核心素养视角下3DOne+小学数学的跨学科教学设计研究

摘 要 新课标修订后在教育目标上更加重视核心素养导向，而融合小学数学的3DOne跨学科课程为学生提供了跨学科学习的机会，拓宽了学生的知识视野，有助于促进学生核心素养的培养。本研究探究如何设计和实施融合小学数学的3DOne跨学科课程，对所选3DOne技术平台与小学数学融合的适切性展开分析，构建“3DOne+小学数学”跨学科主题学习模式的教学设计流程。选取“圆锥的认识”一课应用该流程进行教学，开发了“纸杯里的学问”跨学科主题学习课例，以期实现知识学习向学科实践的学习模式转化，落实信息科技和数学学科核心素养的培养。

关键词 核心素养；3Done；小学数学；信息科技

中图分类号：G623.5 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）17-00-06

0 引言

2022年，义务教育课程方案修订，优化了课程设置。郭华[1]在解读2022版小学数学新课标时指出课标修订的追求是“强化学科实践及跨学科主题学习，推动课程及教学的实践性、综合性；强化素养导向的质量观，引领考试评价的改革、反向促进教学改革”。可见，新课改背景下的小学数学教学创新实践，倡导跨学科学习、鼓励主题课模式、强调核心素养导向。

自新课标修订以来，各地区的学校纷纷开展基于小学数0AduG4faZBbNiYvuszd4pw==学的学科融合教学研究与探索。经过初期的尝试与实践，目前学科融合教学已在小学各个年级教学中广泛推广。其中，小学数学与信息科技的融合备受学者和一线教师的认可。翟兆伟[2]研究指出信息技术深入小学数学课堂，改变了教育教学格局，极大提高了小学数学教学效率。郑敏[3]将信息技术引入小学数学的“图形与几何”教学，重点研究了优化小学数学图形与几何教学的信息技术策略，为一线教育工作者提供了有价值的实践借鉴。但以上研究，更多是将信息技术作为一种教学辅助工具，尚未实现信息科技与小学数学的有机融合。姚雪慧[4]将设计型学习作为3D打印与小学数学融合的指导思想，对教学过程框架进行了迭代设计，以期实现3D打印与小学数学有效融合。研究者的关注点转到了学科间有机融合的实践上，但对学科核心素养培养的思考还是不足。

为此，本研究以学科核心素养培养为目标展开学科有机融合的研究，选择信息技术工具中的3DOne软件进行跨学科实践，融入小学数学学习，构建跨学科主题学习的设计流程，形成面向核心素养培养的学科融合教学案例。通过合理整合3DOne和小学数学的教学内容，旨在培养学生的综合性学科核心素养和解决实际问题的能力。此外，本研究中的教学案例设计也可为一线教师开展学科有机融合提供参考借鉴。

1 3DOne与小学数学融合的适切性分析

1.1 小学数学核心素养落地难点分析

2022年教育部发布新修订的义务教育课程方案后，课程目标逐渐由“三维目标”走向“核心素养”。数学核心素养指的是“三会”，即“会用数学的眼光观察现实世界、会用数学的思维思考现实世界、会用数学的语言表达现实世界”[5]。那么，教育工作者怎么在实际的教学活动中落实核心素养，做好教学改革与优化实践？为了做好后续的教学改革工作，有必要先对新课标下核心素养落地的难点进行分析。孔凡哲等[6]认为发展学生数学核心素养，其核心在于从数学的视角发现问题、提出数学问题并加以分析和解决，在于“三会”的综合素养。崔允漷等[7]提出素养的养成离不开知识，知识的灵活运用是高层次素养养成的重要基础。然而，当前传统课堂大多将知识视为客观实体，以打包的形式传递给学生，而学生主要依靠记忆和简单的逻辑推理，在考试中将这些固定、客观的知识重新呈现。由于这些知识并没有融入个人的意义世界，与个体存在分离，也就无法在复杂的情境中进行灵活应用和问题解决。因此，学生的综合实践能力与核心素养也难以得到培养和发展。

