UbD模式下信息科技“跨学科主题”教学模式构建研究

摘要：UbD模式作为一种以目标为导向的单元教学设计工具，为跨学科主题项目式学习提供了支持。本文以“无人机互联表演”项目为例，基于UbD模式进行整体设计，并展开实践和反思，探索UbD模式下信息科技跨学科主题教学的创新型实践过程和价值，以期能够促进学生开展深度学习，体验互联、物联科技，感受自主可控。

关键词：UbD；跨学科主题；项目式学习

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）14-0097-04

UbD模式下“跨学科主题”教学模式的理论基础

UbD模式是反转传统教学设计模式的一种追求理解的教学设计理论，从输出端思考教学，以结果为导向发展学生持久性的学习。[1]这种基于理解的逆向思维教学能够促进学生在真实情境下形成学科核心素养和问题解决能力。跨学科主题学习则是引导学生主动探究学习，促进学生综合运用多学科、多门类知识解决复杂情境下的问题。[2]《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（下简称“新课标”）也首次提出了7～9年级跨学科主题。项目式学习围绕真实性的、挑战性的问题进行活动，使学生积极、主动地行动，充分体验、经历融合多学科知识应用与探索的学习过程，创造性地解决问题，并在最终的项目作品展示、汇报与交流中形成自己意义的建构。

UbD模式下“跨学科主题”教学模式构建

通过对UbD模式和信息科技课程教学现状的调查研究，笔者认为UbD模式更贴合新课标对跨学科主题的要求和核心素养理念，因此，在教学实践中遵循UbD模式构建教学模式，进而开拓全新思维，启发多元思考，实现创新人才培养。下面，笔者以“无人机互联表演”项目为例谈谈具体实践。

1.课程标准分析

无人机互联炫舞表演是新课标第四学段（7～9年级）“互联智能设计”中的跨学科主题之一。本主题立足“物联网实践与探索”模块并进行延伸[3]，紧扣网络和算法大概念。因此，教师应侧重讲授网络相关的知识，综合运用信息科技、音乐、舞蹈、数学计算、美术等知识设计炫舞表演，借助物联网技术和编程控制，使无人机自主可控，并进行形式多样的创意表演展示。

2.教材内容重构

依据新课标，应在教材第三单元最后安排项目实践活动，培养学生的核心素养和创新精神。因此，“无人机互联表演”项目立足浙教版信息科技（2023年版）九年级第三单元“智能预测与无人机飞行”，通过单机到多机的协同，体现物联网的特性。同时，无人机互联表演具有一定的艺术性，需要数学建模运算和相关的物理、音乐等知识，因此，此项目是运用物联网技术的跨学科综合性项目。

3.教学模式构建

笔者基于UbD模式和项目式学习进行逆向设计，构建了“跨学科主题”教学模式。教学模式包括逆向设计和项目两条主线，教学流程融合多重探究（自主探究和小组合作探究）和多资源辅助（导学案辅助、微课导学、UMU互动平台）。

UbD模式下“跨学科主题”教学模式例析

1.明确预期学习结果

UbD理论提出在确定预期学习结果阶段要思考教学目标，结合课程标准来检验预期结果。[4]根据UbD的逆向设计思路和新课标的要求，“无人机互联表演”项目学习目标具体如下图所示。

2.确定恰当评估证据

（1）将理解的六侧面作为评估蓝图

评估学生是否理解，可以学生在真实情境下各种类型的表现评估。例如，能解释表现为学生能列出一场完整的无人机互联表演包含的要素；能阐明表现为学生能提炼出实现一场无人机炫舞表演需要考虑的核心问题；能应用表现为学生能绘制出无人机动态造型；能洞察表现为学生能洞察非实验室条件下无人机的通信、飞行影响因素；能深入表现为学生能从语文、生物等学科发现价值信息；能自知表现为学生能找出个人炫舞方案设计中遇到阻碍的因素等。

（2）借助GRASPS设计工具构建表现性任务

G（目标）：设计一场载歌载舞的无人机互联表演。

R（角色）：无人机炫舞表演设计师。

A（受众）：全校教师、学生、家长，以及网络观众。

S（情境）：学校组织一次“迎亚运·庆校庆”的大型游园活动，八年级同学将结合信息科技知识设计一场无人机互联表演，让多架无人机随着音乐不断变化队形，酷炫起舞。

P（成果/表现）：画出无人机炫舞的动作图解，设计无人机互联炫舞的方案和实现方案的程序代码，并面向全校师生进行飞行表演。

①炫舞方案需要包括无人机的数量、静态造型的排列、舞蹈动作的编排、空中位置的坐标确定，以及如何实现灯光、舞蹈与配乐的完美配合。②炫舞作品需要包括实现无人机互联炫舞方案的程序代码、展现无人机互联炫舞表演的作品、向观众介绍创意想法与表达的情感。

S（标准）：①无人机表演方案详尽；②无人机表演成功并有创意；③口头表达清晰有条理。

（3）开发合理的作品评分量规

本设计选择的是解析性评价量规，以“创意性”“匹配度”“流畅性”和“动作完成度”四个指标对学生的理解进行评估，从高到低划分为5个等级（对应得分：5分、4分、3分、2分、1分），如上表所示。

