
教育创新与实践
Journal of Educational Innovation and Practice
- 主办单位:未來中國國際出版集團有限公司
- ISSN:3079-3599(P)
- ISSN:3080-0803(O)
- 期刊分类:教育科学
- 出版周期:月刊
- 投稿量:5
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指向深度学习的小学数学跨学科作业设计
Interdisciplinary Assignment Design for Primary School Mathematics Towards Deep Learning
引言
2021年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》,要求有效减轻义务教育阶段学生过重作业负担和校外培训负担,作业体现素质教育导向。《义务教育数学课程标准(2022年版)》(以下简称“数学新课标”)强调数学课程应培养学生的数学眼光、数学思维和数学语言,聚焦学生核心素养。2023年,教育部办公厅印发《基础教育课程教学改革深化行动方案》,引导教师提高作业设计水平,探索设计跨学科综合性作业。作业能检验教师“教”和学生“学”的效果,促进学生核心素养的发展。在此背景下,深度学习理念兴起,深度学习是培育学生核心素养的重要路径,其理论指导为小学数学跨学科作业设计提供了创新思路。由此,探寻如何基于深度学习理念设计小学数学跨学科作业具有重要意义和独特价值。
一、指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的内涵及价值
(一)指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的内涵
深度学习作为一种先进的学习理念,强调学生对知识的深度理解和内化,注重知识迁移与应用能力的培养,它要求学生在学习过程中积极参与、主动探索,通过对知识的深入思考和综合运用,实现知识的意义建构和能力提升。而跨学科作业通过整合多学科知识、创设真实情境,成为实现深度学习的有效载体之一。指向深度学习的跨学科作业是“教师借助真实的生活情境,精心提炼学科主题,明确各学科关联,引导学生利用多学科知识解决现实问题的学习任务”。也就是教师基于一个特定的主题,立足主学科,借助学科间的相互整合,引导学生解决真实问题并促进本学科深度学习而设计的学习任务。由此可得,指向深度学习的小学数学跨学科作业是指在小学数学学习中,教师依据深度学习的理论指导,基于数学主题,立足数学学科,借助数学与其他学科间的联系,融合两个或两个以上学科的知识与方法,引导学生解决真实情境问题并促进数学深度学习而设计的学习任务。它以特定数学主题为核心,打破数学与其他学科的界限,引导学生在真实情境中综合运用数学与其他学科知识,经历深度思考与探究过程,从而实现数学知识的深度理解、迁移应用以及高阶数学思维的发展,最终促进学生核心素养的全面提升。
具体而言,可以从以下三个方面理解指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的内涵。首先,从知识广度来看,传统分科作业设计往往局限于单学科视角,学生在学习过程中容易受到学科边界的限制,难以形成跨学科的视野和综合运用知识的能力。然而,指向深度学习的小学数学跨学科作业设计突破了这一局限,以数学学科为主,同时融入多学科视角,实现学科间交叉互补。此类设计不仅拓宽了学生的认知边界,还帮助他们形成跨学科视野,使他们能够从不同角度理解、分析问题,从而更全面地掌握数学知识。其次,在知识深度方面,传统作业设计常常停留在对数学概念、命题和定理的记忆层面,缺乏对数学知识本质的深入理解和应用。