新課標(biāo)背景下信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)實(shí)踐研究

摘要：本文以“制作遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)”為例，闡述了如何通過跨學(xué)科主題教學(xué)實(shí)踐有效提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。此教學(xué)過程不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探索未知的熱情，還通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，有效促進(jìn)了知識的遷移與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科主題教學(xué)；物聯(lián)網(wǎng)；信息科技；新課標(biāo)

中圖分類號：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0069-05

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》提出“義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)要優(yōu)化課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，設(shè)立跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)，帶動(dòng)課程綜合化實(shí)施，強(qiáng)化實(shí)踐性要求”。[1]針對此要求，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中提出了向世界介紹我的學(xué)校、無人機(jī)互聯(lián)表演、在線數(shù)字氣象站、人工智能預(yù)測出行、未來智能場景暢想等跨學(xué)科主題內(nèi)容。[2]

信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)的必要性

“跨學(xué)科主題教學(xué)”是在保持學(xué)科特色的同時(shí)，打破學(xué)科界限，圍繞特定主題整合多學(xué)科內(nèi)容，通過中心主題指導(dǎo)教學(xué)全過程，并采用問題導(dǎo)向的方法，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的教學(xué)理念與實(shí)踐。在信息科技課程中，跨學(xué)科主題教學(xué)具有重要的意義。[3]首先，跨學(xué)科主題教學(xué)能夠拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，讓學(xué)生從多維度深層次地探索與掌握知識。其次，跨學(xué)科主題教學(xué)能夠激勵(lì)教師不斷地去學(xué)習(xí)新的知識，有助于提升教師團(tuán)隊(duì)的專業(yè)素養(yǎng)與知識儲(chǔ)備能力。最后，跨學(xué)科主題教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生能夠在解決實(shí)際問題的過程中鍛煉自己的思維能力、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而全面提升自己的綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)實(shí)踐

筆者所在學(xué)校校園內(nèi)植物種類繁多，且每間教室都有學(xué)生精心照料的綠植。因此，筆者構(gòu)想以“智慧農(nóng)業(yè)”為核心主題，設(shè)計(jì)一場跨學(xué)科的信息科技教學(xué)活動(dòng)。通過融合信息技術(shù)、生物等多學(xué)科知識，讓學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的發(fā)展，同時(shí)，在實(shí)踐中培養(yǎng)他們的觀察力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、數(shù)據(jù)分析能力以及跨學(xué)科綜合素養(yǎng)。可以將智慧農(nóng)業(yè)主題細(xì)分為多個(gè)小項(xiàng)目，如智能補(bǔ)光系統(tǒng)、智能灌溉系統(tǒng)、智能施肥系統(tǒng)等。下面，筆者以“制作遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)”為例，進(jìn)行具體剖析。

1.案例背景

筆者所在學(xué)校有一個(gè)小型農(nóng)場，里面種植著許多農(nóng)作物，其日常養(yǎng)護(hù)工作由學(xué)生自主承擔(dān)。由于農(nóng)場的管理較為煩瑣，學(xué)生提議將農(nóng)場升級為智慧農(nóng)場。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研與走訪，學(xué)生發(fā)現(xiàn)農(nóng)場目前面臨的最大挑戰(zhàn)在于“如何有效管理灌溉”。因此，本案例將開發(fā)植物的遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)作為智慧農(nóng)場建設(shè)的第一步，這樣既能確保植物能得到適當(dāng)?shù)乃肿甜B(yǎng)，又能減輕學(xué)生的管理負(fù)擔(dān)。本學(xué)期學(xué)生正在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)知識，這為將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用提供了很好的契機(jī)。

2.學(xué)情分析

本次授課對象是七年級的學(xué)生，他們好奇心旺盛，渴望探索新知。學(xué)生了解了物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)、行空板使用及Mind+編程，并在生物實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出觀察力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等素養(yǎng)，因此有能力勝任本案例的挑戰(zhàn)。然而，物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)新興技術(shù)，學(xué)生對其的認(rèn)知往往僅停留在概念理解的層面，他們?nèi)菀谆煜锫?lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的概念，同時(shí)缺乏足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)困難在于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨學(xué)科性和復(fù)雜性。此外，初中生在硬件搭建與編程實(shí)踐中可能會(huì)遇阻，需加強(qiáng)實(shí)踐技能培訓(xùn)。

