数字技术赋能拔尖创新人才早期培养的活动设计

在全球竞争日益激烈的当下，社会对拔尖创新人才的渴求愈发强烈。早期培养作为挖掘学生潜在能力、塑造创新思维的关键阶段，能为学生的长远发展筑牢根基。大数据、人工智能、虚拟现实等数字技术的迅猛崛起，给传统教育领域带来前所未有的变革。跨学科主题学习能打破学科之间的壁垒，促进知识的融会贯通，而将数字技术融入其中，能提升学生的学习体验，提高人才培养的成效。

汉口舶板是在汉口地区的江河湖面上用于交通运输、货物运输和渔业生产等的小型木板船。它作为具有深厚历史底蕴与独特文化内涵的研究对象，与多个学科存在紧密的内在联系。教师以其为切入点开展跨学科主题学习，能让学生深人了解本土历史文化，在多学科知识的交叉碰撞中激发创新灵感，为数字技术赋能拔尖创新人才早期培养提供实践经验。

一、数字技术赋能拔尖创新人才早期培养的活动设计理念

数字技术赋能拔尖创新人才培养的活动设计应秉持以学生为中心的设计导向，注重数字技术与学科融合创新，强调情境化学习。

1.秉持以学生为中心的设计导向

数字技术赋能拔尖创新人才早期培养的活动设计要始终将学生的兴趣与需求置于核心位置。教师可以借助功能强大的在线问卷平台，精心设计涵盖汉口舶板历史渊源、外观构造、功能用途等的问卷，全面分析学生对相关知识的了解程度与兴趣偏好。同时，教师可以运用先进的学习行为分析软件，深人追踪学生在初步接触汉口板资料时的浏览轨迹、停留时间等行为数据，精准把握学生的认知起点与潜在兴趣点。依据详尽的分析结果，教师可以为每名学生量身定制个性化的学习路径。例如，对汉口舶板历史故事有兴趣的学生，教师可以向其推送更多关于汉口舶板在不同历史时期参与重大贸易活动、见证历史事件的深度资料；对汉口航板科学原理感兴趣的学生，教师可以引导其探索板的力学原理、制造工艺等。

2.注重数字技术与学科融合创新

数字技术赋能拔尖创新人才早期培养的活动设计要高度重视数字技术与历史、地理、物理、艺术等学科的深度融合。在历史学科方面，教师可以通过3D建模技术还原不同朝代汉口板的外观造型、内部结构，让学生直观感受其演变历程；可以利用虚拟现实技术重现汉口码头在特定历史时期的热闹场景，如明清时期商船云集、货物装卸的繁忙画面，让学生身临其境地感知历史。在地理学科上，教师可以运用地理信息系统（GIS）软件动态展示汉口地理位置的变迁，以及水系的演变对舶板航行路线、停靠码头分布的影响，以可视化方式呈现地理环境与舶板发展的紧密联系。在物理学科领域，教师可以借助专业的模拟软件精确模拟舶板在不同水流速度、风力条件下的受力情况，通过数据图表和动态演示，帮助学生理解浮力、阻力等物理原理的实际应用。在艺术学科方面，教师可以鼓励学生使用数字绘画工具，以细腻的笔触描绘汉口板在不同光影下的独特美感，以及码头周边的人文风情，或者运用数字音乐软件，通过采样、编曲等操作，将码头的嘈杂声、船桨划水声等融入音乐创作，创作出具有舶板文化特色的音乐作品。同时，教师可以鼓励学生运用数字技术进行创新实践，如利用编程设计与汉口舶板相关的互动故事书、模拟经营类游戏等，培养学生的创新能力。

3.强调情境化学习

数字技术赋能拔尖创新人才早期培养的活动设计要充分利用数字技术营造逼真的学习情境。汉口舳板陈列馆利用增强现实（AR）技术，在现实场景中叠加展示汉口板的历史资料、3D模型等信息，学生在实地参观与汉口板相关的历史遗迹时，通过手机APP扫描二维码，就能获取丰富的相关知识，增强学习的沉浸感与代人感。如，学生戴上头戴式虚拟现实（VR）设备后，能“穿越"时空，置身于古代的汉口码头，清晰地看到江面上穿梭的舶板，听到船夫的吆喝声，感受到码头熙熙攘攘的热闹氛围。这种情境化的学习环境能让学生更深刻地理解知识产生的背景，增进对知识的理解，激发探索欲望。

