基于信息科技新課標的跨學科主題教學設計與實施
——以“在線數字氣象站”項目為例

朱宋煜 上海復旦五浦匯實驗學校

在飛速發展的信息時代，日益復雜的現實問題的解決往往超越了單一學科的知識和方法的范疇。因此，培養學生的跨學科思維能力成為各學科教學活動的重要目標。在20世紀80年代，美國學者Schumacher提出了“跨學科”的概念，即“教學活動應跨越學科界限，將課程的各個方面融合在一起，建立有意義的聯系，從而使學生在一個開放、真實的廣闊領域中進行學習”。

信息科技課程的主要目標是培養學生的科學精神和科技倫理，增強他們的自主控制意識，培養社會主義核心價值觀，樹立國家總體安全觀，以及提升他們的數字素養和技術技能。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）也強調了跨學科主題的重要性，并提供了相關的案例。然而，設計信息科技的跨學科主題學習活動并不僅僅是多學科知識和技能的簡單疊加。它需要以信息科技學科為核心，選擇一個恰當的主題，在其他不同學科知識之間尋找并建立有意義的聯系，以此構建更為系統的知識網絡。這種方法不僅有助于提高學生的跨學科思維能力，還有助于他們對各學科的深入理解和綜合應用。

●基于學科核心素養選擇跨學科主題

學科核心素養是學科教學的基礎和出發點。在信息科技課程中，這些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。這四個核心素養相互補充，共同指向的目標是提升學生的數字化素養。因此，在選擇跨學科主題時，必須考慮到其與學科核心素養培養的關聯性。

跨學科主題教學是培養創新型人才的關鍵教學模式，它能為創新思維的發展奠定基礎，并有助于實現信息科技核心素養的實際運用。例如，“在線數字氣象站”這一主題關聯天氣，其在傳統學科中屬于地理和生物科學的研究范疇。而現代社會對氣象站的需求不再僅僅是記錄和獲取數據，還需要預測未來的氣候情況，這就需要具有跨學科的知識和能力。

首先，在收集各類數據的過程中，可以有效培養學生的信息意識，讓他們在處理不同類型的數據時，具備敏銳的觀察力和分析能力。其次，在數據分析處理的過程中，可以通過如計算一段時間內的最高溫度或每日的溫差等活動，鍛煉學生的計算思維，其中包括數據抽象和計算模型的應用。再次，通過學習和使用各種傳感器模塊以及數據傳輸設備，可以激發學生的數字化學習和創新意識。最后，將收集好的數據及時傳送給系統，使教師和學生能夠及時了解天氣情況，這也有助于培養學生的信息社會責任意識。

●設計跨學科主題案例

1.主題分析

根據對跨學科主題教學和新課標的理解，筆者選擇“在線數字氣象站”作為實施的主題。氣象站為我們的生活提供了關于天氣的各類數據，如空氣溫度、濕度及污染指數。然而，傳統的數據采集過程需要大量的人力和物力，而且數據的時效性和準確性有所欠缺。因此，“在線數字氣象站”的出現成為社會發展的必然趨勢。它采用物聯網、大數據技術與氣象站數據采集相結合，減少人力資源的使用，實現數據的實時收集、服務器匯總和處理，從而形成一套完整的數據分析系統，大大提高了數據的準確性和分析效率。

2.目標設計

通過“在線數字氣象站”主題學習，達到以下目標：①了解數字氣象站；②掌握數字氣象站的基本組成；③學習采集、傳輸和分析實時氣象數據的技能；④掌握登錄氣象站查詢、分析氣象數據的能力；⑤能進行氣象數據的進一步分析與應用研究。

3.過程設計

（1）感知發展歷程，體悟信息技術優勢

學生通過書籍、網絡等渠道查閱資料，了解氣象站的發展歷程。在這個過程中，學生可以深入理解從手持設備到現代傳感器的變遷過程，以及現代信息技術如何優化數據采集和處理流程。

