智能平臺支撐下的跨學科教學

張迪 李曉慶 李晴 和劍菲

跨學科教學可打破學科間的界限，引導學生運用綜合知識解決實際問題，促進學生全面發展。為貫徹落實教育部關于實驗教學與多學科融合教育的要求，培養更具創新精神和實踐能力的人才，北京師范大學未來教育高精尖創新中心與北京市通州區教師研修中心聯合開展深度合作，依托智能教育平臺“智慧學伴”，開展了實驗微課、評價量表研發與跨學科融合課堂研究。筆者圍繞“垃圾去向追蹤”的主題，基于化學、生物學、物理三科中“物質循環、元素守恒、能量守恒”概念間的聯系，進行了整合設計，緊跟熱點時事，引導學生解決垃圾分類及垃圾處理問題，在答疑解惑的同時也在增強學生的社會責任感。教師基于智能平臺的可視化數據，實現了精準教學。

一、智能平臺支撐跨學科教學的具體設計

智能平臺是教師、學生個性化教與學的有效載體。教師可充分利用智慧學伴上提供的資源及數據等內容，更快速、更準確地認識不同學科的知識（體系）并掌握學生的學習情況，有效實施跨學科教學。本節課主題為“垃圾去向追蹤”，教學流程如圖1所示。

（一）整體設計思路

2020年5月，《北京市生活垃圾管理條例》開始實施，筆者通過智慧學伴前測發現學生對于垃圾分類存在錯誤認識。教師設置多樣的教學活動，引領學生追蹤不同垃圾的去向，讓他們學習處理垃圾的方法，認識到正確進行垃圾分類的必要性。學生在追蹤廚余垃圾去向的過程中，認識化學、生物學、物理三科中“物質循環、元素守恒、能量守恒”概念間的聯系。教師引導學生利用多種學科知識，解答學生對于垃圾分類及垃圾處理問題的困惑，增強學生社會責任感，倡導知行合一，讓學生成為生活和學習的主人。

（二）教學具體環節解析

1.借助智能平臺前測，了解學生基本情況

為了調查學生對垃圾分類的認識情況，筆者借助智慧學伴平臺實施了前測1，設置了14道關于垃圾分類的題目;為了調查學生對垃圾處理方法的了解情況，實施了前測2，設置了兩道題。前測后，教師借助平臺進行數據分析，快速發現學生現階段存在的問題，使教學“有證可尋”，為接下來的精準教學提供充分且必要的依據。

2.融合多學科思想，解密廚余垃圾處理過程

教師讓學生閱讀《廚余垃圾大變身》，繪制流程圖，培養學生獲取信息、構建模型的能力，提高其科學思維能力。基于學生梳理的廚余垃圾處理主線，教師繼續引導，例如借助圖片和視頻讓學生對甲烷菌進行分析，體會微生物在自然界物質循環中的作用;介紹沼渣可以制成肥料，讓學生理解物質轉化的實質是基于化學的元素守恒;組織發電競賽，讓學生認識到熱能可以轉化為電能，理解什么叫能量守恒。

3.匯報垃圾處理方法，提高協作能力

教師組織學生利用課余時間分組調查“其他、可回收、有害垃圾處理”情況，培養學生自主學習、解決問題、合作交流的能力，使學生真正成為學習的主人，在真實情境中解決實際問題。

4.增強社會責任感，認識正確分類處理垃圾的意義

教師組織學生探究垃圾分類及處理的意義，使學生真正認識到“垃圾其實是放錯地方的資源”，重視垃圾分類、處理工作，從自身做起，積極解決社會熱點問題，增強社會責任感。

5.借助智能平臺后測，評估學生學習效果

課下，教師借助智慧學伴進行后測，分析后測數據，關注學生的進步和發展，評估教學目標達成度，評價教學效果。

二、跨學科教學案例分析

（一）結合學科特點優化目標設計

理化生三科研究方向不同，但也有共通之處，它們都是以實驗為基礎的自然科學。在學科核心素養方面，它們都是利用各自學科優勢，幫助學生拓展知識、加深理解的，以提高學生的應用能力和遷移與創新的本領。

例如，教師組織學生閱讀科普作品《廚余垃圾大變身》并繪制流程圖，提高了學生的模型建構能力;讓學生觀察顯微鏡下的甲烷菌（圖片），培養他們對微生物的觀察及分析能力;開展“手動發電對決外燃機發電”實驗活動，提高學生實驗操作及實際運用的能力。

教師引導學生基于物質循環（化學）、元素守恒（生物學、化學）、能量守恒（物理）三大概念，建立觀點、結論和證據之間的聯系，增強學生的證據意識，認識對垃圾進行正確分類的意義。在教學過程中，教師緊密結合學科知識和學科交叉知識，引導學生解決真實情境中的問題，夯實學生的知識與技能，使其養成嚴謹求實的作風，發展其關鍵能力和必備品格。

（二）智能大數據技術支撐學情分析

智慧學伴平臺上學生學科能力指標均分為“學習理解、應用實踐、遷移創新”三大項。不同學科不同級別的要求有所不同，這既體現了學科的共通性，又反映出學科的特殊性。此課例為化學、生物學、物理跨學科融合課，具體學科能力要求如下（如圖2）。

教師借助智慧學伴平臺實施了前測1，設置了14道題目，每題1分，有34人參與，只有一人獲得滿分。班級在A學習理解中A1辨識記憶項上的成績為0.77。系統統計了各分數段人數。14道題僅有4道是全部答對，其余題目均有人答錯。題目及數據如下（見表1）。為調查學生對垃圾處理是否了解，教師借助智慧學伴平臺實施了前測2，結果：“十分了解”占26%;“完全不了解”占6%;“了解但不全面”占68%。

