李广进 | 用跨学科教学理念优化科技馆多学科课程的实践探索

1 课程优化的缘起

    为庆祝中国共产党成立一百周年，中国科学技术馆（以下简称中国科技馆）曾以“延安剪纸”为主题，研发并实施了“镂金剪彩传承百年”剪纸课（以下简称“剪彩课”）。课程旨在引导学生从科技视角认识非物质文化遗产，因此，在延安剪纸历史文化知识的基础上，增设了物理和数学学科知识。物理知识体现在剪刀的杠杆原理方面，数学知识则体现在剪纸中的对称、翻折等几何学常识方面。杠杆原理用“天平”和“剪刀”等教具进行演示，并引导学生动手实验；数学知识的学习在平面剪纸、轴对称剪纸、翻折剪纸、连续剪纸的动手体验中完成。与传统剪纸课相比，剪彩课出于科普目的而增设的物理和数学学科内容起到了拓宽学生学科视野的作用，但在教学实践中，笔者也观察和体会到，剪彩课对剪纸中“科技”的解读并未引起学生浓厚的兴趣，而所谓“科技”与“文化”的融合也未能激发学生的探究欲。仅从课程的内容设计进行反思，笔者总结原因有以下三个方面。

    第一，“科技视角”的错位选择未能满足学生的好奇心。按课程主旨，引导学生“从杠杆（科技）视角认识剪纸”，两者关联稍显薄弱牵强，学生很难在杠杆与剪纸之间产生思维联系。

    第二，学科整合度不高，未能引发学生的探究热情。课程虽然包含学科多达4种（美术、历史、物理、数学），但学科间均以并列的形式围绕剪纸展开，学科间界限分明，彼此独立，导致问题探究的难度降低，该课程仅维持在省力、费力杠杆的体验层面。

    第三，动手环节内容设计单调，未能激发学生的创作热情。课程的剪纸图样被事先设计并印制好，学生只需沿着虚线折叠后剪制即可。课程设计虽能满足不同剪纸方法的体验需求，但却未能提供足够的创作空间。

    为了更好激发学生的好奇心和探索欲，进一步拓宽学生的创作思路，笔者尝试了用跨学科教学理念对剪彩课进行优化设计。之所以选择跨学科方向，有如下四个方面的因素。

    第一，为落实“双减”、减负增效的重要举措，在2022版新课标中明确规定要有10%的课时用于跨学科主题课程学习。^[1]在校教师在观念上对跨学科课程融合有着高度的认同，但课程实践有待改进和加强，并且需要外部资源的支持。^[2]为此教育部和中国科协曾联合发文，号召利用科普资源助推“双减”工作，鼓励学生到科普场馆参与实践活动。^[3]中国科技馆作为国家级科普教育基地，无论是从自身的科普需求出发，还是出于服务“双减”的工作目的，跨学科课程的研发与实施都很有必要且有意义。

    第二，在指向核心素养的教育变革中，为确保教学目标得到落实，教学要从“以知识为本”转变为“以核心素养为本”。^[4]多学科的教学设计能够满足以知识为本的课堂需求，但却难以培养学生的核心素养。跨学科学习侧重学科整合，是运用一种真实的综合方法，整合来自不同学科的知识，并能使学生产生整体的理解。^[5]而这种知识整合后的新理解，有助于学生核心素养的养成。

    第三，在小学中高段，学生已经形成了对学习、自我的一定理解和认识，信息搜索、整合和抽象思考能力有一定的发展，可以开展跨学科项目学习。^[6]而科技馆的学习群体，小学高年级和初中生占绝大比例，这为跨学科项目化课程的实施提供充足的生源。

    第四，鉴于剪纸的文化属性，以多学科方式学习剪纸，终究难脱跑题的宿命。剪纸作为工艺美术门类，其自身的科技含量较低，若从材料（纸）和工具（剪刀、刻刀）方面着手，是不错的选择，但剪纸文物存世量极少，现阶段又很难梳理出造纸工艺和刀具技术的发展对剪纸创作的影响。而借助跨学科的整合性优势或许可以破解这一局面，首先，要回归剪纸的文化属性，就不能只注重其图像表达作用；其次，可通过借助其他学科的科技内涵来填补课堂科普所需所缺；最后，通过学科融合产生的新理解来丰富课程成果。如此便可达到高质量科普的目的。

