技术赋能：跨学科可视化教与学

阮德怀 广东省黄伟祥名师工作室成员/广东省中山市实验小学

《义务教育课程方案（2022年版）》明确提出，统筹设计综合课程和跨学科主题学习，积极探索新技术背景下学习环境与方式的变革。教育部印发的《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》指出，要提升教师应用现代信息技术开展跨学科教学能力，推动信息化教育教学创新。因此，笔者尝试运用增强现实技术赋能跨学科情境学习（如图1），用手持式实验技术赋能跨学科实验探究，用三维设计赋能跨学科工程设计，用图形化编程技术赋能跨学科作品模拟。通过技术赋能，丰富跨学科学习形式，增强跨学科教学趣味性，提升教师应用现代信息技术开展跨学科教学水平，让师生在技术赋能的跨学科教学中共成长，实现跨学科教学常态化。

图1 技术赋能跨学科教与学

● 增强现实技术，赋能跨学科情境学习

1.AR阅读，打造立体化阅读情境

在跨学科教学中，为了拓宽和加深学生对某些知识的认识与理解，教师通常会提供相关学习材料给学生进行自主阅读，但平面的学习材料对于部分学生而言吸引力不足，而AR阅读可以将计算机生成的虚拟3D图像和动画叠加到传统纸质书本上，让原本平面的图像文字变得立体生动，让学生在立体化阅读情境中阅读，从而激发阅读兴趣。例如，在《夜行动物》一课中，笔者引入AR技术赋能夜行动物学习材料，让原本静态的文字、图形立体化，学生可以观看、拖动、旋转夜行动物，从视觉、触觉、听觉等方面进行体验和阅读，这种立体化情境内有利于学生全方位认识和理解夜行动物，为后续的夜行动物综合作品创作打下基础。

2.AR游戏，构建三维探索情境

探索是儿童的天性，儿童与生俱来就对新事物、新技术有着强烈的求知欲。AR教育游戏通过将虚拟游戏与现实世界相结合，让体验者沉浸在一个接近现实的环境中体验在现实中体验不到的三维情境。引入AR教育游戏到跨学科教学中，让学生沉浸在三维情境中进行探索，有利于释放儿童的探索天性。例如，在《观察物体》一课中，为了启发学生学习“从不同的方向观看物体，看到的物体形状是不同的”这个知识点，笔者融入AR教育游戏，让学生在三维情境中对物体进行拖动、摆放和旋转，实现从不同角度观察和分析物体，有利于学生更好地掌握和运用三视图去观察物体。同时，引入情境游戏闯关，更能激活学生的探索热情，让学生在情境游戏探索中掌握知识，锻炼思维，落实核心素养。

● 手持式实验技术，赋能跨学科实验探究

科学实验探究是跨学科教学中常见的教学环节，但小学生的思维发展还处于具体的运演阶段，对相对抽象的知识需要通过具体的科学实验进行观察和探究，以实现抽象知识的学习和内化。手持式实验技术借助移动微小仪器，与电脑连接，能实现自动、快速、动态传输实验探究的数据，并将实验探究数据实时可视化呈现，从而将抽象的知识形象化，激发学生跨学科实验探究的兴趣，让学生体验到跨学科实验探究的乐趣。

例如，在《智能家居》一课中，笔者引入手持式实验技术探究光敏传感器感光值，显示光敏传感器感光数值可视化动态曲线，当感光曲线趋向于一条直线时，引导学生理解曲线“拐点”数值为该传感器感光峰值，并将这个数值记录下来，写入编写的程序中，作为判断周围光线变化的峰值。如果超过这个数值，可以让智能家居的灯光调暗或关灯；如果小于这个数值，可以让智能家居的灯光调亮或开灯补光。通过手持式实验技术，将光敏传感器工作原理和感光过程以可视化动态曲线的方式进行呈现，辅助学生将抽象感光过程形象化、数据化。该技术的应用，提升了学生编写脚本的准确率，为后续作品的测试和完善奠定了基础。