综合已有的研究成果，结合当前学校里小学数学教学的实际情况，本研究梳理出当前小学数学核心素养落地需要解决的三个难点。

1）真实问题情境的创设不足，大多教学导入还是从知识到知识的形式，与实际生活的链接不足，虽有设置课前导入活动，但没有达到调动学生兴趣、引发学生主动发现问题解决问题欲望的效果。

2）知识孤立、碎片化在教学过程中，常见的一个情况是教师会把教学内容看做现成的知识，再根据教材的安排，将知识内容分解为一个个独立的知识点。而且在这个课程的设计中几乎不会有其他学科的影子，学科与学科之间是分离的。

3）学生的课堂参与感不高、参与热情较低，教师为了调动学生的课堂参与度，提高教学效果，会在课程中设计一些学生活动，但这些活动存在的一个问题是：为了教会某个学科知识而开展，导致学生的心态是别人要我做，而不是我要做。

1.2 3DOne在小学数学教学实施中的优势分析

1.2.1 以情境的方式进行知识整合

将3DOne融入数学教学后，可以设计开展跨学科主题学习活动，用创设的主题情境，将本课数学学科知识要点融入主题活动设计。此外，在这个大主题情境下，要解决一些探究问题，不可避免地要涉及信息科技、美术等学科知识的应用，课堂不再局限于单一的数学学科知识学习。

1.2.2 在探索实践中建构活性知识

没有生成知识的个体意义，这些知识仍然是无法迁移的惰性知识，也就不能灵活地用于解决实际问题[7]，学生的学科核心素养也难以得到培养。而3D打印技术支持学生协同构建或探究数学规律[8]，能帮助学生开展探究性实践，构建活性知识，发展核心素养。关于这点，Huleihil M[9]在六年级学生中开展了一个将3D打印技术应用于数学几何教学的实验研究，研究结果表明，3D打印技术能够促进学生数学思维的发展，侧面印证了3DOne在小学数学教学实践中辅助学生建构知识的有效性。

1.2.3 提升参与度，调动学习热情

区别于为学知识而设计的学生活动，融入3DOne后设计的主题活动以发现问题为课堂教学开展的起点，引导学生观察生活，在生活情境里发现问题提出问题，调动学生的求知欲望，吸引学生主动参与课堂活动。此外，3DOne的立体呈现效果，为教师演示数学抽象概念或规律形成过程提供了技术支持，有助于激发学生学习热情。

1.3 有机融合助力学科核心素养发展

让核心素养落地，以跨学科主题学习的形式开展教学，是一种积极稳妥的课程设计[1]。这种跨学科主题教学重视知识的学习，是基于学科的主动跨界，探索的是学科之间的有机融合，是对分学科教学实践中短板的补充。

综上所述，本研究构建融合小学数学学科核心素养培养的3DOne跨学科课程：面对单一数学学科教学情境创设不足的问题，跨学科主题学习创设了一个大情境主题，学生在情境中发现问题，有助于培养“会用数学观察”素养；单一学科教学以独立知识包的形式传递知识，而跨学科主题学习是学生在情境问题的驱动下主动去进行多学科知识整合，以实践来解决学科断裂的问题[10]，在探究实践活动中完成知识建构，促进“会用数学思考”素养的培养；在这个跨学科实践过程中，学生学会学习，团队协作能力和沟通表达能力得到锻炼，“会用数学语言”素养也得到培养。

2 3DOne与小学数学有机融合的跨学科主题

学习模式设计

跨学科主题学习应是一种围绕实践、落实实践，强调理论与实践相统一，主张学以致用、用以致学，从而促进学生核心素养发展的教学活动[11]。PBL（Problem-Based Learning，PBL）项目式教学模式作为一种基于真实的问题情境展开的、以学生为主的、重视真实问题的探究过程的课堂教学模式[12]，

其设计理念与跨学科主题学习的教学理念相契合。为此，本研究基于PBL项目式教学模式设计跨学科主题学习活动。关于PBL教学模式的研究，最早由教授Barrows归纳提炼，他提出的PBL教学模式为“①创建小组；②开始一项新问题；③开展问题解

