信息科技與科學跨學科主題學習路徑研究

在知識經濟時代背景下，學科融合與交叉現象日益顯著，培養學生的綜合素養與跨學科能力已成為教育的重要目標。義務教育階段的課程改革著重突破學科界限，推動學生整合和應用知識，提升其解決實際問題的能力。信息科技與科學學科作為與現代社會發展緊密關聯的領域，具有顯著的實踐性與綜合性特征。因此，探索二者的跨學科主題學習路徑具有重要的現實意義。跨學科主題學習有助于學生更深人地理解與應用知識，培育創新思維與實踐能力，為他們未來的學習與生活奠定堅實基礎[1]

一、理論基礎與實踐背景

（一）政策與課程標準要求

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》強調該課程的基礎性、實踐性和綜合性，要求以數據、算法、網絡等邏輯主線組織教學，同時倡導設置“跨學科學習主題”，通過項目式學習強化課程協同育人功能。該課程旨在培育學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新能力以及信息社會責任。《義務教育科學課程標準（2022年版）》聚焦科學觀念、科學思維、探究實踐及態度責任的核心素養培養[2]。兩個學科的目標具有一致性，為開展跨學科主題學習提供了堅實的政策支持與理論依據。跨學科主題學習能夠促進學生在不同學科知識的交融中深化理解、提升應用能力，進而發展綜合素養，契合新時代對人才培養的要求。

（二）學科融合的必要性

信息科技與科學學科在知識體系上存在多重交叉。科學實驗的數據采集與分析需要信息技術的支持。如傳感器、數據分析工具等技術手段能夠幫助學生更準確、高效地獲取和處理實驗數據，從而得出可靠的科學結論。同時，信息科技的算法設計也需要依賴科學邏輯，如控制變量法、實驗驗證等，科學思維為算法的合理性和有效性提供了保障。此外，信息科技的進步也為科學研究提供了新的方法和手段，如模擬實驗、大數據分析等，有力地推動了科學研究的深人發展。兩個學科的實踐性與綜合性特點，為二者的深度融合提供了可能性。通過跨學科主題學習，學生能夠在信息科技實踐中深化對科學知識的理解，并在科學探究過程中提升信息科技的應用能力，從而促進學科間的協同增效。

二、跨學科主題學習路徑設計

（一）真實情境驅動的項目式學習

1.核心理念

真實情境驅動的項目式學習以貼近生活的真實問題為導向，引導學生整合信息科技與科學學科的知識解決實際問題。這種學習方式能夠激發學生的學習興趣和主動性，使他們在解決問題的過程中深刻體會到學科知識的實用價值[3。

2.實施步驟

第一步：選題與驅動性問題設計。選題是項自式學習的關鍵環節，需要結合信息科技與科學學科的知識，選擇具有實際意義和挑戰性的問題。例如，“校園溫度濕度監測與優化”項目要求學生探究如何利用物聯網傳感器采集數據、分析數據規律，并通過編程設計智能調控方案[4。該選題既與學生的校園生活密切相關，又涵蓋了信息科技領域的傳感器技術、數據分析和編程知識，同時涉及科學學科中的溫度濕度對植物生長的影響等知識。這個選題兼顧學生的實際生活和學科知識的融合，其依據是學生的興趣和學科知識的應用場景。

第二步：任務拆解與合作分工。在確定選題后，教師需要拆解項目任務，并根據學生的學科特長和興趣進行協作分工。在“校園溫度濕度監測與優化”項目中，學生分為科學組和信息科技組。科學組負責設計實驗方案、選定測量地點和時間、使用溫度計和濕度計等儀器記錄溫度濕度變化規律。信息科技組需要掌握傳感器操作技術、數據采集傳輸方法，并運用數據可視化工具（如Python繪圖）實現數據的分析和展示。這種基于學生特長和項目需求的分工模式，能夠充分發揮學生優勢，提升協作效率與學習成效。

第三步：跨學科知識整合。在項目實施過程中，學生需要融合信息科技與科學學科的知識。在“校園溫度濕度監測與優化”項目中，科學組需要理解溫度濕度對植物光合作用、呼吸作用等生理過程的影響機制，以及不同植物的溫度濕度適應范圍。信息科技組需要掌握傳感器的工作原理和編程技術，能夠對采集的數據進行處理和分析，并設計智能調控算法實現對溫度濕度的自動調節。跨學科知識整合作為主題學習的核心環節，其必要性源于學科之間的內在聯系和解決實際問題的需要，這種整合能夠提升學生對知識的理解和應用能力。

第四步：成果展示與反思。項目完成后，學生需要進行成果展示和反思。成果展示可以通過校內展評、社區應用等方式進行，以增強學生的成就感和自信心。反思環節要求學生系統梳理項目實施過程中的問題和不足，總結經驗教訓，為今后的學習和實踐提供參考。在“校園溫度濕度監測與優化”項目中，學生通過對數據的分析和對比，發現溫度濕度對植物生長的影響規律，并提出合理的建議和改進方案。同時，學生也會反思在項目實施過程中遇到的問題，如傳感器的精度問題、數據采集的誤差等，并提出相應的解決措施。成果展示與反思機制契合學習反饋原理與學生發展需求，通過持續迭代促進學生能力提升。