而指向深度学习的小学数学跨学科作业设计则通过将数学知识置于真实情境中,让学生在解决实际问题的过程中反复应用这些知识,促使学生超越表面的记忆,深入理解数学概念的本质,生成知识的深层意义。最后,在知识联结度方面,传统作业设计中知识点往往是孤立分散的,学生难以建立起知识之间的内在联系。而指向深度学习的小学数学跨学科作业设计通过主题统领的方式,构建了一个网状的知识结构,有助于学生将不同学科的知识点有机地联系起来,还能促进数学知识的迁移和应用。总之,与传统的作业设计相比,指向深度学习的小学数学跨学科作业设计不仅关注学生对数学知识的理解,还通过跨学科的视角,加强学生对数学知识掌握的广度、深度和联结度(详见表1)。
| 知识维度 | 传统分科作业设计 | 跨学科作业设计 | 认知提升效果 |
|---|---|---|---|
| 知识广度 | 单学科视角局限 | 数学学科为主、多学科视角交叉互补 | 拓展认知边界,形成跨学科视野 |
| 知识深度 | 概念理解停留在记忆层面 | 数学概念、命题、定理等在真实情境中反复应用 | 促进概念本质理解与意义生成 |
| 知识联结度 | 知识点孤立分散存在 | 主题统领下的网状知识结构 | 构建可迁移的认知模型框架 |
(二)指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的价值
指向深度学习的小学数学跨学科作业设计以深度学习理论为根基,通过打破学科壁垒、整合多元知识体系,为学生构建了数学素养能力发展的立体化方式。这将对学生数学知识的深度融合、高阶数学思维的发展及数学学习过程中的情感体验具有重要的启发意义。
1. 促进数学知识深度整合
知识整合是“围绕具体问题将来自不同学科的异质性知识按照问题解决的逻辑彼此协调、连接”,使学生在兼顾知识深度与广度的过程中形成结构化、可迁移的“整全”知识,进而促进其深度学习与核心素养发展。传统小学数学作业设计过度强调课时对应、题型重复使学生难以形成对知识的整体认知,知识呈现碎片化状态。而跨学科作业设计通过整合数学与其他学科知识,为学生搭建起理解知识的桥梁,使他们在解决实际问题的过程中能够理解不同学科知识之间的内在联系。指向深度学习的小学数学跨学科作业设计注重知识的整合,以数学核心概念为锚点,将多学科知识重组为层次分明、逻辑自洽的知识体系。也就是说,指向深度学习的小学数学跨学科作业设计强调知识的深度加工与意义建构,它以数学主题为引领,将原本分散于不同学科的知识点联结为有机整体,从而有效克服传统分科作业导致的知识碎片化弊端。
这种整合在认知心理学层面体现为图式重构过程。根据梅耶(Mayer)的主动加工理论,学生首先筛选相关学科材料,其次组织材料形成连贯表征,最终将新信息与长时记忆中的原有知识整合。这种深度整合使学生从“知道是什么”迈向“理解为什么”,利于学生构建系统性认知网络。
2. 驱动高阶数学思维发展
数学新课标指出:在小学阶段数学思维主要表现为运算能力和推理意识,运算可以促进数学推理能力的发展,推理意识是形成推理能力的经验基础,通过经历独立的数学思维过程来培养学生的高阶数学思维。高阶数学思维是“基于数学概念、规则、公理等数学事实的概括与间接反应,关注不同学科思维层次的融会贯通,以数量关系和图形关系为主要对象,通过教学活动并借助数学语言探究数学规律,对现实世界中的现象或问题展开深入的数学思考与分析”。指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的核心价值在于驱动高阶数学思维发展,培养学生应对复杂现实问题的迁移能力和创新能力。学生在解决问题的过程中,主动经历数学知识的发生、发现,探索事物蕴含的数学本质规律,引发对社会现象的深入思考,在问题解决中自然融入综合分析、推理论证、想象创造等高阶思维活动。