决；④成果展示；⑤反思评价。”杨利英也对PBL教学模式进行了研究，提出按六个步骤开展PBL教学活动，即“①分析问题，提出假设，收集资料；

②设置问题情境；③组建学习小组；④收集资料以及小组内讨论，解决问题；⑤结果展示、交流评价；⑥反思总结。”分析两位学者所提出的PBL教学模式，提取出PBL教学模式流程包括五个环节，具体如图1所示。

基于PBL项目式教学模式，本研究将小学数学的知识融入3DOne课程的教学活动，在3DOne的协助下，探索知识学习向学科实践转化的道路，构建了“3DOne+小学数学”跨学科主题学习的教学设计流程，以实现3DOne与小学数学的有机融合。本研究构建的“3DOne+小学数学”跨学科主题学习的步骤依次是提取学习主题、明确学习目标、设置学习评价、规划学习活动、开展学习过程、展评学习成果。具体的教学设计流程如图2所示。

第一，在提取学习主题时，应综合考虑课程标准和学科教材内容是否适合与3DOne进行融合教学，并探讨如何实现融合。此外，还可以根据学生的学习现状、学习环境和生活情况来设计更具体的学习主题，以提高学习资源的整合性和丰富性。第二，确定学习目标时，仍然可以使用三维目标叙写模式。然而，在描述学习目标时，需要注意这里的“知识”应该是能够驱动学生进行有意义、有兴趣、有关联、有挑战的深入学习的知识。学生通过这个“探究过程”不仅可以获得基础的“知识”，还可以锻炼和提升关键的“能力”，以及构建积极向上的“情感态度和价值观”。第三，学习评价可以采用过程性评价和终结性评价结合的方式。过程性评价主要是学生对自身以及小组成员在课程中的参与情况进行评价，而终结性评价主要是对课程结束后最终呈现作品的评价，包括教师的评价和其他同学的评价，最后按比例综合得到总评。第四，在学习活动的规划中，应围绕主题展开，并确保活动之间有关联和递进。学生可以通过任务难度的逐步提升来提升综合能力，不止于掌握知识，还要能够运用知识，以培养核心素养。第五，跨学科主题学习活动的开展应以问题情境的创设为起点，培养学生在真实情境中发现问题和解决问题的能力[13]。课程结束后，可以引导学生在作品展示和分享的过程中进行经验交流、互相学习，并进行总结和反思，以加深对课程内容的理解。

3 3DOne与小学数学有机融合的跨学科主题

学习案例分析

3.1 案例由来

圆锥的认识是人教版小学数学六年级下册第三单元第二节的内容，本课知识点是“圆锥的特征及各部分的名称；圆锥的高的测量”，主要指向“空间观念”“几何直观”“推理意识”核心素养的培养。小学数学教师在进行本课的教学设计时，常困于如何培养学生的自主探索意识，如何引导学生进一步体验立体图形与生活中实物的联系，增强空间观念。因此，本研究选取这一课，应用本研究构建的“3DOne+小学数学”跨学科主题学习设计流程开发跨学科主题学习活动，将主题设为“纸杯里的学问”。

3.2 学情分析

要想精准地设定学习目标与学习流程，展开学情分析是前提。学情分析可从知识基础分析、学习能力分析、兴趣特征分析三个方面展开。

3.2.1 知识基础分析

本研究教学对象是小学六年级学生。圆锥的认识是在学生学完圆柱的知识的基础上进行的，是小学教材中安排的最后一个立体图形，学生建立了初步的三维立体概念，并不是刚接触立体几何，也在前面的学习过程中掌握了认识事物特征的一般方法。

3.2.2 学习能力分析

根据皮亚杰的发展认识论，小学时期的儿童处于具体运算阶段，能够进行一些初步的运演操作。但六年级学生在进行抽象和假设运算方面的能力相对较弱，仍以形象思维为主。因此，在设计课程活动时，教师需要引导学生培养从具体现象中抽象概括规律的能力。此外，学生在主动性和能动性方面有了较大的提高，能够有意识地主动探索未知的世界。同时，他们的思维能力、问题分析意识和能力也显著提高，动手操作和语言表达能力有所发展。因此，在教学过程中，适宜让学生主动思考、合作交流，并进行动手实践，在具体情境中亲自体验感知圆锥的特征。