3.學(xué)習(xí)目標(biāo)

①理解物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)（感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層），并清楚每一層在遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)中的作用。（計(jì)算思維）

②通過搭建遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)探索物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等基本功能。（計(jì)算思維）

③體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的便捷，樹立運(yùn)用信息科技造福人類的價(jià)值觀。（信息意識、信息社會(huì)責(zé)任）

④通過制訂并實(shí)施方案、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等科學(xué)探究方法，解決真實(shí)情境中的問題，初步形成基于證據(jù)與邏輯的思維習(xí)慣。（科學(xué)思維、探究實(shí)踐）

4.實(shí)施過程

本案例融合了生物實(shí)驗(yàn)知識與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)，應(yīng)提前分析學(xué)生的現(xiàn)有知識水平和學(xué)習(xí)能力，以便達(dá)到更好的教學(xué)效果。本案例具體的教學(xué)實(shí)施流程如上頁圖1所示，具體課時(shí)規(guī)劃如上頁表1所示。

（1）信息科技與生物之間的跨學(xué)科整合策略

為了構(gòu)建遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)，首先需要獲取植物的水分需求，要求學(xué)生能科學(xué)設(shè)定土壤濕度閾值。在與生物教師的深入交流中得知，在設(shè)定閾值的過程中，不能直接照搬文獻(xiàn)中推薦的土壤濕度范圍，因?yàn)檫@些結(jié)論是基于特定環(huán)境條件得出的。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必須通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這些數(shù)據(jù)。只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相符時(shí)，這些數(shù)值才能被采納應(yīng)用。這一過程不僅能加深學(xué)生對植物生長內(nèi)在機(jī)制的理解，還能為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

文獻(xiàn)研究表明，番茄苗對土壤水分的變化表現(xiàn)出高度的敏感性。因此，本案例采用番茄苗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究適合番茄苗生長的最佳土壤濕度范圍。本實(shí)驗(yàn)通過六個(gè)活動(dòng)推進(jìn)，這個(gè)活動(dòng)分別是前期調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、小組分工、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如上頁表2所示。經(jīng)過為期3周的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對比了不同小組在不同土壤濕度條件下培育的番茄苗。實(shí)驗(yàn)前后的對比圖清晰地展示了番茄苗的生長狀況。實(shí)驗(yàn)的總負(fù)責(zé)人對各小組收集的數(shù)據(jù)包括葉片數(shù)量、莖干分支數(shù)量以及植物高度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了詳盡的可視化分析。這些數(shù)據(jù)的分析結(jié)果以圖表形式呈現(xiàn)，進(jìn)一步揭示了番茄苗的生長趨勢，如上頁圖2所示。通過分析，學(xué)生得出了初步的結(jié)論：適合番茄苗生長的土壤濕度范圍為60%～80%。

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不僅能掌握生物實(shí)驗(yàn)從前期準(zhǔn)備到最終數(shù)據(jù)分析的每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，還能初步構(gòu)建以實(shí)證為基礎(chǔ)、邏輯為導(dǎo)向的思維模式，完美契合生物學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與邏輯思維能力的核心教學(xué)目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生能得出適合番茄苗生長的最佳土壤濕度范圍，這一成果直接回應(yīng)了實(shí)驗(yàn)初期的核心問題“如何判斷植物需要澆水”。基于此結(jié)論，當(dāng)檢測到番茄苗的土壤濕度值低于該臨界值時(shí)，便能觸發(fā)自動(dòng)灌溉機(jī)制，確保番茄苗得到適時(shí)的水分滋養(yǎng)。

（2）遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)原理梳理過程

在之前的磨課中，筆者意識到直接呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原理及程序流程圖的方式，雖然能讓學(xué)生快速獲取知識，但卻限制了學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，導(dǎo)致小組在項(xiàng)目執(zhí)行的過程中缺乏討論與思考。為了改善這一狀況，筆者對教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了如下優(yōu)化：