面对复杂的数学问题,一方面,指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的价值在认知层面体现为思维范式的转换,从“解题”转向“解决问题”,从“答案唯一”转向“方案多元”。学生在数学跨学科作业的问题情境中,明确解决此类问题不能依靠数学固有的解题模板,必须关注不同学科思维的深层次碰撞,通过多维度知识交叉验证形成科学结论,促进思维进阶,达到举一反三的效果。此过程精准对应数学新课标提出的“会用数学思维思考现实世界”,彰显了跨学科作业在发展学生批判性思维和发散性思维方面的独特优势。另一方面,更深层的迁移价值在于知识创新,其设计打破学生对传统解题模式的依赖,指向学生的深度理解、反思性学习,为学生提供了一个开放的思维空间,使其能够在不同学科的理论与实践交汇处寻找新的解决方案。
3. 深化数学情感体验
数学情感是人们对数学和数学活动所持态度的体验,是数学和数学活动是否符合自身精神需要和价值观念的自我感受、内心体验。数学新课标不仅给出了情感体验的具体表现——对数学具有好奇心和求知欲、欣赏数学美、提高学习数学的兴趣等,而且把如何让学生产生并维持这种积极体验写进了“教学提示”,成为教师需要落实的课程要求。深度学习视角下的小学数学跨学科作业设计,聚焦于学生的情感体验与价值体认,致力于实现学生认知与情感的协同发展。情境认知理论指出,学习的理想状态是个人能够进入知识产生的具体环境,借助积极参与社会实践的途径,达成获取知识、建构意义、解决问题和深化情感的目标。传统的作业设计创设的问题情境是虚拟化的,即使融入跨学科的元素也只是浮于题干表面,学生解决问题后再次回想时,跨学科知识浮光掠影般在脑海中闪现,未能捕捉就消失不见,更不能获得更深层次的情感共鸣。而促进深度学习的小学数学跨学科作业通过精心创设真实且富有意义的学习情境,将数学知识的学习与学生的日常生活经验以及其他学科领域紧密相连,使学生在解决问题的过程中不仅深化对数学知识的理解,更能在情感上产生共鸣,形成积极的价值取向。
此类作业设计能够丰富学生的情感体验,从而促进学生对数学的价值体认。也就是说学生可以在真实、具身化的数学实践中,通过亲历数学活动和反思对话,将数学文化、数学价值认同、外在目标内化为自我图式的动态心理过程。首先,它能够增强学生对数学学科知识的认同感。当学生在跨学科任务中目睹数学知识在不同领域中的实际应用时,他们对数学学科重要性的认识会得到强化,从而激发内在学习动力。这种认同感的建立,有助于学生将数学学习视为自身成长的关键部分,而非单纯的学业负担。其次,有助于树立对数学文化的自信。通过呈现中华优秀传统数学文化,学生能够在学习数学的同时,深刻感受到数学文化的智慧与魅力,认识到数学作为文化的一部分,其发展与人类文明进步紧密相连。这种文化自信的培养,能够增强学生对数学文化的热爱和自豪感,使他们在全球化背景下依然能保持对自身文化的认同和尊重。最后,能够引导学生关注社会问题,培养社会责任感。许多跨学科任务涉及到社会现实问题,如人口老龄化调查、社区绿化面积统计等,学生在运用数学知识解决问题的过程中,体会到作为社会一员的责任和义务,他们学会以理性的思维分析社会现象,用科学的方法提出解决方案,体现了从“知识本位”向“素养本位”的教育转型,回应时代育人需求。
二、指向深度学习的小学数学跨学科作业设计存在的问题
教学实践中,在设计指向深度学习的小学数学跨学科作业时,还存在一些亟待解决的问题,主要表现在教师的其他学科知识储备不足、跨学科作业设计拼盘化和缺乏与其他学科合作三个方面。
(一)教师的其他学科知识储备不足