2 课程优化设计实践

    剪彩课的优化设计逻辑是在夏雪梅博士“跨学科项目化学习的设计逻辑”基础上，依据中国科技馆展教特点和教学经验进行再设计而成。课程总体设计遵循“利用展品设计跨学科问题—锚定新课标整合学科核心素养并梳理相关知识及能力—依托教学环境设计教学步骤—依托教学受众设计学习支架—教师动手实践预测学习成果”的过程。

2.1 利用中国科技馆古代科技展品设计剪纸课的跨学科问题

    一个好的问题能够给学习者提供一个广阔的多向度的探索空间。它既能激发学习者学习的内在动力，也能提纲挈领地指出持续思考、自我探究的方向。^[7]因此，设计好跨学科问题至关重要。利用展品设计问题、解决问题，可充分发挥科技馆的“地理”优势。笔者选用中国古代科技展品进行问题设计，用传统的艺术形式表达传统的科技内容，既是坚守，也是传承。

    如何从如此丰富的古代科技展品中为剪纸选择合适的展品，笔者从如下三个方面进行了思考与实践。

2.1.1 从提高问题挑战性的角度选定展品范围

    提高剪纸课跨学科问题的挑战难度，最有效的办法就是不让学生轻易找到可供参考的剪纸蓝本。笔者通过阅览剪纸作品集和搜集网络剪纸图片等方式，分别对延安剪纸^[8]、学者型剪纸、^[9]传承人形剪纸^[10]等进行了充分的研究，着重查找多被剪纸作者利用的古代科技元素，并将利用率高的剪纸图样舍弃，比如中国古建筑和古代纺织，就因剪纸作品题材丰富而放弃了此类相关展品的入题参考。

2.1.2 从剪纸动手的难易程度缩小展品的选择范围

    剪纸动手的难易程度关键在剪纸线条的表达。因此在选择展品时，就要充分考虑展品结构的复杂性对剪纸线条转化的影响。比如，古代天文仪器在剪纸作品中虽然少有体现，但其结构复杂，剪纸线条又多为曲线表达，对于剪纸初学者来说难度较大，因此不予考虑。

2.1.3 依据学习支架设计的可能性确定展品

    为调动学生参与课程的主动性，也为确保学生能够独立解决问题，教师在学生完成项目或问题解决的过程中要设置关键的控制点，提供具有支撑、承载、连接等作用的学习支架。^[11]如果没有现成的剪纸作品可供学生直接参考，就要为学生准备相应的学习支架，而学习支架必须与展品发生关联。汉画像中“桔槔”和“滑轮”的图像记载非常丰富^[12-13]，而中国科技馆也有相应的展品。桔槔和滑轮结构简单，易于剪纸直线线条的表达；汉画像可为剪纸的轮廓设计提供想象的空间；延安人物剪纸的阴阳刻法又可为剪纸内部的镂空设计发散思维。因此，以“我将妙意寄工巧”为题的剪纸课（以下简称“寄巧课”），就依托桔槔和滑轮展品，把跨学科问题设定为：如何用延安风格的剪纸描述汉代的汲水工具。

2.2 锚定新课标整合学科核心素养并梳理相关知识及能力

    寄巧课其实包含着两种跨学科组织形式，一种是不同学科间的跨学科形式，即艺术学科与科技史学科的跨学科形式;另一种是基于科技史学科交叉的特性，所表现出的同一学科内不同内容领域的跨学科形式，即历史学科和物理学科的跨学科形式。但适用于寄巧课问题解决的学科，重点在科技史学科和艺术学科，而科技史学科又主要表现在中国物理学史方面，因此确认中国物理学史的核心素养至关重要。

2.2.1 整合中国物理学史学科的核心素养

    教学实验证明，小学生的学习能力可以应对科技史的课程^[14]，新《历史课标》中也有关于古代科技教学的建议和指导^[1]，但关于科技史学科核心素养的培育要求，尚在讨论的阶段。笔者出于寄巧课的教学需求，在参考历史、物理两门学科核心素养的基础上^[1]，整合出了中国物理学史的核心素养（图1)：唯物史观、科技史料证实、科学论证、家国情怀。

2.2.2 整合适用于寄巧课问题解决的学科核心素养

    确认寄巧课所跨学科为艺术和中国物理学史后，笔者又针对跨学科问题解决所需，精准核心素养培育内容，对两门学科的核心素养进行整合^[1]（图2）。最后确定“唯物史观、科技史料证实、审美感知、创意实践、家国情怀”为寄巧课核心素养的培育目标。