（二）學科邏輯主線貫通的教學設計

1.核心理念

以信息科技的六大邏輯主線（數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能）為框架，融入科學學科的內容，形成一個有機的知識網絡，這種設計能夠幫助學生梳理學科知識，建立知識之間的內在聯系，提升學生的系統思維能力。其理論依據在于信息科技的邏輯主線能夠為學科知識的整合提供一個清晰的框架，促進學生對知識的深度理解與結構化掌握。

2.實踐案例：“校園智能氣象站”項目設計

在初中信息科技與科學跨學科融合項目“校園智能氣象站”中，我們以信息科技的六大邏輯主線為框架，構建了一個完整且易于理解的知識網絡。

（1）數據主線。學生使用簡易傳感器自動采集校園環境數據。這期間學生需要像實驗室研究員那樣嚴謹：當濕度傳感器顯示異常時，他們會啟動預設的“復核程序”（如同重復科學實驗排除誤差）手動驗證數據。這種將科學課程內容“測量方法”與信息科技課程內容“數據清洗”結合的過程，讓學生深刻理解到“真實數據是科學分析的基石”。

（2）網絡主線。學生借助Wi-Fi模塊把氣象數據發送到班級共享的網頁平臺。在校園實地測試時，學生發現信號在經過水泥墻時強度驟降。這立刻引發了他們對物理課程中關于電磁波特性的討論：為什么雨水和混凝土會吸收信號？為什么信號在開闊的環境中傳輸最穩定？這些問題讓課本上的“電磁波衰減公式”變得鮮活起來。

（3）算法主線。學生用Excel軟件分析兩周積累的上千條數據。在繪制彩色折線圖后，他們清晰地認識到，“氣壓曲線跳水”與“濕度曲線攀升”總是伴隨暴雨降臨（地理課程中關于氣旋形成的知識在此處得到驗證），于是根據這個規律共同設計出風暴預警程序。

（4）人工智能主線。學生在圖形化平臺上傳本地氣象站記錄的數據，教會系統識別暴雨征兆：當氣壓驟降曲線配合云量增加時，系統會像經驗豐富的老人那樣預測“兩小時后有雨”。這種方式極大降低了學生理解人工智能運行機制的門檻。

（5）信息安全主線。為保護校園隱私，學生將氣象站GPS坐標轉化為教學樓頂，并為數據平臺設置三級密碼權限。在物聯網安全這節討論課上，學生辯論“該不該向社會公開操場溫度數據”的議題。這種思考正是數字公民素養的萌芽。

（6）信息處理主線。該主線統合整個項目的實施流程，將前面五個主線無縫串聯。學生在項目中親歷了“采集一傳輸一分析一決策一反饋”的全流程：傳感器陣列如同感覺器官持續捕獲環境數據，數據經Wi-Fi網絡傳輸至云端后，系統通過閾值算法生成暴雨預警，并融合圖像識別實現智能預測，最終在嚴格的權限控制下輸出多形態成果。他們設計出信息分級呈現方案一一教師端可查看原始數據流與算法參數，學生端呈現動態可視化圖表，操場電子屏滾動顯示簡化的溫度濕度信息。這種將原始數據轉化為階梯式信息產品的過程，讓學生深刻理解到：信息處理的本質是對數據的價值提煉，正如在科學實驗中從雜亂現象歸納出自然規律。

（三）技術工具嵌入的實踐路徑

1.核心理念

以傳感器、編程等技術工具為橋梁，構建“觀察一設計一驗證”閉環。通過技術工具的應用，學生能夠更直觀地觀察現象、設計實驗方案并驗證假設，從而提高實踐操作能力和科學探究水平。這一核心理念的依據在于技術工具作為科學探究的關鍵支撐，能夠有效增強實踐過程的精確性與探究結果的可靠性。

2.實施示例

以“探究不同光照條件對光合作用效率的影響”為例，這一實驗案例清晰展示了技術工具如何在多方面賦能科學探究。

一是探究問題引入。在傳統的實驗教學中，學生的認知受限，提出的問題比較淺顯，如“光強一點好還是弱一點好”。利用傳感器等技術工具，學生可以獲得精準量化的多種參數。在教師的引導下，學生的探究可以從單一變量比較轉向多因素交互機制的深度思考，提出“光從弱到強變化時，光合作用的速度具體是怎樣的”“如果溫度也跟著光照變，兩者會如何對光合作用產生影響”等更具科學性和復雜性的問題，從而在問題生成的起點階段即實現認知層次的躍遷。

二是技術工具應用。為了探究不同光照條件對光合作用效率的影響，學生使用光傳感器與CO₂ 傳感器采集數據。光傳感器用于測量光照強度的變化， CO₂ 傳感器通過測量植物光合作用過程中 CO₂ 的吸收量間接反映光合效率的變化。學生還需要編寫程序實時監測并自動記錄環境參數的變化，如光照強度、溫度、濕度等。利用Excel或專業的繪圖軟件等圖表工具，學生分析光照強度與光合速率的關系，繪制光合速率隨光照強度變化的曲線。技術工具的選擇以問題情境的需求和學生的實踐能力為依據，旨在優化探究與分析過程。

