运用学习支架开展跨学科项目化学习的实践及思考

摘      要 运用学习支架开展跨学科项目化学习是行之有效的教学策略。实践表明，在跨学科项目化学习中设计“任务驱动”“问题决策”“交流评估”等学习支架，可让教师教学的指向性更强，学生学习的路径更有序，使得知识的迭代迁移、能力形成等现象更容易发生。

关 键 词 物理教学  学习支架  跨学科学习  项目化  耳机设计

引用格式 欧阳映.运用学习支架开展跨学科项目化学习的实践及思考[J].教学与管理，2023（22）：45-48.

义务教育课程方案和课程标准（2022年版）要求每一门学科设立跨学科主题学习活动，聚焦各类较复杂且依靠单学科无法解决的系统性问题。基于认知心理学理论，合理设计和应用学习支架，系统规划有意义的跨学科项目化学习活动，可以减少学生在项目化学习中的盲目性，让学生经历真真切切的学习体验，感受运用多学科知识、技能、思想方法等协同解决问题并提升综合素养的价值和意义[1]。

一、结合学生问题，确定项目内容

跨学科项目化学习是聚焦一个源自现实世界有意义的问题，将问题转化为探究项目主题，运用两种或两种以上学科的观念和知识对主题持续探究，形成观念物化的产品，由此发展跨学科理解及核心素养的课程[2]。跨学科项目化学习与日常生活、工程实践、及社会热点问题密切相关。学生在日常生活、社会实践中时常会提出一些千奇百怪的问题。教师可以有意识地将这些问题收集起来，形成问题“蓄水池”，并以这些“问题”为起点，以项目活动为媒介，让学生整合多学科的知识和方法去探寻和解答疑惑。同时，项目也要重视学生在问题解决过程中的情感体验，比如体会对民族、国家、世界所面临的真实问题的关怀和责任。

“耳机降噪设计”项目缘起于学生的问题“蓄水池”[3]，拓展至市场上热卖的耳机产品和技术。我校学生曾提出物理问题：“多个声音叠加在一起，声音的响度一定会加强吗？”事实上大部分声音叠加后响度会增强，但某些特殊的反相声波叠加后会相互抵消，起到消音的效果。这就是当前智能降噪耳机所采用的主动降噪技术原理。从技术原理到形成耳机产品，其间都需要经历哪些环节呢？学生对工业设计流程了解甚少，这些缺失导致学生的学习和解决生活实际问题之间产生“裂缝”。“耳机降噪设计”跨学科项目化学习正是为修补这些“裂缝”而设计的。该跨学科项目融合了物理学、社会学、美学、数学、劳动课程等多学科内容，注重培养学生的工程思维和工匠精神，提高学生欣赏、审美、移情能力，倡导团队合作、开拓创新。

二、设计学习支架，探索实施路径

跨学科项目化学习需要依托项目任务的探究情境，基于各个学科的内在联系实现整合[4]。没有问题链的学习设计，难以吸引学生完成挑战性任务；学科之间缺乏有效交叉渗透的“拼盘式”课程，难以有效激发学生的创造性思维。在学习支架的支持下，教师教学的指向性更强，学生学习的路径更有序，使得知识的迭代迁移、能力形成等现象更容易发生。

1.搭“任务驱动”学习支架，统整学科内容

设计项目任务是项目化学习中的重要环节，项目任务需要依据项目学习目标来确定。项目需要以真实任务为驱动，从现实生活的实际需求出发，让学生经历完整的探究实践过程，获得接近现实的项目活动体验。项目任务应是有序的、聚合的，并指向跨学科的“大概念”。

教师需要梳理并针对跨学科项目中的“大概念”，设计适切的“任务驱动”学习支架，将多学科整合在一起，产生整体性、全景化的学习内容，构建更加开放融通、更有意义的学习路径。学习支架作为教师、学习内容、学生三者的联结纽带，教师在设计学习支架时，需要充分协调和平衡学生认知和学习内容之间的关系：要基于学生的认知最近发展区，对学习内容和活动进行系统规划，关注联系、指向发展、有机解构与整合原本的学习任务，辅助学生将静态的、书本上的知识转化成动态的、问题解决的方法和策略，让学生在庞杂的项目活动中拨开“云雾”，收获到连续、有意义的学习经历，从中体会和领悟学科共通的核心概念，并逐步实现能力的迁移。

