〔摘 要〕 跨學(xué)科項目學(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、數(shù)學(xué)、信息科技及藝術(shù)等多門學(xué)科知識，具有很強的實踐性與綜合性，非常適合作為開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)項目的載體。本文基于華南師范大學(xué)李克東教授的5EX設(shè)計模型理論，以緊密聯(lián)系生活實際的“光控路燈”為主題，通過提出問題、制訂計劃、需求分析、設(shè)計搭建、編程實現(xiàn)、創(chuàng)意路演、評價反思7個教學(xué)活動環(huán)節(jié)，將科學(xué)實驗、信息科技的算法實現(xiàn)與藝術(shù)設(shè)計和動手制作緊密融通，完成“光控路燈”項目的創(chuàng)作與展示，全面促進學(xué)生的綜合能力發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕 5EX設(shè)計模型；《創(chuàng)意紙電路》；活動實踐

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 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)置了占課時一定比例的“跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動”，力求課程綜合化實施，變革育人方式，全面落實立德樹人根本任務(wù)?！秳?chuàng)意紙電路》課程將紙藝創(chuàng)作與電路知識、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)科知識完成一個有趣、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)計理念，依托紙電路編程創(chuàng)作開展學(xué)習(xí)活動，是推進跨學(xué)科項目式學(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，實施跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動，以緊密聯(lián)系生活實際的“光控路燈”為主題，通過提出問題、制訂計劃、需求分析、設(shè)計搭建、編程實現(xiàn)、創(chuàng)意路演、評價反思7個教學(xué)活動環(huán)節(jié)，探索將教學(xué)設(shè)計模型與“科創(chuàng)+藝術(shù)”課程相融合的實施路徑，為新課標(biāo)理念指導(dǎo)下跨學(xué)科主題教學(xué)的實踐方向和教學(xué)設(shè)計提供啟示。

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

5EX模型由華南師范大學(xué)李克東教授團隊提出，是一個旨在提供指導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動設(shè)計與實踐的理論模型。該模型遵循有效設(shè)計和實施跨學(xué)科學(xué)習(xí)的5個要點，強調(diào)以項目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生從真實情境出發(fā)，通過任務(wù)驅(qū)動發(fā)現(xiàn)、整理及整合相關(guān)聯(lián)學(xué)科的知識，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，鼓勵其運用相關(guān)聯(lián)學(xué)科的知識進行分析，以效果完成倒推問題解決，提高其綜合實踐能力。具體學(xué)習(xí)活動設(shè)計分為進入情境與提出問題活動（EnterandQuestions，簡稱EQ）、探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用活動（ExplorationandMathematics，簡稱EM）、工程設(shè)計與技術(shù)制作活動（EngineeringandTechnology，簡稱ET）、知識拓展與創(chuàng)意設(shè)計活動（ExpansionandCreativity，簡稱EC）和多元評價與學(xué)習(xí)反思活動（EvaluationandReflection，簡稱ER）。結(jié)合5EX設(shè)計模型的跨學(xué)科設(shè)計理念與創(chuàng)意紙電路課程活動形式，筆者設(shè)計了與學(xué)生真實生活情境緊密聯(lián)系的項目“光控路燈”?；顒影缦?個環(huán)節(jié)，如圖1所示。

跨學(xué)科學(xué)習(xí)是“光控路燈”項目設(shè)計與實施的核心，基于真實情境的問題驅(qū)動，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現(xiàn)，感受科學(xué)探索的方法和紙藝作品的制作過程，科創(chuàng)教育和藝術(shù)發(fā)展相融合，促進學(xué)生綜合能力的提高。

三、“光控路燈”項目跨學(xué)科活動實踐

（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)融合課程的實踐研究——以《創(chuàng)意紙電路》課程為例”中三個維度的子課程之一。該課程共設(shè)計有8個單元的跨學(xué)科實踐項目，“光控路燈”項目是其中之一，包含4個課時：第1課時的任務(wù)主要是“場景設(shè)計”；第2課時的主要任務(wù)是“電路連接”；第3課時的主要任務(wù)是基于makecode平臺進行microbit硬件編程，實現(xiàn)光控路燈的智能控制效果；第4課時的主要任務(wù)是創(chuàng)意展示和評價反思。

本單元項目的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生用融合科學(xué)、藝術(shù)、信息科技多學(xué)科知識及能力設(shè)計出“光控路燈”的不同場景應(yīng)用。在項目實踐中培養(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)，以及智能時代的勞動品質(zhì)。

（二）學(xué)習(xí)者分析

本單元的教學(xué)對象是小學(xué)六年級學(xué)生，他們對圖形化編程很感興趣，通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)做好光控路燈的場景設(shè)計和電路連接，熟悉makecode的編程環(huán)境，能熟練使用microbit的基本語句。但對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，用算法解決實際問題。

在學(xué)習(xí)意識方面，經(jīng)過前期每個項目實踐的鍛煉，學(xué)生已經(jīng)逐漸養(yǎng)成運用項目學(xué)習(xí)手冊進行小組合作探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為項目實現(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)的實現(xiàn)原理，掌握串聯(lián)電路的設(shè)計方法與實驗驗證；能梳理出光控路燈的算法流程圖；培養(yǎng)學(xué)生在智能社會中負責(zé)任、安全、合理地使用信息科技，同時注意風(fēng)險防范的責(zé)任意識。

技術(shù)維度：熟練使用導(dǎo)電膠帶、LED燈進行電路連接；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，合理使用實驗工具的能力。

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

藝術(shù)維度：光控路燈的應(yīng)用場景設(shè)計，造型創(chuàng)意設(shè)計；讓學(xué)生體驗造型的樂趣，培養(yǎng)審美評價能力；口頭表達能力；創(chuàng)新能力。