首先，在教學(xué)中采用問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)策略。通過一步步提出問題引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行思考，如在各小組思維碰撞的過程中逐漸理解遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)的原理，這一過程有助于學(xué)生知識框架的搭建，還能培養(yǎng)學(xué)生分析并解決問題的能力。

接著，鼓勵(lì)學(xué)生小組之間進(jìn)行合作，完成程序設(shè)計(jì)流程圖的繪制（如圖3）。在此期間可能會(huì)存在一些問題，如部分學(xué)生不熟悉流程圖的繪制技巧或難以有效梳理思路。教師可以細(xì)心觀察各小組的進(jìn)展情況，及時(shí)為遇到困難的學(xué)生提供指導(dǎo)與講解。

由于初中生已具備良好的自主學(xué)習(xí)能力，所以在硬件搭建階段教師承擔(dān)指導(dǎo)者的角色，可提前為學(xué)生提供硬件操作說明書作為輔助資源，讓學(xué)生在搭建遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)的過程中，習(xí)得新的知識。[4]

信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)實(shí)踐的思考

1.創(chuàng)設(shè)沉浸式真實(shí)情境，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)代入感

新課標(biāo)背景下的真實(shí)情境教學(xué)，不僅強(qiáng)調(diào)情感體驗(yàn)還強(qiáng)調(diào)思維發(fā)展，不僅將情境作為課堂教學(xué)中的某一環(huán)節(jié)還將其貫穿教學(xué)始終。[5]在跨學(xué)科主題教學(xué)中，情境教學(xué)不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，讓學(xué)生主動(dòng)投入到對知識的探索中，還能促進(jìn)學(xué)生對復(fù)雜知識體系的理解并且有能力將此遷移到日常生活中，進(jìn)而訓(xùn)練學(xué)生的跨學(xué)科綜合思維能力。

2.如何在跨學(xué)科主題教學(xué)中體現(xiàn)本學(xué)科的核心地位

起初，筆者分配了大量課堂時(shí)間來詳細(xì)講解生物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識，并用半節(jié)課的時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果分析。顯然，這樣的安排過于偏向生物學(xué)科，沒有彰顯信息科技學(xué)科的核心地位。通過與生物教師的溝通，了解到了學(xué)生已具備良好的生物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能。因此，筆者調(diào)整了教學(xué)策略，將實(shí)驗(yàn)操作以及結(jié)果分析放在課后，在課堂上則更多地聚焦于信息科技的應(yīng)用，提升了信息科技學(xué)科的主體地位。

3.案例存在的問題及思考

在生物實(shí)驗(yàn)的過程中，在采用土壤濕度測量儀監(jiān)測土壤濕度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)果偏差的風(fēng)險(xiǎn)。這主要由兩個(gè)原因?qū)е拢孩賰x器本身存在精準(zhǔn)度與耐用性問題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)因?yàn)椴僮鞑簧鲹p壞儀器，影響測量準(zhǔn)確性；②操作過程不當(dāng)，如未將土壤濕度測量儀埋入土壤至少3厘米，或等待的時(shí)間過短等，均可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。為提高測量的精準(zhǔn)性與操作的便利性，未來可探索采用土壤濕度傳感器結(jié)合LED顯示屏的方案，實(shí)現(xiàn)濕度值的直觀顯示。當(dāng)然，該方案也要求學(xué)生定期檢查傳感器的供電狀況，確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語

本文以“制作遠(yuǎn)程自動(dòng)澆灌系統(tǒng)”為例，證實(shí)了信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)在提升學(xué)生綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力方面的有效性。開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)他們在真實(shí)情境中的知識應(yīng)用，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生的計(jì)算思維和團(tuán)隊(duì)合作能力。盡管本項(xiàng)目主題在實(shí)施中遇到了一些挑戰(zhàn)，但所獲取的經(jīng)驗(yàn)也為筆者未來的教學(xué)提供了改進(jìn)的方向。

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