“耳机降噪设计”项目针对“设计”大概念，提出“作为一名耳机设计师，如何为用户设计一款舒适、高品质的耳机”这一驱动性问题，围绕“设计思维”过程搭建“任务驱动”学习支架，系统规划项目的学习流程（如图1）。“设计思维”学习支架基于学生的原有认知水平，统整物理学、社会学、美学、数学、劳动课程等多学科知识，从解决设计任务的实际需求出发，梳理各个环节的关键任务。在学习支架的引导下，学生首先亲身体验耳机用户的聆听需求，寻求共鸣；然后通过分析耳机、剖析任务，思考产品结构与技术之间的关系，确定需要解决的技术问题；再进一步调查和访谈耳机用户，初步构思，明确市场定位；进而展开头脑风暴，设计创意方案；最后依据设计方案，制作耳机模型并测试优化。项目在“任务驱动”学习支架的统整和联结下，关于“设计”“系统”“资源”“因果”等抽象概念逐渐变得生动形象起来。随着项目的推进，学生的学习热情也不断被激活。

2.搭“问题决策”学习支架，构建专家思维

跨学科项目化学习要求学生像现实世界中的科学家、工程师、数学家、外交官、新闻记者等那样，遇到真实问题时，能够创造性地思考和解决问题。专家们往往能够准确、快速地找到解决问题的方法或途径。有效应用学习支架帮助学生逐步构建“专家思维”，学会像专家一样思考，就显得特别重要。如果学生“建构了专家思维，那么就在学校教育和现实世界、现在和未来之间搭建了一座坚固的桥梁，专家思维是可以从学校教育迁移到现实世界的”[5]。学习支架就是需要破解专家思维“密码”，即专家是基于“哪些程序”产生了这样的思考。

（1）图表梳理问题链，全方位思考并决策

学生在跨学科项目化学习中的会遇到错综复杂的问题。运用图表直观、明了地呈现复杂问题之间的逻辑关系，可以帮助学生多角度、多层次、全方位地思考和解决问题。在设计领域，作为设计师仅仅考虑美学因素做出决策是远远不够的，良好的设计需要考虑用户、概念、结构、运作之间的关系，一个维度的决策改变必将会影响其他维度。设计是在决策时需要从系统的角度思考和取舍[6]。在“耳机降噪设计”项目中，学生会面临诸多问题决策障碍，其中“设计决策”障碍尤为突出。项目起始阶段，学生对“设计决策维度”的认识比较粗浅，甚至有学生简单地认为“设计”就是画一张设计图，和美术画图相差无几。为帮助学生系统地作出设计决策，成为一名“合格”的耳机设计师，项目以巴莱克斯的设计决策五边形[7]（如图2）为原型设计学习支架，通过问题链引导探究活动，指引学生从设计决策的五个维度思考和开展耳机模型设计。

“耳机降噪设计”项目中的各个课时对设计决策领域的五个维度各有侧重，并依据设计决策设置问题链引导学生实践探究，逐步加深学生对设计决策的五个维度在产品设计中的价值认同（见表1）。

“耳机是什么”是学生知识能力建构的第一课时，设计了三个子问题引导学生转变角色，从工业设计师的角度思考设计的维度，并引导实践拆解耳机“黑箱盲盒”、探究耳机零部件的功能，初步体会设计决策领域中“技术的”“结构的”在产品设计中的重要意义和价值。“耳机为谁设计”承接上一节的内容，侧重引导学生思考市场用户需求对设计概念的影响。“耳机产品分析”则引导学生充分考虑设计决策领域的五个维度，加深学生对客观市场规律的理解，考虑和技术发展的相关收益和成本问题，为接下来的耳机产品设计做知识储备。“耳机产品设计”需要学生在实践中充分考虑设计决策的五个维度进行产品设计，同时耳机产品设计方案的评价标准也围绕设计决策的五个维度，从外观（审美的）、材料设备（技术的）、人体工学（结构的）、成本（市场的）、创意（概念的）等方面行评价。在设计问题决策学习支架的引导下，学生从问题开始进行思考，并在实践中不断尝试和运用设计师思维去寻找答案。

（2）利用可视化工具，多维度获取信息

可视化是利用计算机图形和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，再进行交互处理的理论、方法和技术[8]。可视化工具即为计算机图形数据处理工具或类似的数据信息图像显性化工具。在跨学科项目化学习中，可以借助可视化工具的图形化手段，清晰直观地表达信息，帮助学生从抽象的概念或庞杂的数据中获取形象的、具体的、有价值的信息。