● 三维设计技术，赋能跨学科工程设计

1.从三维观察到3D打印，降低工程设计难度

工程设计对于小学生而言具有一定的难度，然而工程设计又是跨学科作品创作的关键点，如何借助当前的新技术赋能工程设计，降低跨工程设计难度，让小学生掌握一定的工程设计技能和思维呢？笔者尝试引入三维观察技术全方位观察作品结构，进而借助3D打印笔将学生观察到的结构图形进行打印，通过3D打印笔所画即成形的效果，提升学生学习兴趣和活跃课堂氛围，激发学生创作热情，由浅入深逐步降低设计难度，让学生在愉悦的状态下完成作品的工程设计。

例如，在《神奇的风车》一课中，为了让学生更好地设计风车结构，笔者采用观一观、说一说、画一画活动将抽象的风车结构设计进行3D打印。观一观：引导学生从三维角度观察风车结构及其对应的平面图形；说一说：组织学生将自己观察的结果和收获进行分享；画一画：使用3D打印笔将自己绘制的风车进行打印。通过上述活动，引导学生在观察中学习风车结构，在表达中感悟观察风车结构所得，在3D打印中学习风车结构的工程设计，进而为后续的立体风车结构工程设计打下知识与思维基础。

观察是学习的开始，三维观察能让人更全面地认识该事物，而3D打印是对所观察和学习到的知识的进一步内化，运用三维观察和3D打印技术赋能神奇的风车作品结构的学习与创意设计，可以为后面的三维个性化设计做好铺垫，进而降低整个作品所需工程设计的难度。

2.从三维动画到立体设计，激发工程设计灵感

灵感源于生活，而又高于生活。在《神奇的风车》一课中，学生已经借助三维观察和3D打印技术对风车结构进行了学习和创意打印，那么，如何借助三维技术激发学生设计灵感，将平面创意打印的风车结构转移到个性三维立体设计呢？

笔者以三维动画赋能大风车歌曲的学习，让学生在风车艺术中感受到风车结构的美，以音乐和三维动画的艺术激活学生的设计灵感，进而运用3Done软件对风车进行立体创作。为了让学生从艺术熏陶中顺利过渡到三维立体设计，笔者主要采用以下三个小环节：①平板互动，感知三维图形。即通过平板中的图形拖动，让学生体验三维图形的拼搭，感受其中的乐趣。②三维建模，创意结构设计。即以3Done软件为工具，组织学生借助三维软件进行风车结构建模设计，并对设计的风车结构进行个性化修饰。③作品创意展示，思维碰撞。借助智慧课堂教学软件展示各小组的创意三维风车结构，以点带面激发全体学生的工程设计灵感。

三维技术赋能风车结构工程设计（如图2）,让学生经历从风车结构观察到风车结构创意设计打印，到感受风车蕴含的艺术美，再到创作三维立体风车结构的过程，对跨学科作品风车结构设计中蕴含的知识、艺术和思维进行可视化、立体化、沉浸式学习。

图2 三维技术赋能风车工程设计

● 图形化编程技术，赋能跨学科作品模拟

在跨学科教学中，有时受现实条件和教学时间的限制，无法完成一些相对复杂、耗时的作品，而基于图形化编程的作品模拟为跨学科作品制作提供了新的思路和手段。

例如，在“校园停车场改造”项目中，学生在教师的引导下已经完成了校园停车场的实地调研，分析出当前校园停车场存在缺乏停车线、车位少、停车难等问题，并提出绘制停车线和建设立体停车场来解决停车难的问题。在学生提出的解决方法中，绘制停车线在现有条件下很容易实现，然而建设立体停车场在现有的条件下，还无法满足学生的需求。为此，教师引入图形化编程技术，将建设立体停车场的需求转移到图形化编程平台中，通过图形化编程平台来建立立体停车场模型，以此来模拟解决校园停车场停车难的问题。在立体停车场作品创作的过程中，学生还需要对角色编写相应的程序脚本，以实现立体停车场的模拟运行效果，获得立体停车场的模拟运行数据，为校园停车场的真实改造提供建议和模拟数据参考。

图形化编程技术赋能跨学科作品模拟，打破了现实条件的限制，减少了创作周期，提高了作品完成率，培养了学生编程思维和设计思维。同时，它减少了教师准备各类材料所需时间和工作量，让教师有更多的时间和精力引导学生开展项目实施、分享和反思。

技术赋能跨学科教与学，不仅能改变跨学科教的内容和形式，而且能改变跨学科学的方式和方法，让学生在跨学科学习中学得快乐、教师在跨学科教学中教得幸福，最终实现跨学科教学常态化。