初中信息科技課程跨學科教學實踐探索

摘 要：2022年版《義務教育信息科技課程標準》強調了跨學科學習的重要性，跨學科教學怎么跨，如何跨？對初中信息科技“智能音樂盒的設計與制作”一課進行研究，探討以信息科技學科人工智能課程為基本學科，與音樂、美術、綜合實踐等學科協同教研備課共同開展的跨學科項目式教學。通過實踐發現這種教學模式有助于提高學生的核心能力和高階思維，但在實施過程中需要注意跨學科的真正目的和教師的協同教學。

關鍵詞：信息科技;跨學科;項目式學習;核心素養

2022年，“雙新”提出后，初中信息技術課程成為國家正式課程并改名信息科技，有了九年一貫制的課程體系。初中信息科技課程具備了基礎性、實踐性和綜合性，學科目標是培養學生科技倫理、科學精神、社會主義核心價值觀，提升學生自主意識，樹立信息安全觀，提高數字作品創作素養與技能。在新《義務教育信息科技課程標準》中，明確規定了跨學科學習和實踐活動應占據10%的課程時間[ 1 ]。這與信息科技課程改革重素養的目標相吻合。通過真實的任務情境，鼓勵學生在信息人工智能數字化環境中學習、實踐與創新。

1 跨學科項目式學習教學設計研究

信息科技學科的核心素養是：信息意識、數字化學習與創新、計算思維、信息社會責任，教學目標是提高學生的高階思維和在這四個方面的能力[ 2 ]。音樂、美術、綜合實踐等學科的核心素養主要包括欣賞審美、藝術表現、創新實踐、文化理解、技術意識、工程思維。圍繞信息科技學科和這些學科的核心素養開展的“智能音樂盒的設計與制作”跨學科項目式教學設計如圖1所示[ 3 ]。

“智能音樂盒的設計與制作”項目的背景是來自學校三十周年校慶，讓學生制作校慶文創品智能音樂盒這樣一個真實情境的任務。該項目式學習讓學生從設計簡單的校慶文創品音樂盒到設計智能音樂盒到設計獨一無二的智能音樂盒，最后小組展示分享作品。

在信息科技人工智能學科內容方面，初一年學生已經學習威勝人工智能語音識別套盒中LED燈、按鈕、蜂鳴器、揚聲器、傳感器等部分硬件及其組裝方法，學習了順序、循環、選擇三大結構編程語句，學習了語音識別的基本原理。本節課以項目式教學設計課程內容，讓學生設計制作智能音樂盒。本節課既是前面知識的鞏固又為今后學生利用人工智能技術創造性地解決實際生活問題，創作出更多的語音識別原創作品，起到了承前啟后的作用。在文創作品的創作上需要學生以小組為單位來完成任務進階挑戰。在音樂方面，學生已學過歌曲的高中低音頻，對歌曲節拍的計算方法已有初步理解。然而，怎樣將歌曲的頻率節奏與人工智能設備的編程相結合是一個新的內容。在美術和綜合實踐方面，學生會繪制簡單的圖像，但是在遵循作品設計的原則下設計并繪制一個人工智能作品的外觀并將創意物化，還需要進一步學習。

基于以上學生的學情，在學習過程中，教師可以鼓勵學生進行團隊合作，每個小組成員都可以負責一部分工作，例如一部分人負責音樂設計，一部分人負責美術外觀設計，一部分人負責創意物化積木搭建，一部分人負責計算機AI編程等。通過這種方式，學生不僅可以學習到音樂、美術、綜合實踐等學科知識，還可以學習到團隊合作和項目管理的技能。

此外，教師還可以引導學生進行創新性思考，例如讓學生思考如何改進現有的音樂盒設計，或者如何將音樂盒應用到其他領域等。通過這種方式，學生可以更好地理解和掌握跨學科的知識，同時也可以提高他們的創新能力和解決問題的能力。

2 跨學科項目式學習教學實踐探索

2.1 素養導向，生活情境真實需求

信息科技教師：以校慶三十周年為背景，學校校歌《還是那個夢想》為內容，校慶文創品智能音樂盒的創作為任務，邀請學生參加原創品設計與創作，引出本節課題——《喜迎校慶 唱響校歌 智能音樂盒的設計與制作》。

問題一：歌曲簡譜中音調與蜂鳴器頻率的關系是什么？節拍與延時時間之間的關系是什么？信息科技人工智能的課本里沒有相關知識，要詢問音樂教師，在音樂學科中尋找知識解答。（學科知識第1次輪換）

音樂教師：向學生講授簡譜中的音調，高音、中音、低音，介紹節拍表示各個音調的時間比例的計算方法。

2.2 借助AI，智能編程巧妙創作

（1）初探AI——器材拼搭與編程

任務一（初級設計師任務）：制作一個按鈕加蜂鳴器的智能音樂盒，音調部分的編程（學生可以完成），附點音符和連音線的節拍部分（學生無法完成）。

問題二：智能音樂盒連接方法及編程，信息科技學科人工智能知識。（學科知識第2次輪換）

信息科技教師：講授威盛人工智能語音識別套盒中節拍延時的計算及編程方法，讓學生操作練習。（完成任務一）

問題三：什么是附點音符和連音線？附點音符和連音線的節拍時間如何計算？請音樂教師講解。（學科知識第3次輪換）

音樂教師講授附點音符和連音線的含義，節拍時間的計算過程。教師分發紙質版“學習加油站”的輔助內容，學生分組完成任務。隨即引出任務二（中級設計師任務）：設計語音識別加蜂鳴器的音樂盒（學生只能完成部分）。