（2）觀察工具使用，思考傳感器的工作原理

學生觀察各類傳感器（如風力傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器等），并嘗試將風力傳感器與計算機設備連接，通過對比風力變化與數據變化，深入理解傳感器功能模塊的工作原理。

（3）實踐操作，理解數據處理的全過程

本環節旨在讓學生了解在線數字氣象站如何利用科技手段完成信息收集、傳輸以及分析的各個階段，以及這些階段之間的關系。在分組合作的過程中下，每個小組負責一種類型的數據測量，熟悉在數字氣象站中使用的各種傳感器設備。最后，將各小組的模塊整合，對數據進行匯總和分析，并通過校園廣播站將信息傳播給全校師生。具體流程如圖1所示。

圖1

（4）引導學生整理分析各項氣象數據

引導學生利用數據分析軟件，根據某市10月前10天的數據（如圖2），計算出最高溫度平均值、最低溫度平均值、每日溫差，以及風向出現的頻率等。這一步驟將深化學生對數據分析處理的理解，讓他們親身體驗如何通過計算機軟件極大地提升數據分析處理的效率。

圖2

（5）多元化評價，動態提升學習效果

通過學生反饋及教師評估，強化評價的多元化，促進學生學習效率的提升。

●以跨學科教學策略提升信息素養

1.針對認知水平，提升學生的信息意識

依據心理學家皮亞杰的理論，兒童的認知發展可被劃分為四個階段：感知運算階段、前運算階段、具體運算階段以及形式運算階段。在不同的發展階段，孩子對周圍世界的理解有所差異。因此，教師在組織教學時需要根據學生的認知發展水平來組織。例如，7～11歲的孩子處于具體運算階段，對應小學1～3年級的學生。在提升他們的信息意識時，可以讓他們觀察生活中信息科技的便利性，如掃碼支付、二維碼點餐等。

2.解決實際問題，培養學生的計算思維

為跟上現代社會的快速發展，教學中必須提升學生的計算思維。這是一個漫長的過程，并不是一蹴而就的。在智能時代，信息技術教育應追求概念理解的“深度”，而非概念數量的“廣度”。計算思維是一種每個人都需要掌握的思維技能，我們要在學習過程中深化認知，磨練素養。在跨學科教學中，教師需要知道如何將計算思維融入學科教學中。面對學生在學習中遇到的難題，應引導他們用計算思維輔助解決問題。

3.跨學科教學，融入數字化學習和創新

數字化學習和創新包括適應數字環境，利用數字資源和工具，提升終身學習效率和生活幸福感，開展創新和協同創新。在跨學科教學中，教師應有意識地培養學生利用各種數字資源和工具，提升生活效率。例如，在本研究中使用的在線數字氣象站，學生使用了許多數字化工具進行天氣數據的分析。通過實踐操作，可以提高學生對數字工具的使用能力和創新能力。

4.了解信息社會的責任，做合格的新時代公民

在傳統的學科教學中，教師只是向學生傳授相應的學科知識。但隨著跨學科教學的引入，可以在各學科教學中融入更多的信息科技知識。在這個過程中，教師需要關注學生的信息社會責任意識，教育學生正確使用信息科技，避免違法犯罪，同時，在日常生活中保護個人信息，不在公開場所泄露個人信息，將學生培養成為具有信息社會責任意識的新時代數字公民。

●結語

教育的最終目標是讓學生能自信、負責任地生活在新時代，并有賦能社會的能力。這一目標不僅依賴于對技術能力的掌握，更重要的是轉變學生的思維方式，讓他們將創新融入生活，運用數字化思維去解決問題。因此，在信息科技教學中，教師不僅要讓學生掌握信息科技的使用技巧，還要能理解其背后的邏輯，適應數字化時代的發展。同時，在加強信息科技教育的同時，為實現數字中國、網絡強國、智慧社會培養更多適應新時代的高素質人才。