对数学以外的学科知识储备不足,是制约小学数学教师设计出指向深度学习的数学跨学科作业的关键因素。在课堂实践中,由于师范培养与教学实践长期分科割裂,教师对所授科目知识熟练掌握,然而对其他学科的知识掌握不深,其知识体系还比较单一化、学科关联能力薄弱化,难以为跨学科作业内容提供丰富知识来源,从而抑制对学生跨学科问题解决能力的培养。
以“校园节水系统”项目学习为例,小学数学教师能娴熟指导学生绘制学校每月用水量的统计图表、计算水管流量与成本(数学领域),却难以阐释水流压力与管径关系的流体力学机制(科学领域),亦无法引导学生分析装置结构的工程合理性(技术维度)。这种学科间关联能力弱化导致跨学科设计沦为被数学问题情境包装的作业,使学生错失理解数学与其他学科相互联系的机会。
(二)教师的跨学科作业设计拼盘化
指向深度学习的小学数学跨学科作业设计普遍存在机械性拼接的倾向,表现为多学科元素的简单并置而非有机融合。教师虽然在跨学科综合性作业设计方面进行了尝试,但还是会将数学任务与关联学科活动进行简单串接,如先完成数学计算再补充艺术绘制,未能构建知识间的意义联结与逻辑闭环。因此设计仅在形式上模糊了学科边界,实则维持着内在的割裂状态,各学科知识仍作为独立模块存在,缺乏相互解释、互为支撑的深度关联。真正的学科融合需以核心问题为枢纽,使数学概念与科学原理、艺术表达等形成解释性闭环,而非停留于任务序列的物理性组合。这种形式化操作最终导致知识碎片化,学生仅获得零散的信息切片,难以建构完整的跨学科认知图式。
如今教师在跨学科作业设计上弱化了分析、评判、创造等高阶认知能力的培养。任务设置多局限于数学学科知识的再现,如公式背诵或典型例题解题模板套用,缺乏需要驱动多视角思辨、多路径优化决策的复杂问题情境。这种局限遮蔽了跨学科学习的核心价值——通过学科思维的碰撞互补,培育深度思考力与迁移创新力。当作业固守“是什么”的事实确认与“怎么做”的流程执行,回避“为何如此”的追根溯源与“如何超越”的深度建构时,学生便错失以数学知识为契机催生出新洞见的机会。长此以往,不仅深度学习倡导的批判性思维、元认知能力无从生根,更将强化学生的思维惰性,陷入知识的浅层学习。
(三)数学教师与其他学科教师缺乏合作
从学科合作的角度来看,当前教学环境多数情况下呈现出学科教师各自为战的格局。一方面,数学教师日常教学任务繁重,备课、上课、课后服务等事务占据了大量时间,难以抽出时间与其他学科教师一起讨论、交流,共同设计出符合学生认知、促进学生思维进阶、陶冶学生情感的促进深度学习的小学数学跨学科作业。另一方面,学校没有建立有效的跨学科合作机制,教师之间缺乏合作交流的平台,合作机会较少。这种合作的缺少不仅体现在缺乏定期的跨学科教学研讨活动,使得教师之间难以就跨学科作业设计的理念、目标、方法和内容达成共识,更体现在教学实践环节,教师们难以协同开展教学活动,跨学科作业的设计与实施缺乏连贯性和系统性,导致学生在学习中出现脱节。也有学校跨学科备课组长期虚置,知识整合停留于数学教师个人经验层面,无法生成多学科专家思维碰撞的集合。教研组织形态仍受传统学科壁垒禁锢,未构建起跨学科知识交换的制度化通道,致使学科间难以形成优势互补与逻辑连接。
同时,教师专业培训缺失致使教师在跨学科作业设计时缺少必要支持。许多小学数学教师反映未接受过系统的跨学科作业设计培训,这使他们在面对知识融合时力不从心,常常陷入专业盲区,被迫采取规避性设计策略。在多数学校环境里,数学教师缺乏与其他学科教师的沟通,使得跨学科作业的设计常常难以精准对接不同学科的核心知识与技能要求,影响了作业的有效性和教育价值。
三、指向深度学习的小学数学跨学科作业设计的实现路径
具体实践中,教师在进行小学数学跨学科作业设计时面临着诸多挑战,这不仅制约了跨学科作业的育人效能,也影响了学生深度学习的实现。为有效解决这些困境,教师需要加强认知,掌握数学相关学科知识;优化设计,打造数学引领的深度融合作业;加强合作,提升以数学为核心的多学科整合素养。