3.规划相关教学过程

（1）项目入项，明确要素

创设情境，提出驱动问题：迎亚运·庆校庆，如何设计一场1min左右的无人机互联炫舞表演来迎接、庆祝？通过调查特长，组建团队分工，形成小组公约。分析项目，引导学生界定关键问题，提出项目要求：①分析一场完整的无人机互联炫舞表演包含哪些要素？参考要素思考完成无人机炫舞表演需要考虑哪些问题？②确定炫舞音乐，设计并画出炫舞图解，综合运用信息科技、音乐、舞蹈、数学、美术等知识确定实现的条件。③通过程序代码实现无人机互联炫舞动作，使之与音乐完美结合，在平台模拟与调试中不断优化。④交流、完善作品，无人机互联炫舞表演将以公开展示的形式进行评估。

设计意图：小组讨论与分析，分析项目的需求，明确完成一场无人机互联表演需要考虑哪些要素，设置出项，形成须知问题列表（核心问题），调用以往的认知经验，为后续活动进行铺垫，同时发展设计思维。

（2）头脑风暴，创编舞蹈

通过旋转木马头脑风暴，引导学生创编无人机舞蹈。教师在问题板上写下4个问题：①你们的无人机炫舞配乐曲目是什么？②你们需要几架无人机？创编的无人机的静态造型有哪些？③你们创编的无人机动态舞蹈是什么样的？请撰写完全动作说明和创意介绍。④如何实现舞蹈与音乐的完美结合？

设计意图：通过旋转木马头脑风暴，音乐、美术、舞蹈等多学科教师指导，汇集所有的想法并进行筛选，培养学生批判性思维，促进自主探究与集体交流，增强集体荣誉感，突出教学重点。

（3）数学建模，形成方案

教师通过表格搭建框架、梳理内容，提供教学支架，引导学生综合运用多学科知识，全面分析比较归纳，引导学生在空间标出无人机的坐标，设计灯光效果和转场音乐，数学建模并完善设计方案，将炫舞方案可视化呈现，各组进行方案介绍与相互点评。

设计意图：由于炫舞动作在三维空间变换上的复杂性，需要数学建模才能正确编程，八年级的学生已经有坐标、角度、距离计算的简单数学基础，但不知道空间中的无人机位置坐标怎样确定，因而要通过助学单、数学教师指导和上网搜索实现无人机坐标标记，完成无人机空间数学建模。

（4）编写程序，平台模拟

学生在创建第一个无人机程序时往往会遇到问题，因此在实际教学中教师应当给出支架，通过案例突出编程要点。最后学生根据方案，设计算法、编写程序、调试修改、模拟飞行、对比差异。

设计意图：对于复杂动作涉及的精密运算，教师可以通过小案例加深学生对编程要点的掌握，从而化解教学难点。

（5）互联通信，汇报展示

立足“物联网实践与探索”内容，通过地面联网组建无人机互联系统，多机协同，开展无人机实地飞行表演，体现物联网的特性，通过无人机与互联网、物联网协议紧密相关的关系，引导学生了解无人机进行飞行、信号传输图像识别等知识。让学生走入飞行场地进行测试，并制作PPT进行汇报，针对实际飞行中出现的问题，再次进行修改和完善。

设计意图：让学生通过分析交流、动手实践化解教学难点，引发深度学习与探索。

（6）作品改进，公众展示

对无人机互联表演作品进行改进，面向公众进行飞行展示，对实际飞行进行创意说明和讲解。学生通过对多次实际飞行效果的修改、对比和反思，根据项目合作分工表、学习评价量规进行自评和互评，教师在评价论证中统计学生的数据。

设计意图：公众集体的项目化展示活动，能够促使学生高质量地完成作品；通过项目合作分工表、学习评价量规等进行自评和互评，增强学生的自我反思意识。

总结

1.聚焦互联科技，感受自主可控

在基于UbD模式的“跨学科主题”教学模式引导下，学生在利用物联网数据通信、网络通信开展无人机互联表演的过程中，探索无人机与互联网、物联网之间的关系，通过编写程序实现无人机互联炫舞动作变化，体验网络传输功能，结合音、视频剪辑配乐完成项目作品，从中感受到了科技自主可控创新和原始创新的重要性。

2.促进师生合作，培养研究精神

基于UbD模式的“跨学科主题”教学模式让学生全身心探究未知领域，发挥团队精神，互补互助，对自身的认知定位高，主动学习，玩中学、学中乐、乐中多收获，培养了研究精神，锻炼了意志力。学生由机械学习、浅层学习转化为探究创新、深层次学习，在真正意义上实现了学生自主参与学习，建构知识，培养研究精神。

3.发展核心素养，促进深度学习

基于UbD模式的“跨学科主题”教学模式为教师提供了全新的教学设计视角：第一，通过UbD理论设计的项目式学习对应课标，连接教材，并且聚焦学科大概念；第二，发展学科核心素养，提高了学生多学科综合解决问题的能力，促进深度学习；第三，多维度评价具有专业性，让学生增强了认同感。第四，在真实情境中建构知识，使学生经历全面而有意义的学习过程。

参考文献：

[1]格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）[M].闫寒冰，宋雪莲，赖平，译.上海：华东师范大学出版社，2019.

[2]武迪，白冰，袁中果.AI+STEAM跨学科课程教学的设计框架与实施方法——以《网页智能排名问题中的计算思维》一课为例[J].中国信息技术教育，2022（18）：60-63.

[3]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[4]王琦.UbD模式与STEM课程的融合分析[J].教学与管理，2020（36）：81-84.