在“耳机降噪设计”项目的“耳机为谁设计”一课中，学生需要确定所设计的耳机类型以及相应的市场营销策略。应用可视化工具——用户移情图作为学习支架，引导学生以耳机用户需求为出发点设计调查问卷，深入剖析消费者特征。用户移情图最早是由Xplane公司开发设计的一个可视化工具，通过分析用户的以下六个关键点：所看、所听、所想、所做、所爱、所厌，从而获得越来越丰盈的用户形象。然后学生再利用“问卷星”制作网络调查问卷，通过微信发放并回收问卷，初步收集用户信息。“问卷星”即问卷系统，具有网络问卷收发便捷、问卷数据信息统计可视化等优势。学生从问卷星的可视化统计数据——“词云图”中提取七个关键信息点作为用户体验评价的七个维度，即“外观感受”“降噪体验”“音质表现”“连接体验”“延迟测试”“续航表现”“价格定位”，进而设计耳机用户访谈提纲中的主要问题。然后各小组通过调查和访谈，获取了足量的用户资料，在此基础上充分讨论并确定需要设计的耳机类型和功能，突出耳机产品设计创意与用户需求的匹配程度。

各小组经调查、访谈研讨确定耳机目标用户及耳机类型（见表2），从中可以发现有些同学的想法很有创意。比如“彩虹之上”小组，他们调查发现，有的用户会选择头戴式耳机，包裹性更好、降噪效果更理想；有的用户会选择入耳式耳机，体积小巧，便于携带。因此他们想设计一款头戴式、入耳式可切换的智能耳机，让所有的人都可以选择他们所设计的耳机产品。他们所预设的耳机类型是一种“组合体”，设计突破了选择入耳式或者头戴式耳机的思维定式。尽管这个创意耳机的模型制作遇到了很多困难，最终的耳机模型较现实的高端耳机产品有一定的差距，但是他们耳机概念产品的创意设计还是非常值得鼓励的。也正是这些“差距”的存在，让他们更加深刻地体会到从“设计”到“产品”形成过程的不易，学会珍惜和爱护他人的劳动成果。

3.搭“交流评估”学习支架，激发创新意识

“交流评估”是跨学科项目化学习中不可或缺的一环，学生从交流评估活动中进行比较、分析，体会每个小组在学习过程和项目成果上的优势和不足，促进项目成果的更新和迭代。在跨学科项目化学习中应用适当的“交流评估”学习支架，不仅可以帮助学生检查、诊断、甄别产品的优劣，还以可帮助学生发现、设计新的创意产品，质疑、挑战那些陈旧的事物，激发学生的创新意识。教师在评价学生的想法和创意时，不能只是倾向于奖励“正确”的答案，而“不同”的答案也同样需要鼓励，因为这些“不同”可能正是创造性思维和行动的“果实”。

在“耳机降噪设计”跨学科项目中，物理、美术、工程、社会等多学科的交叉融合、扩展延伸为学生学习创造力萌发提供了沃土，团队协作、交流评估的工作模式为学生创新意识的产生提供条件，而清晰、有效的“交流评估”学习支架则能够为学生的创新思维提升助力。学生的一个偶然想法或机遇往往会引发一个更好的创意，“耳机降噪设计”项目学习活动中利用好“交流评估”学习支架则可以提高这些“偶然性”发生的几率。比如，在交流评估活动中应用了一系列的“项目评价量表”，包括“耳机设计方案评价标准”“耳机模型创建评价量表”“耳机产品介绍评价量表”等。在比较分析各小组的耳机设计方案时，应用“旋转木马”学习支架，将各小组的设计方案都张贴在墙上，让组员们像玩“旋转木马”游戏一样行动起来，每位成员轮流利用便签贴对墙上的设计方案提出意见和建议。组员汇总后修改本小组的耳机设计方案，再次交给同学们评估。“旋转木马”的交流评估方式，让学生有更多的自主思考、自主评价的时间和空间，能够更有效地发散学生的思维，产生更多有关耳机设计和制作的新想法和新认识。在这些激发创意的学习支架的引导下，学生进入到学习领域的无限空间，在不确定性中追求确定性。

三、反思设计策略，促进项目迭代

1.具体化：呈现细化的学习支架，引导自主学习

学习支架旨在引导学生暴露隐性思维，外显学习方式。具体化、细致化的学习支架的体验性、互动性更强，能够引导学生自主学习。产品设计并不是一个线性的过程，而是在不断地修正和完善中形成的。在“耳机降噪设计”项目中，学生经历从设计概念到形成产品的完整过程，其间也必定会遇到重重困难。项目过程中师生共同设计了系列“项目评价量表”作为交流评估活动的学习支架，同时细化评价量表的各项指标，伙伴们依此相互切磋琢磨、精益求精，主动调整和优化作品的设计和制作。在应用“旋转木马”学习支架前，老师也需要跟学生们清晰地交代“旋转木马”评估活动的游戏规则，让学生能够课后积极主动思考并参与活动。