(一)加强认知,掌握数学相关学科知识
1. 深入研修,博采众长
研修是教师专业发展的有效路径,参与高质量研修促使教师对学科知识、教育学知识进行整合与重构,提高教学效能感。要设计好指向深度学习的数学跨学科作业,首先,小学教师要明确这类作业是在立足数学学科的基础上,综合运用至少一门其他学科的原理、规律、思想、方法等,以有效解决与学生生活实际相联系的各种问题。其次,教师要主动发现自身不会“跨”的原因是什么,是否是由于长期进行数学教学实践,而忽略了其他科目知识的摄入,还是因为其他原因导致教师跨学科素养不足。最后,教师应该主动突破长期分科教学所造成的知识体系单一化的局限,利用个人业余时间,深入研读不同学科课程标准,梳理学科间的潜在联系,确定跨学科研修主题。在研修过程中,教师需广泛涉猎相关学科教材、学术著作、随时关注有关的杂志和报纸,参加跨学科学术讲座与在线课程,取众家之长,拓展学科知识体系,为跨学科作业设计筑牢知识根基。例如,教师在设计“曹冲称象的故事”主题活动的作业时,首先要深入了解“曹冲称象”的历史故事及其数学原理和地磅的校准、庞然大物的称量等相关知识,这就涉及到语文、历史、物理、信息技术等学科知识,教师可以专门研习其相关基础概念,深入探究其与数学模型的内在联系。
2. 实践观摩,内化于心
教师通过实践观摩可以将一些抽象的公共理论与具体课堂事件映射,积累有效的教学经验。小学数学教师应积极投身于跨学科教学实践活动,主动联系语文、科学、信息技术等学科教师开展联合教学研讨活动。在实践过程中,细致观察不同学科教师的教学方法和内容呈现方式,深入对比分析各学科思维逻辑的差异,构建“数学+”知识图谱,形成跨学科问题解决知识库。并且,抓住和创造各种机会亲临现场观摩,还可以借助信息技术手段大量观摩其他学科的优秀课例和跨学科教学案例,找到设计数学跨学科作业的灵感。同时,教师之间要互相敞开教室的大门,对待同事无所保留,通过这种方式,小学数学教师不仅可以拓宽自己的知识面,而且能够加深对其他学科本质内容的理解,使数学知识体系更加丰富、多元。
(二)优化设计,打造数学引领的深度融合作业
1. 深挖知识间的内在逻辑
为了避免将许多学科知识堆积在一起或是将多个学科任务简单叠加起来,小学数学教师在设计指向深度学习的跨学科作业时,首先要深挖数学知识与其他知识间的内在逻辑,然后深入剖析数学概念、原理在其他学科中的应用,比如负数在温度中表达的具体意义、比例尺在不同地图上表示的意义、或是几何空间结构在艺术造型中的运用等。通过分析知识间的因果关系和层次结构,教师可以精心构建作业任务,让学生在解决问题过程中自然体会各学科知识的深度融合,提升学生对知识的整体理解,增强他们对知识的灵活应用能力。以人教版小学数学五年级下册第3单元“长方体和正方体”为例,回溯以往,学生从一年级就认识了长方形、正方形、平行四边形等平面图形和长方体、正方体、圆柱等立体图形,此后的学习中均有涉及图形的认识和测量,在此基础上,学生系统地学习长方体和正方体的特征、探索并掌握其表面积和体积计算公式以及会解决简单的实际问题。本单元的学习主题与学生的生活密切相关,长方体和正方体在日常生活中随处可见,运用于建筑学、工程学、物理学等多个领域,教师在教学中可以引导学生主动串联起以前所学知识,将新知识与原有经验深度整合后构建知识系谱图,全面把握相关知识点;再穿插长方体和正方体在其他领域应用的知识,从而帮助学生建立起不同学科之间的知识桥梁,使他们能够更加全面和深入地理解长方体和正方体的核心概念。本单元学习结束后,教师可以布置这样的跨学科作业。
“搬运总动员”:同学们!你们正在为一家搬家公司工作,该公司计划提交一个将办公大楼的物品搬到一个新地点的投标方案。根据公司提供的设备和家具清单(搬家清单)。请你考虑:
(1)这些物品如何堆放;
(2)不规则物品之间如何固定(请画图说明);
(3)固定家具的填充物(请在备注中说明选择该材料的原因);
(4)装这些物品的盒子的数量和体积。
注:请同学们合作完成,3-4人为一小组。
你们需要形成一份书面报告,列出需要搬运的物品体积,以及画图说明这些物品如何放置可以减小所占空间。
最后,老师和各小组会对每组方案及报告依据评价量规(评价指标量表)进行公平公正地评价,挑选出最佳方案帮助搬家公司完成任务。
此后置型作业设计立足数学学科(长方体和正方体相关知识),融入物理、工程甚至设计等多个学科领域,在培养学生数学直观、逻辑思维和空间想象能力的基础上深化学生问题解决能力。
2. 聚焦学生思维进阶
针对一些小学数学跨学科作业只培养了学生的浅层思维,缺乏分析、创造类任务的事实,数学新课标提出发展学生“质疑问难的批判性思维,形成实事求是的科学态度,初步养成讲道理、有条理的思维品质,逐步形成理性精神”,教师需要立足思维品质的培养,依据学生的认知发展规律,精心设计进阶式的跨学科作业。从基础的跨学科知识识记与理解作业开始,逐步增加综合、演绎、评价等高阶思维作业的比例。通过对学生作业完成情况的全面诊断分析,及时调整作业的难度和内容,不断优化跨学科作业设计,促进学生思维能力螺旋式提升。以“比的基本性质”为例,教师先布置“探索蒙娜丽莎的迷人之处:在教师协助下运用几何画板或图像分析软件,分析其构图、形成艺术鉴赏报告”。再布置“根据本单元所学,用A3纸设计一张数学小报,先确定整体布局,画面主体部分必须依据黄金分割比确定尺寸,如海报长度为42厘米,则宽度应设计为42÷1.618≈26厘米左右;合理安排标题、文案、图片位置,使画面和谐美观,突出重点信息”。这两个作业层层递进,促进学生思维发展,前者在教师指导下探索蒙娜丽莎之美,引出“黄金比”,后者需学生将黄金比运用到艺术设计上,具有实操性,二者都从数学“跨”向艺术,学生目睹数学在美学的应用中增强对数学知识的价值认同,同时加深对美的本质和艺术创作规律的理解,培养对艺术的兴趣和热爱。
(三)加强合作,提升以数学为核心的多学科整合素养
1. 组建虚拟学习共同体
虚拟学习共同体(virtual learning community)又称虚拟学习社群,主要由拥有相同兴趣的学习者组成,他们借助虚拟网络平台搭建起一个协作学习的环境,在里面交流、互助、分享资料,共同完成学习任务。首先,小学数学教师可以充分利用互联网平台,联合其他学科或其他学校教师组建线上跨学科学习共同体,在其中发起主题讨论、分享教学资源、进行在线协作备课、设计数学跨学科作业等,并定期开展形式多样的教学研讨活动,分享跨学科作业设计的成功案例与教学实践心得,自我提升以数学为核心的多学科整合素养。其次,可以采用线上线下混合式研讨模式,打破时间和空间的限制,拓展教师的学习与交流渠道,有效弥补校内学科协作的不足。
2. 打造小学数学跨学科作业资源库
教育技术赋能是推动小学数学跨学科作业设计迈向新高度的重要力量,打造跨学科作业资源库是小学数学教师作业设计的有力支撑。这一资源库能够为教师提供丰富多样的跨学科作业素材,以数学学科为主涵盖不同学科领域,旨在帮助教师设计出更具综合性和创新性的作业,促进学生深度学习。资源库需要多科教师合作建立,广泛收集小学数学及其相关学科素材,精心挑选和整理后按主题分类呈现,方便教师快速查找和使用。同时,资源库还需提供智能搜索功能,支持教师按学科、知识点等维度筛选资源,进一步提高资源查找效率。跨学科作业资源库不仅能够有效支持小学数学跨学科作业设计,还能激发教师的创造力,推动跨学科教学实践向更高水平发展。
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