二、数字技术赋能的汉口板跨学科主题学习活动设计

教师设计汉口航板跨学科主题学习活动时要明确活动目标，做好活动准备，设计活动流程。

1.明确活动目标

汉口舶板跨学科主题学习活动旨在培养学生的知识融通与实践探究素养、艺术审美与文化传承素养、团队协作与沟通表达素养、数字技术应用与实践创新能力等。

知识融通与实践探究素养方面，学生借助数字技术能广泛涉猎历史、地理、物理等学科知识—从历史角度深挖汉口板从古至今的发展历程；运用地理信息系统剖析地理环境对其影响；通过模拟软件探究物理原理在舳板设计与航行中的应用。在此过程中，学生能掌握从海量数字资源里筛选、整合信息的方法，养成主动探究、深人思考的习惯，实现多学科知识的融会贯通，提升知识运用与探究能力。艺术审美与文化传承素养方面，学生运用数字绘画、音乐软件，从艺术视角诠释汉口板文化，既能通过创作展现其独特魅力，提升审美能力，又能深入了解舶板承载的历史文化内涵，增强对本土文化的认同感与自豪感，以及传承和弘扬中华优秀传统文化的意识。团队协作与沟通表达素养方面，学生小组合作开展活动，在讨论、实践、成果展示等阶段积极与组员交流想法、协调分歧，能提升团队协作能力与沟通表达能力，学会在团队中发挥优势，促进团队共同完成任务，取得进步。数字技术应用与实践创新能力方面，学生熟练运用3D建模、编程软件等数字工具将创意转化为实际作品，如设计舶板主题游戏、搭建虚拟博物馆等，能通过历史长廊、制作工坊等场景，结合互动与竞技玩法，带来沉浸式文化体验。

2.做好活动准备

在汉口板跨学科主题学习活动前期，教师需做好硬件和软件准备。

硬件设施配备方面，为确保学生充分体验数字技术带来的学习便利，教师应准备充足的计算机，保证其配置能够流畅运行各类数字学习软件和模拟程序；配备一定数量的平板电脑，方便学生在移动学习场景下随时查阅资料、参与讨论；购置专业的VR/AR设备，为学生提供沉浸式学习条件。教师还要搭建功能完善的线上学习平台，如选用成熟的学习管理系统（LMS）。该平台应具备课程发布、资源共享、在线交流、作业提交与批改、成绩统计等功能，便于教师监控与指导学生学习，便于学生获取各类学习资源及交流互动。

软件方面需整合数字资源。一方面，师生应广泛收集与汉口舶板相关的历史图片，包括各个历史时期舶板的实物照片、绘画作品中的舶板形象等；全面整理相关历史文献，涵盖古籍中对汉口板的记载、近代学者的研究论文等；精心筛选相关视频，如历史纪录片片段、实地拍摄的汉口码头现状视频等。之后，师生要利用专业的数字化工具，按照历史时期、学科分类等维度细致地分类整理上述材料，构建内容丰富、结构清晰的数字资源库。另一方面，师生应通过严格的市场调研和试用评估，筛选并引入优质数字学习软件，如含有丰富历史文化资料的学习APP“看监”“全历史”，操作简便且功能强大的3D建模软件“浩辰3D”，适合初学者的编程工具“Scratch”“Visual Studio Code"等。

3.设计活动流程

汉口舶板跨学科主题学习按照“情境导入一知识探究一创新实践一成果展示与评价”的活动流程推进。

导入阶段：数字情境激发兴趣。教师通过播放精心制作的高清VR视频，全方位展现汉口码头在鼎盛时期的繁华景象。视频中，宽阔的江面上穿梭着各式各样的板，有的满载货物，有的搭载着乘客，码头边工人忙碌地装卸货物，吆喝声此起彼伏。这样的场景让学生仿佛置身热闹非凡的历史现场。教师在学习平台发布精心设计的趣味问题，如“汉口航板鼎盛时期的运输量在当时全国内河运输中所占的比例是多少？”“从物理角度分析，板船头的独特造型对减少水流阻力有哪些具体的力学原理？"等。这些问题紧紧围绕活动主题，具有一定的挑战性，有效激发了学生的好奇心与探究欲，引导他们主动思考，为后续的学习活动奠定良好的基础。