3.2.3 兴趣特征分析

六年级学生的学习兴趣呈现出一定的时效性和短暂性，他们对于新奇、有趣的学习内容更容易产生兴趣。因此，教师可以通过创新的教学设计，引入互动性强、趣味性高的学习活动，激发学生的兴趣并保持他们的学习动力。由于六年级学生的学习兴趣受到社交因素的影响。他们更加重视与同伴之间的合作与交流，通过小组活动、合作解决问题等方式来共同学习。因此，在教学中，教师可以创设积极的协作学习氛围，鼓励学生之间的互动和合作，以增强学生的学习兴趣。

3.3 学习目标设计

本研究参照《义务教育数学课程标准》（2022年版）、《义务教育信息科技课程标准》（2022年版）设计本课学习目标。

3.3.1 知识与技能

知道圆锥的外观特征；能够说出圆锥各部分名称；能够用科学的方法测量出圆锥的高。

3.3.2 过程与方法

通过生活情境体验或观察，发现与圆锥相关的生活问题，生成课堂主题，然后在观察、操作、交流等活动中感知圆锥，掌握圆锥的特征及各部分的名称；通过实践操作，进一步认识圆锥的高，掌握测量圆锥的高的常用方法，并创造性构思新测量方法，进一步延展思考如何在3DOne软件上测量圆锥纸杯的高；通过体验在3DOne软件上绘制纸杯的过程，充分调动学生的推理意识、合作交流能力、数据测量能力等多方面的综合能力，发展空间观念、几何直观、推理意识等核心素养。

3.3.3 情感态度与价值观

在课堂主题式探究活动引导下，有思考有实践，感受跨学科学习的趣味，激发学生对数学与信息科技的学习热情。

3.4 学习评价设置

本节课的学习评价根据学习过程的安排及三维学习目标的设定，采用过程性评价与终结性评价结合的综合评价方式。过程性评价中选取态度、过程及效果三个维度对学生学习进行评价（见表1）。其中，态度维度指向情感态度与价值观目标，过程维度指向过程与方法目标，效果维度指向知识与技能目标。终结性评价主要是对圆锥纸杯的三维模型成品的功能、创意、美观三个维度进行评价（见表2）。

3.5 学习活动规划

一项学习活动能否成功开展、开展后能达到怎样的学习效果取决于学习活动的规划与安排情况。本研究在研读了“圆锥的认识”课标与相关教材后，着力思考课程知识点与生活情境的链接点，提出“纸杯”这一主题要素，并抛出思考问题“机场的纸杯为什么做成圆锥形？”“圆锥纸杯与普通纸杯有什么区别？”，学生在问题指引下完成知识探究活动。随后充分挖掘课程内容与3DOne平台的融合点，设计了“纸杯的三维模型绘制”这一实践探究活动。最后进一步思考完善教学设计，保留教材中测量圆锥高度的学习探究任务，与主题结合后，将任务修改优化为“如何测量圆锥纸杯的高？”完整的学习活动规划情况如图3所示。

3.6 学习过程安排

本节课根据学习目标的设计、学习活动规划将学习过程细化为五个环节，包括主题生成、主题探究、方案设计、活动实施、成果分享与小结。具体学习过程顺序与对应教学活动安排如表3所示。

4 结束语

2022年新修订的义务教育课程标准中，学科融合仍然是一个重要的目标。然而，如何实现学科的有机融合是一个待解决的问题。本研究采用跨学科主题学习模式，将3DOne技术平台与小学数学学科的教学内容进行有机融合，提出实现“3DOne+小学数学”跨学科主题学习的设计流程，并开发了“纸杯中的学问”一课作为教学案例。在这种模式中，信息科技不仅是学习的辅助工具，而且营造了一种新型的教学环境[14]。通过这种融合式课程学习，学生的数学素养和信息科技素养得到培养，同时也提升了他们解决问题的能力。

在教育信息化大背景下，信息科技学科可以与更多学科进行有机融合的尝试，以进一步丰富教学改革方案。为了在今后的教学中让学科融合得更紧密和恰当，研究者需要持续探索和努力，以打破学科间的界限，推动教育高质量发展。

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