2.2.3 梳理核心素养所需知识及能力

    中国物理学史的核心素养包括唯物史观、科技史料证实和家国情怀。唯物史观在汉代汲水工具的系统学习中树立：认识劳动对人类社会发展的影响，知晓人民群众是历史的创造者。科技史料证实，通过汉画像石中的科技图像记载，可辨析桔槔和滑轮的种类及使用方式，客观认识汲水工具在汉代真实的使用情况，利用可信史料说明历史问题。通过学习桔槔杠杆原理知识，认识中国古代科技文明的历史价值和现实意义，培养学生关心中国古代科技文明的意识，增强民族自豪感、树立文化自信。三种核心素养的培育需用桔槔、滑轮的种类及使用方法、杠杆原理等知识作为支撑。

    艺术学科的核心素养包括审美感知和创意实践两方面内容。寄巧课涉及艺术学科中的美术领域。学生的审美感知能力通过延安剪纸作品欣赏来提高，依托延安人物剪纸的艺术表现手法，发现剪纸艺术美的特征，认知剪纸语言中人物造型的艺术意味；学生的创意实践通过剪纸作品的整体设计及动手剪制来完成，剪纸作品既有汉画像的简率大气又有延安人物剪纸的单纯稚拙。两种核心素养的培育需用延安人物剪纸造型种类、艺术特征、剪纸工具、剪纸技法等知识来支撑。

2.3 依托“华夏之光”展厅的教学环境设计教学步骤

    科技馆的教学环境较之学校有很大差异，结合展品实施的跨学科课程，往往需要借用展厅和教室两种教学场地。为了推进课程的有效开展并确保学习效率，在课程实施前，教师要构思好每步的学习环节。教师制定的教学规划需富有策略，如果没有行动计划，就不可能实现所期望的教学目标。^[15]因此，笔者借助中国科技馆“华夏之光”展厅和动手体验空间两种教学场地，为寄巧课制定了“思维导图绘制—展厅研学—课堂探究—动手实践”四步走的教学策略，并确认了每一步骤的学习重点（图3)。

    在动手实践环节，学生以剪纸艺人和科学传播者的双重身份进行剪纸创作，旨在鼓励学生通过不同角色视角的观察与体验，感受中国古代科技文明推动社会发展的作用，以及理解剪纸等民间艺术对科技、文化传播的现实意义。

2.4 依托教学受众设计学习支架

    参与科技馆展教活动的青少年，多从线上预约组建而来，学生的教育背景、知识结构、动手能力等往往存在明显差异，科学教师面对的是多元化的学习者。在项目式教学实践中，搭建学习支架能够提供必要的支持，这样做可以使所有学生无论起点在哪里，都可以获得学习上的成长。^[16]笔者在充分考虑学生的读写和动手能力后，把寄巧课的教学支架设计成了“学习档案袋”的形式。

    学习档案袋中包含有思维导图绘制单、评价量规表、科学笔记、汉画像图片、剪纸图片、剪纸草稿设计单等。在鼓励学生独立完成学习的同时，也为学习困难的学生设计了小的学习支架。如思维导图绘制单分正反两面内容，正面是学生独立完成的设计样态，只有跨学科问题的提示，思维导图的结构和内容全由学生自由发挥；背面则是填空式思维导图的样版，对思维导图相对陌生的学生可按填空的提示进行思考，完成绘制（图4）。展厅研学环节的教学支架除了展品说明牌外，还有现场间接辅导；剪纸创作环节，除了为学生准备汉画像白描效果图之外，还有教师的剪纸样品范例。

2.5 教师动手实践预测学习成果

    教师需要借助目标来引导整个教学过程，并时刻提醒自己和学生所要实现的预期和达到的结果^[15]，不仅如此，学习成果还是课程成功与否的重要标志之一。因此，为使学生能用剪纸的形式更好地表达自己的创意，笔者在课程实施前，按照上述课程逻辑进行了剪纸创作。尝试目的有三：一是检验创新方法是否可行及创新效果如何；二是对剪纸难易程度有直接的判断，便于及时调整方案；三是刀法技术的巩固练习，能为学生提供准确的技术指导。为了不影响学生创作思维的发挥，教师的剪纸成品不作为教具直接展示，而是作为学习支架备用，当有学生遇到创作困难并可能影响课程成果产出时，再出示给学生供其参考或临摹。

