)計評價、過程性評價和終結(jié)性評價三個板塊。

方案設(shè)計評價主要關(guān)注學(xué)生在提出方案過程中的表現(xiàn)以及方案的實效性：評估學(xué)生是否對問題進行了深入的分析，并基于分析結(jié)果提出了合理的解決方案；評估該方案是否注重用數(shù)字技術(shù)或工具解決問題，并考慮其創(chuàng)新性和實用性；評估該方案是否關(guān)注到環(huán)境、經(jīng)濟和社會等方面的影響。具體如表1所示。

過程性評價關(guān)注學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，即評估學(xué)生在活動中使用數(shù)字工具和技術(shù)分析問題的能力以及收集和處理數(shù)據(jù)的能力；關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，即觀察學(xué)生能否運用創(chuàng)新思維解決問題，提出新穎的解決方案；關(guān)注學(xué)生的項目管理能力，即評估學(xué)生在項目管理中的表現(xiàn)，如時間規(guī)劃、任務(wù)分配和進度控制等；關(guān)注學(xué)生的團隊合作與溝通能力。具體如表2所示。

終結(jié)性評價要求學(xué)生展示最終成果，包括實物、視頻、書面報告等，評估學(xué)生的成果提煉水平；通過技能測試，檢驗學(xué)生在數(shù)字工程方面的實際操作能力，如編程、數(shù)據(jù)分析等；通過筆試，檢驗學(xué)生對數(shù)字工程領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)知識的掌握程度；結(jié)合方案設(shè)計評價和過程性評價的結(jié)果，對學(xué)生的數(shù)字工程素養(yǎng)進行綜合評價，并給出具體的改進建議。這樣的評價能夠有效評估學(xué)生的數(shù)字工程素養(yǎng)發(fā)展情況，包括技術(shù)應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力、項目管理能力、團隊合作與溝通能力等。

以跨學(xué)科學(xué)習(xí)培育數(shù)字工程素養(yǎng)的育人體系構(gòu)建是一項長期而艱巨的任務(wù)，需要學(xué)校、家庭和社會多方協(xié)同。未來，學(xué)校將持續(xù)進行探索。

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（廣東省深圳市鹽田區(qū)梅沙小學(xué)）