知识探究阶段：多学科融合与数字技术运用。首先，学生借助功能强大的在线数字图书馆，通过关键词搜索、文献筛选等查阅大量关于汉口舶板的历史文献，之后运用专业的时间轴软件梳理收集的历史事件、发展阶段等信息，制作出图文并茂、内容详实的历史发展报告。报告不仅包含文字描述，还插入相关的历史图片、视频资料等，具有较强的可读性和较好的视觉效果（历史学科）。其次，学生运用先进的地理信息系统（GIS）软件，导入汉口地区不同历史时期的地理数据，包括地形地貌、水系分布、城市布局等。通过软件的分析功能，学生深入探究汉口地理位置、水系分布与舶板发展的内在联系。例如，学生通过模拟不同时期的水流速度和方向，分析其对舶板航行路线选择的影响；绘制不同历史时期汉口码头分布的地理分析图表，直观展示码头布局与地理环境的关系（地理学科）。再次，学生利用专业的模拟软件精确设置不同的参数，如水流速度、风力大小、板的材质和结构等，模拟板在水中的受力情况。学生先通过3D建模软件，根据物理原理和历史资料设计不同结构的舶板模型，如改变船身的长宽比、调整船头和船尾的结构与造型等，并在模拟软件中进行虚拟测试；然后对比不同模型在相同条件下的受力数据和稳定性，探寻最优结构与造型设计，深入理解物理原理在实际工程中的应用（物理学科）。最后，学生使用Photoshop、数位板等数字绘画工具，以细腻的笔触和丰富的色彩描绘汉口板的独特外形以及充满生活气息的码头场景；运用FLStudio、AbletonLive等数字音乐软件采集现实中的码头声音、船桨划水声音等，创作悠扬的船歌、节奏明快的码头劳动号子等，从艺术角度展现其独特魅力（艺术学科）。

创新实践阶段：基于数字技术的创意表达。游戏开发组学生运用Unity3D游戏开发引擎等编程技术，设计以汉口板为主题的益智游戏。在游戏中，玩家需要操控一艘虚拟的舳板，在不同的地理环境中完成运输任务，如穿越湍急的河流、躲避暗礁、按时抵达指定码头等。游戏还融入了遇到古代商船队、参与重要贸易活动等历史事件的元素，玩家需要根据历史知识做出正确决策，以推动游戏进程。

虚拟现实组学生借助虚拟现实技术，利用HTOVive、OculusRift等设备，创建虚拟的汉口舶板博物馆，在此展示不同时期的航板模型，高度还原木材的纹理、船帆的材质等细节；同时展示与板相关的船桨、船锚、航海日志等历史文物，并配以详细的文字和语音介绍。用户可以通过手柄操作自由地在博物馆中参观，近距离观察展品，获取丰富的历史文化知识，获得沉浸式的参观体验。

动画制作组学生通过专业的动画制作软件，如Adobe AfterEffects、Toon Boom Harmony等，制作关于汉口舳板历史故事的动画短片。动画短片以生动有趣的方式展现汉口板的发展变迁与文化内涵，讲述一艘舶板从建造到参与多次贸易活动，见证历史兴衰的故事。在制作过程中，教师引导学生运用动画特效、角色设计和剧情编排，吸引观众的注意力，传递汉口舶板的文化价值。

成果展示与评价阶段：线上线下多元评价。线上展示时，各小组在学习平台发布精心整理的成果作品，包括详细的项目文档，记录项目的设计思路、实施过程、遇到的问题及解决方案；展示视频，直观呈现作品的最终效果；提供软件链接，方便其他学生体验游戏、参观虚拟博物馆等。师生可以在线浏览这些作品，并进行评论、打分。评论内容包括肯定作品的优点、对作品的不足之处提出建议等。线下展示时，教师在课堂上安排专门的时间进行现场演示与讲解。小组成员分工协作，如组长介绍项目背景和目标，技术人员演示作品的操作过程，讲解人员讲解设计思路和创新点等。

评价采用教师评价、学生自评与互评相结合的方式。教师全面评价知识运用的准确性、数字技术的熟练程度、创新程度、团队协作等，并给出专业的意见和建议；学生自评关注个人在项目中的成长与收获，如知识技能的提升、遇到困难时的应对策略等；学生互评注重团队协作的效果、对其他小组创意的启发以及从他人作品中获得的学习经验等。教师将评价结果及时反馈给学生，让学生根据反馈意见不断完善作品，改进学习方法。

参考文献

[1]周彬.拔尖创新人才早期培养的实践困境及突破[J].全球教育展望，2023，52（04）：63-72.

[2]郑永和，杨宣洋，谢涌，等.我国拔尖创新人才的选拔与培养——基于教育实践的多案例循证研究[J].中国科学院院刊，2022，37（09）.

（作者单位：苏航，华中师范大学物理科学与技术学院，湖北省教育科学研究院；李维，武汉市江汉区教育局教研培训中心）

[本文系湖北省教育科学规划2023年度一般课题“数字化赋能理化生课程教学质量提升策略研究”（课题编号：2023JB329）及中国教育装备行业协会2023年度教育装备科研课题“数据驱动课堂教学下中小学教师数字素养提升策略与应用实践研究”（课题编号：CEFR23012R06）的研究成果]