3 课程实践与反思

    按照上述课程设计逻辑及实施方法，寄巧课在中国科技馆“华夏之光”展厅进行了教学实践。课程用时2.5小时，招募学生20人，分两节课完成。前半节课学生自主学习中国科技馆古代科技展品，确认汉代汲水工具的种类、样式及所包含的科学原理，通过科学原理分析，把握桔槔结构特点；后半节课欣赏《西北剪纸集》和《窗花》中的人物剪纸，通过图像收集整理、对比观察、学习延安人物剪纸的造型特点和技艺之美，最后动手设计并完成剪纸创作。

    从每幅剪纸作品都是原创的课堂成果看，学生的审美感知和创意实践的核心素养培育成果显著。在剪纸创作过程中，通过提炼汉画像中的汲水工具，学生的史料识读能力和信息处理能力也有了明显的提高。通过剪纸作品的整体设计及刻制体验，学生对科技与文化的关系、文化对艺术的影响都有了新的理解，并感知到中国古代科技文明的历史价值和现实意义。如果说跨学科项目化教育活动的目标和知识类型是双线并进的，一条线指向跨学科的大概念、核心知识、关键能力，另一条指向学习素养^[6]，那么“寄巧”课程的教学实践证明了学生的核心知识、关键能力和学习素养的培育成效，但就课程设计的细节而言，还存在有待进一步完善的地方，这也给后续研究留下足够的活动空间。

3.1 跨学科问题的设计有待学生的参与

    在以“如何用延安风格的剪纸描述汉代的汲水工具”为跨学科问题的寄巧课中，学生们一开始便在问题的驱动下，完成展品调研、资料搜索与整理、合作沟通等学习活动。问题的挑战性引起学生的兴趣并启发自我思考，但由于跨学科问题是由教师设计并直接提出，学生并未参与其中，从而导致教师与学生探究式的学习合作关系未能在课程伊始创立，使得“师生共学”关系的建立受到影响。因此，在此后的课程优化升级中，应大胆尝试先从学生处获取问题雏形，再整合成挑战性问题的模式，把学生提问题的能力纳入学习能力的培育范畴，更好地激发学生主动地投入学习。

3.2 学习支架有待进一步丰富

    在跨学科项目化学习中，概念支架、元认知支架、学科实践支架和学习实践支架不可或缺。^[6]寄巧课的学习支架设计重在学科实践和学习实践两方面，对概念支架和元认知支架的考虑有待加强。寄巧课的一个重要概念是“风格”，这在跨学科问题中有直接体现，但在课程的实践中，针对如何支持学生的最终决策却未能给予足够的关注。在此后的课程实践中教师应注重提问的方式方法和频次，或制作相应学习单来加强与学生的沟通交流，抑或制作概念图来加深学生对概念的理解。至于元认知支架，除思维导图的使用外，可以依赖评价体系的完善增加其设计内涵。

3.3 评价体系有待进一步完善

    由于教师课堂时间管理能力不足，寄巧课的课堂成果省去了集体展示的环节，未能给学生提供足够的学习反思机会。但在中国科技馆2023年“文化和自然遗产日”专场活动中，学生们向“风华传千载非遗共我行”非遗作品征集活动投稿，通过项目组评议，专门为剪纸作品开辟专栏进行了集体展示。^[17]这虽从侧面肯定了寄巧课的课堂成果，但也只能算是对课程的“终结性评价”，对此后教学活动的启示价值小。跨学科项目化教学更加注重的是“形成性评价”，寄巧课可在收集学生代表作品样例的基础上，加强“趣闻笔记”“评估细则”“学生提问记录”等形成性评价设计，除此之外，在课程伊始还应对学生所要接受的评估方式进行公示，让学生对评价细则有清晰的认识，与学生共同制定评估方案，并指导学生在课堂上使用评价量规来指导学习。

4 结语

    在科技馆实施真正意义上的跨学科项目化学习并非易事，学生大都习惯了以传授式为主的课堂教学环境，转移到科技馆项目化的课堂中，学生们的学习主动性并不高，陌生的学习伙伴彼此也难在短时间内形成合作关系。因此，为实现教学目标，提高教学效率，教师课前进行“综合设计”很有必要。而本文提出的优化设计逻辑和课程范式，只是科技馆跨学科教学的一种摸索，笔者期待更多的科技馆加入尝试，更期待同行的交流与合作、批评与指正，同心协力创造出跨学科项目化学习更多的可能性。