三是跨學科整合。在探究過程中，學生需要將科學學科的知識與信息科技的技術應用有機結合。科學組的學生需要理解葉綠體結構與光反應機制，了解光合作用的基本過程、原理及光照條件對光合作用的影響機制。信息科技組的學生需要掌握傳感器的接口技術和數據反饋邏輯，確保傳感器采集到的數據準確地傳輸到計算機中，并進行有效的處理和分析。通過跨學科整合，學生能夠更深入地理解光合作用的原理，同時提高信息科技的應用能力，實現跨學科知識的深度融合[5]

三、跨學科主題學習評價體系的雙維建構

（一）核心原則

一是過程性評價。該評價聚焦學生在跨學科任務中的學習過程，包括學生的合作能力、探究能力和技術應用能力等方面。通過過程性評價，教師可以及時了解學生的學習情況，發現學生在學習過程中存在的問題和困難，并給予及時的指導和幫助[。過程性評價可以采用多種方式進行，如課堂觀察、小組討論記錄、學生作品評估等。采用過程性評價的依據是學生的學習過程對學習結果的重要性，及時的反饋和指導能夠幫助學生更好地改進和提高[7]。

二是素養導向評價。該評價關注跨學科學習中培育的核心素養，如科學探究精神、信息科技倫理意識等方面。科學探究精神包括提出問題、作出假設、設計實驗、進行實驗、分析數據、得出結論等方面的能力和態度。信息科技倫理意識包括數據隱私保護、知識產權保護、網絡安全等方面的意識和行為。評價載體包括實驗報告、研究論文及項自展示等。采用該評價是實現跨學科學習目標與核心素養培養的要求。

（二）實踐工具

首先，設計“跨學科能力檔案袋”。檔案袋系統地收集學生在跨學科學習中的作品與成果，如實驗記錄、程序代碼、反思日志及研究報告等。檔案袋的建立可為教師提供全面評價素材，同時通過學生自主整理與反思，促進他們的自我認知與發展。其設計基礎源于對學習過程與成果進行全景式記錄與評價的需求，為教學優化提供實證依據。

其次，從“科學理解”“技術實現”“批判思維”三個維度應用量規評分。“科學理解”維度主要評價學生對科學知識的理解和掌握程度，包括科學概念、科學原理、科學方法等方面的內容。“技術實現”維度主要評價學生對信息科技的應用能力，包括工具使用、編程技能、數據分析能力等方面的內容。“批判思維”維度主要評價學生的批判性思維能力，包括提出問題、分析問題、解決問題的能力，以及對科學知識和技術應用的反思和評價能力等方面的內容。應用量規源于對學習表現進行精準化評價的需求，可以使學生明確自己的學習目標和努力方向，提高他們的學習積極性和主動性。

四、結論與展望

信息科技與科學學科的跨學科主題學習是培養學生核心素養的重要途徑。通過“情境驅動、邏輯主線貫通、技術工具賦能”的實施路徑，學生能夠在真實情境中解決問題，整合學科知識，提高實踐能力和創新思維[8。本文基于理論探討與實踐案例，驗證了該路徑的可行性與有效性。

在未來的教育教學中，我們需要進一步探索“AI+X”的教學模式，深化人工智能技術與信息科技、科學及其他學科的融合，構建個性化學習體驗。同時，我們還應不斷完善評價體系，加強對學生核心素養的全面評價。除了關注學生的知識掌握和技能水平外，我們還應注重學生的情感態度、價值觀以及社會責任感的培養，利用多元化的評價方式，全面、客觀地評價學生的學習成果和綜合素質。

參考文獻

[1]陳春蓮.信息科技與人工智能為統領的科創教育教學模式研究[J].教育與裝備研究，2024（7）：62-68.

[2]葡彤.農村初中學生生物學學習內驅力提升的實踐研究[D].太原：山西師范大學，2023

[3]朱林，徐建華．人工智能賦能教師專業發展的審思[J].吉林省教育學院學報，2024（7）：17-23.

[4]鄧碩.面向創造力培養的初中開源硬件教學策略：“數字氣象站制作”為例[J].教育與裝備研究，2025（3）：49-53.

[5]鄧碩，孫敬.初中信息科技新課標落地的教學實踐：在線數字氣象站案例的探索[J].現代教育，2024（5）：22-25.

[6]閆相友.利用希沃交互平臺實現教學和管理多維發展[J].中國教育技術裝備，2024（15）：41-44.

[7]董艷，陳輝.生成式人工智能賦能跨學科創新思維培養：內在機理與模式構建[J].現代教育技術，2024（4）：6-16.

[8]鄧碩．蒙特卡洛法在培養學生計算思維中的實踐探索[J]．中國現代教育裝備，2024（16）：45-48.

（作者系北京市第三十五中學高級教師）

責任編輯：李媛