（2）再探AI——語音識別

問題四：語音識別的原理是什么？如何編寫程序？（學科知識第4次輪換）

信息科技教師：通過播放視頻等方法向學生介紹人工智能語音識別的原理。引導學生掌握AI語音識別編程的三段重要的語句。①聽見語音，初始化語句。人工智能設備工作前的準備階段，它內部的所有圖形塊程序，在開始工作前優先執行，并且只執行一次，不參與任何循環; ②識別語音，聲音偵測語句。判斷是否偵測到聲音，如果偵測到聲音，就對聲波進行分幀并使用解碼器處理。如果有符合初始化中設置的命令語句，將會自動生成對應的識別號;③執行命令，判斷語句。條件成立或表達式匹配，按照要求執行程序。

在教師的指導下，學生完成任務二。通過親歷實踐體驗，學生能分析出AI語音識別作品智能化的特點。

2.3 共享平臺，攜手合作共同收獲

任務三（高級設計師任務）：設計制作語音識別加Micro SD卡的智能音樂盒。

信息科技教師：介紹小組團隊合作的兩種形式：①共同完成主要器材的拼搭及程序的編寫;②每個成員完成不同的部分，最后整合成一個作品。要求學生選擇效率更高的合作方式開展合作學習。

教師指導學生以小組合作的形式，共同完成任務三。完成任務的過程中可以借助平臺上的資源加強學習，并將自己的操作方法和作品等實時分享到教學輔助IT-tools平臺。

在學生作品設計完成后，分小組上臺進行作品設計展示交流，其他學生用IT-tools平臺系統進行投票，對選出的優秀作品小組獎勵。

2.4 分析AI，發揮想象力促創新

信息科技教師：如何設計獨一無二的智能音樂盒？還可以運用哪些AI設備及技術？學生圍繞問題暢所欲言，大膽創意。

問題五：AI作品設計要遵循什么原則？如何將創意物化？（學科知識第5次輪換）

綜合實踐教師：AI作品設計與其他普通作品一樣，應注重從美觀性、創新性、經濟性、實用性、道德性、技術標準以及可持續發展性這幾個原則相結合設計，在作品展示交流評價的時候也要能從設計的一般原則來進行。創意物化的步驟首先根據設計選擇收集外觀器材，再進行創作。如果掌握AI積木的特點，可以用AI積木比如梁孔類、十字軸、插銷、連接件、裝飾面板等拼搭作品外觀。作品創作的時候要注意考慮部分與整體、上與下，內與外等的層次順序關系。

教師組織學生討論交流，最后總結本課，升華主題：AI作品是人類想象力和創造力的杰作，創意物化一定要遵循原則。這些原則對于建立一個可信賴、可持續和具有吸引力的作品至關重要。教師要培養學生正確的學習態度及數字智能時代價值觀。

3 跨學科項目式學習教學反思啟發

本次跨學科項目式教學內容結束后，通過發放師生問卷調查來評估教學和學習的效果。調查結果反饋師生都非常喜歡認可這種跨學科項目式教學。采用項目式教學模式確實能幫助學生提高核心素養。在實際的教學xO0tN9tT1bPzDHRU646YYuBO16WDWIVJF3VhI+14GWg=過程中，需要特別注意以下兩個方面：首先，教師在實施跨學科項目教學時需要確保教學內容的整合性和一致性。由于項目學習涉及多個學科，教師需要將各門學科的知識融合在一起，形成一個有機的整體。這就需要教師具備跨學科的知識和能力，能夠將不同學科的理念和概念有機地結合起來。同時，教師還需要確保教學內容的一致性，即不同學科之間的知識在項目中能夠有機地銜接和交叉應用，避免出現知識的割裂和孤立。

其次，項目學習中需要重視學生的主動性和合作性。在傳統的信息科技講練教學模式中，教師是知識的傳授者，學生則是被動的接受者。而在項目學習中，學生需要扮演更加主動和積極的角色，參與到項目的設計、實施和評估中。因此，教師需要引導學生發展自主學習和合作學習的能力，培養他們的問題解決、團隊合作和創新思維能力。此外，教師還需提供適當的支持和指導，確保學生在項目學習中能夠充分發揮自己的潛力和能力。

綜上所述，在實施跨學科項目教學時，教師應注意教學內容的整合性和一致性，同時重視學生的主動性和合作性。只有從這兩個方面著手，才能真正提升學生的核心能力和綜合素養。

跨學科項目式教學在整個學習過程中融入了豐富的實踐和社會情境，將學校教育與社會需求有機地結合起來。學生通過參與真實的項目實踐活動，將課堂知識應用到實際中，從而獲得更深入的學習和體驗。在教學中，教師需要及時跟蹤學生的學習進展，同時靈活引導學生的思維發展，實現有意義學習的持續發展，為學生終身學習打下堅實基礎[ 3 ]。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：8.

[2] 葉華榮. 跨界創新，智慧共生：基于信息技術的項目式學習實踐探索[J]. 新教育，2021（7）：29-30.

[3] 曹徐豐，朱聿銘.基于生成式人工智能的跨學科教學設計與實踐：以“人人都是藝術家”項目式學習為例[J].中國信息技術教育，2023（18）：72-74.