數(shù)學(xué)維度：電路與場景融合的測量與計算，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

EQ（1）：進入情境，初探項目。本環(huán)節(jié)，教師首先為學(xué)生提供真實的光控路燈的視頻，激發(fā)學(xué)生自己動手制作的探究興趣。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實現(xiàn)？

EQ（2）：提出問題，制訂計劃。本環(huán)節(jié)從“光控路燈”紙電路項目完成的目標(biāo)出發(fā)。首先，教師依據(jù)主題拋出問題：“如何規(guī)劃設(shè)計光控路燈項目？”其次，教師組織學(xué)生梳理完成制作的一般流程：需求分析—場景設(shè)計—電路設(shè)計與實驗驗證—道具場景制作—算法設(shè)計與編程實現(xiàn)—創(chuàng)意展示。再次，教師帶領(lǐng)學(xué)生明確小組任務(wù)分工，將語文、科學(xué)、美術(shù)、信息科技等學(xué)科知識進行跨學(xué)科關(guān)聯(lián)。最后，師生一起梳理制作過程可能出現(xiàn)的問題及預(yù)設(shè)解決方案，明確本項目的最終評價方式。過程性評價：各項目實踐環(huán)節(jié)完成情況（小組評分榜）；總結(jié)性評價：項目作品展評、項目學(xué)習(xí)手冊完成情況。

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

EM（2）：場景搭建，數(shù)學(xué)應(yīng)用。設(shè)計完電路以后，進入場景搭建環(huán)節(jié)。學(xué)生可以設(shè)想公路路燈、學(xué)校樓道等多個不同的光控路燈應(yīng)用場景。其間，測量好相關(guān)比例，規(guī)劃好開關(guān)位置，繪制出場景圖，并配合故事角色動作，加以燈光布置營造氣氛，增強作品的感染力。

ET：工程設(shè)計，編程實現(xiàn)。本環(huán)節(jié)讓學(xué)生基于makecode平臺進行microbit硬件編程，實現(xiàn)光控路燈的智能控制效果，進一步感受工程設(shè)計的過程。首先，啟發(fā)學(xué)生進行需求分析，分析光控路燈的實現(xiàn)原理。學(xué)生分小組進行頭腦風(fēng)暴，用肢體語言來表演光控路燈的實現(xiàn)效果是怎樣的，提出解決方案。其次，教師強調(diào)算法設(shè)計邏輯“與”和邏輯“或”的不同。再次，小組借助教師提供的支架進行算法流程圖的設(shè)計，并進行小組匯報；最后，自主學(xué)習(xí)變量設(shè)置和分支結(jié)構(gòu)設(shè)計，編程實現(xiàn)效果。

EC：知識拓展，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，引導(dǎo)學(xué)生通過完成小組《項目學(xué)習(xí)手冊》、全組上臺展示交流并分享創(chuàng)意設(shè)計，旨在引導(dǎo)互相學(xué)習(xí)，開拓學(xué)生的創(chuàng)作思路。鼓勵學(xué)生大膽表達，鼓勵多學(xué)科融合的設(shè)計思維和敢于表達的能力，場景角色扮演，科學(xué)探究演示，提升學(xué)科綜合素養(yǎng)。

ER：評價反思，修改作品。本環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)本次項目式學(xué)習(xí)總結(jié)與反思，從學(xué)習(xí)過程和作品成效兩個方面來開展自評互評，并進行經(jīng)驗分享。小組在創(chuàng)作過程中有沒有遇到困難，是怎么解決的；小組有什么成功經(jīng)驗等等。教師還提供智能家居實現(xiàn)方案的拓展視頻，分享算法設(shè)計在智慧生活中的創(chuàng)新應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生思考更多的設(shè)計方案和對智慧生活的暢想。同時介紹信息安全和隱私保護的信息社會責(zé)任，提煉升華。

（五）教學(xué)反思

按照項目式學(xué)習(xí)活動計劃，5EX模型支持下的創(chuàng)意紙電路“光控路燈”項目的教學(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，教師對整個教學(xué)過程進行回顧、分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中有可提升的空間。本次項目制訂了切實可行的教學(xué)目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和跨學(xué)科綜合運用知識來解決問題的能力。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在整個項目創(chuàng)作過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)，遇到問題會尋求團隊和教師的幫助，主動溝通、解決困難。但發(fā)現(xiàn)學(xué)生將整個項目拆分為小任務(wù)時存在一定困難。因此，無論是創(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)生運用多個學(xué)科的知識，多維度思考來嘗試解決問題。

四、結(jié)語

本文基于5EX設(shè)計模型設(shè)計了創(chuàng)意紙電路課程的“光控路燈”項目活動，驗證了5EX模型指導(dǎo)跨學(xué)科活動設(shè)計的有效性，同時詳細闡述了具體的教學(xué)流程和實施步驟，為“科創(chuàng)+藝術(shù)”的跨學(xué)科教育實踐提供了流程路徑與案例借鑒。未來研究可基于本案例的經(jīng)驗，進一步對跨學(xué)科教學(xué)活動設(shè)計進行深入探索和完善，融合發(fā)展，共建共享，以更好地落實培養(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)’融合課程的實踐研究——以《創(chuàng)意紙電路》課程為例”（立項批的課題準(zhǔn)號：2022ZHGHKTG175）研究成果】

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育課程方案[M].北京：北京師范大學(xué)出版社出版，2022.

[2]李克東，李穎.STEM教育跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動5EX設(shè)計模型［J］.電化教育研究，2019（4）：5-13．