義教信息科技新課標背景下跨學科案例的實踐探索

朱宋煜 上海市復旦五浦匯實驗學校

信息科技課程的核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。四個學科核心素養之間的關系是相互補充的，體現在課程對學生影響的四個不同維度，但最終指向都是為了學生數字化素養的提升，因此，在跨學科主題的選擇上要考慮到與本學科在核心素養培育上的關聯。另外，在設計信息科技學科跨學科案例的過程中，不是將多個學科知識和技能進行簡單的疊加，而是要采用一種新型的教學方法以達到更好的教學效果。

●跨學科主題的選擇分析

在跨學科主題的選擇方面，教師要關注課程內容和學生生活的結合。只有和學生的日常生活有關聯才會讓學生對課程產生興趣。同時，在將信息技術和其他學科進行融合時，教師要注意培養學生的計算思維，讓學生在遇到日常問題時能用計算機科學領域的思想方法解決問題。

本次跨學科項目，筆者選用的主題是校園植物識別。植物是校園的重要組成部分，一個美好的校園環境是和校園里各色各樣的植物分不開的。植物在校園中不僅能起到凈化空氣的作用，還能提升學生學習植物學相關知識的興趣。在傳統教學中，學生在學習植物有關的知識時都需要查閱各種紙質版的書籍，對于不清楚名稱的植物，在查閱相關信息時會很不方便。但隨著信息科技的發展，教師可以借助物聯網編碼技術，將植物的數據以及有關信息存放在二維碼中。學生掃描植物附帶的二維碼，不僅能夠認識校園里各種植物，而且能感受到科學技術的魅力。

●跨學科主題案例設計與實施

基于對跨學科主題教學和《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的學習理解，筆者將“校園植物識別”作為實施主題。

1.主題分析

本次“校園植物識別”是將圖像識別技術以及二維碼技術運用到學科教學中，學生可在學習過程中，進入相應的系統通過掃描植物上的二維碼標識，獲取植物信息。除了了解植物有關的學科知識，二維碼還能夠幫助學生掌握物聯網技術知識以及二維碼編碼、解碼技術。另外，通過溫濕度傳感器還能夠將植物的溫濕度信息記錄下來，在掃描植物信息的同時能夠展示出來，以此判斷校園植物的健康狀態。

2.目標設計

本次“校園植物識別”主題學習需要達到的目標是：了解并學習二維碼技術，實現校園植物信息展示；認識溫濕度傳感器以及灌溉系統的構成，初步理解數據采集在信息系統中的作用；通過數據采集及分析實踐，建立數據意識。

3.過程設計

（1）自主學習，了解相關技術工具

通過這一環節，讓學生了解在校園植物信息識別過程中所使用的相關技術，如二維碼的編碼及解碼技術。本次“校園植物識別”主題筆者采用的二維碼技術是QR碼。具體步驟如下。

第一步：通過查閱資料，了解QR碼基本結構。QR碼的符號是由正方形模塊組成的，屬于一個正方形的陣列。筆者通過展示QR碼符號結構讓學生了解所用的二維碼編碼技術，為接下來的編碼和譯碼環節打好基礎。

第二步：學習QR碼編碼解碼設計技術。在編碼環節，教師要求學生去尋找各種校園植物的信息，包含文字信息以及圖像信息，并通過QR碼生成一張二維碼圖片，當使用APP去掃描二維碼時就能夠及時地得到相關的植物信息。譯碼的環節主要是用手機的內置攝像頭來實現二維碼的掃描以及解碼功能。

第三步：教師提問，了解學生學習情況。教師進行如下提問，總結譯碼過程中主要使用的函數。

①攝像頭管理類_________（CameraManager），它主要用來__________（控制攝像頭的打開和關閉）；

②用于實現camera的回調接口_______（PreviewCallback）；

③（InactivityTimer）______類控制相機，目的在于如果采集信息失敗則退出；

④（ViewfinderView）________類就是看到的二維碼的掃描框，（Viewf inderResult-PointCallback）__________類的作用是當發現可能點時，加入到ViewfinderView的vector中。

（2）循序漸進，分組設計“校園植物識別”系統

第一步：QR碼的展示以及二維碼掃描界面分析。

第二步：認識溫濕度傳感器。土壤濕度傳感器，主要用于檢測土壤的水分是否達標；土壤溫度傳感器，用于測量溫度。水泵可直接放入水中使用，實現抽水效果；舵機可轉動角度，控制澆水角度。

第三步：了解植物識別灌溉系統（如圖1）。

圖1 植物灌溉系統

（3）數據采集及分析，進行系統分析

第一步：數據采集。掃描二維碼可顯示該植物在本周的土壤濕度、溫度的基本信息，判斷土壤濕度大于17%且小于44%是適宜范圍，溫度在20℃和22℃之間是適宜范圍，根據數據分析判斷是否需要灌溉，數據采集結果如下頁圖2所示。

圖2 數據采集

第二步：數據分析。學生通過SPSS軟件對上階段收集的數據進行分析，得出在一星期內土壤的濕度和溫度的平均值，進而對植物的生長基本情況有了一定的了解。

第三步：系統分析。本次校園植物識別系統，在數據分析模塊，記錄了在一周內校園植物的溫濕度情況，同時計算得出在一周內溫濕度的平均水平，得出一周內溫度的平均水平在20.79℃，土壤濕度在24.86%，總體上校園的植物生長情況有一個十分良好的環境。

4.教學總結

在本次“校園植物識別”主題的學習中，使用到了很多編程庫中的函數，這些不同的庫函數可以在需要的時候進行直接的調用，這對學生的編程思維有一定的鍛煉。除此之外，通過溫濕度傳感器可以及時地采集植物的生存情況，進而判斷是否需要對植物進行灌溉，提升了學生使用科學技術解決生活問題的信心。學生在了解學科知識的同時，感受到科學知識的魅力，這正是跨學科教學應該達到的效果。

●跨學科教學思考

跨學科教學是與培養學生的核心素養緊密相聯的。跨學科主題教學是培養創新型人才的重要教學模式，能為創新思維奠定基礎，同時有利于信息科技核心素養培養的落地。例如，本次教學筆者選擇的主題是“校園植物識別”，它屬于傳統學科中的生物學科，這個主題的選擇可以很好地為信息科技學科培養核心素養服務。學生在了解校園植物信息的時候，能夠通過掃描二維碼及時知道想要查詢的植物信息，這是培養學生信息意識的一種方式。同時，數字化學習及創新在本次主題教學中也有很好的體現，筆者將植物信息集成放到二維碼中，這正體現了一種數字化學習方式以及在學習上的創新。另外，在編碼解碼的過程中包含了信息的解密加密，也能夠培養學生良好的信息社會責任意識，在不侵犯他人知識產權的同時保護好自己的勞動所得，做新時代具有信息社會責任的數字公民。

在未來的教育中，不同學科之間的融合是需要關注的重點，教師應致力于將信息技術教育滲透到各個基礎學科中去，讓信息科技在不同學科中都能夠發揮強大的作用。