為了檢測教學效果，課后教師借助智慧學伴平臺對學生進行了后測1。對比數據發現，學生對垃圾分類有了更清楚的認識，滿分率從2.9%升到47.2%。在A學習理解中A1辨識記憶項上，班級平均成績為0.94，較之前有所提升。系統統計了各分數段人數。

為檢測學生的學習效果，教師借助智慧學伴平臺進行了后測2，受試班級學生的轉化與運用能力從前測的0.26升至后測的0.74，整體有明顯提高，說明學生對垃圾處理有了更全面的認識。

智慧學伴平臺集成了大數據和人工智能技術，可為中小學提供在線測評、智能作業等教育教學服務。智慧學伴平臺教學的核心理念是通過全學習過程數據采集，建構知識與能力結構，發揮并增強學科優勢，診斷并分析學生學習中存在的問題，進而實現精準教學^[1]。

（三）教學活動設計兼顧實驗學科特點

生物學、化學、物理均是以實驗為基礎的學科。教師讓學生觀察顯微鏡下的甲烷菌（圖片），體會生物學實驗對觀察微生物的重要意義;組織學生參與發電競賽，體會手動發電和外燃機發電的區別，并對化學和物理現象進行分析，多角度全面認識生活中火力發電的原理，讓學生充分理解燃燒過程中的能量轉化關系。跨學科教學過程中，教師設計實驗活動，將科技知識融入實驗，豐富內容，注重實效，強化學生實踐操作、情境體驗、探索求知、親身感悟和創新創造，著力提高學生的觀察能力、實踐能力、創造性思維能力和合作能力，培育學生的興趣愛好、創新精神、科學素養和意志品質，促進學生全面發展。

（四）教學資源選擇考慮時事背景

為深入貫徹黨的十九大精神，努力培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，教師在跨學科教學中以垃圾分類這一社會熱點問題為切入點，讓學生積極參與社會活動，勇于擔當。如今，全學科閱讀作為一項重大教育改革舉措已深入校園。全學科閱讀的實施增強了學生閱讀的自覺性、規范性。此活動中，教師讓學生閱讀《廚余垃圾大變身》就是踐行全學科閱讀理念。

（五）跨學科課堂評價凸顯創意

教師基于智慧學伴平臺前測的可視化數據，評價學生課前對于垃圾分類及垃圾處理的認識程度，以數據為參考依據，促進精準教學的發生;在科普閱讀環節，組織學生分組繪制流程圖，根據小組匯報情況評價學生的交流能力和信息整合及認知能力;組織學生參與實驗探究活動，評價學生以學科視角分析問題的能力以及運用學科知識的能力。組織學生分組交流、分享，評價學生搜集信息、加工整合信息，以及針對前測誤區進行精準辨析的解決實際問題的能力;根據學生對垃圾分類及處理的認識情況，評價學生的知識習得及社會責任感。最后，基于智慧學伴平臺后測的可視化數據，評價教學效果。

三、智能技術支撐跨學科教學的思考

（一）教學尋證需發揮技術價值

此次跨學科教學，以智慧學伴平臺前測為教學起點，應用大數據分析技術，幫助教師精準掌握學情，實現對學生認知特征與學習規律的深入理解與精準診斷，使教師在設計教學策略時有證可尋。課堂教學結束，以智慧學伴平臺后測為教學終點，不僅能為今后的教學指明方向，而且能促進教師反思，助力職業發展。在課堂教學的前、后，充分利用智能技術，可實施課堂教學育人成效評價，既能提高教師的教學效率，又能激發學生的學習動力，使得教與學皆有證可尋。

（二）數據分析應精準到個體

教師利用智慧學伴平臺的數據分析功能，不僅能了解班級整體的學習水平，而且能深入教與學的微觀層面，大幅度提升教學的針對性和有效性^[2]，實現個性化精準教學。筆者建議：課中的活動環節，關注到位，關注前測數據中的個體學生及個體問題，適時改變教學策略，提高教學的有效性;課后在設置后測內容時，根據學生課堂表現及前測成績，設計有針對性的題目，精講精練;最后根據后測數據，認真核實，反思教與學。

學生的有效學習體現在進步和發展上。學生是教學的主體，教師除了關注學生的學習效果，還要關注學生未來的發展以及繼續探索學習的愿望。智能技術平臺在教學中的科學運用，可協助教師更客觀、具體且動態化記錄學生個體發展水平，體現“以學生發展為本”。

（三）跨學科選題要尋找學科間聯系

跨學科教學的第一步就是選題。在選題過程中，不同學科的教師可以先從自身學科角度思考幾個選題，然后交流討論，不斷挖掘同一主題下的不同學科的知識切入點，找到學科間的聯系。為選好題，教師需要不斷交流、相互聽課，這樣不僅可以加深教師對跨學科內容的理解，還能增進教師對于學情的掌握。只有充分了解學情，才能順利開展教學。

跨學科教學的選題范圍廣，教師在選擇時可通過跨年級教材串聯知識，從跨學科課堂上學習不同學科教學理念，將教學與美育融合^[3]，培養學生優秀品格，使教學主題既能切合學生所學，又符合綜合性、社會性的課程要求。

課程改革要求教師革新教育教學觀念，摒棄單一教學范式，重視學生核心素養的提升。

跨學科教學具有很強的綜合性，是現今教學模式變革的趨勢。跨學科教學中，各學科教師應全力溝通配合，設置合理的教學目標，將知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀相互融合，培養學生嚴謹的科學態度，提高品格修養，使其成為可為社會服務的人才。

此次跨學科融合課程借助智慧學伴在線智能教育平臺開展，基本實現教學的信息化、智能化，順應時代需求，促進了教師與學生的個性化發展，提高了課堂教學的有效性。在應用智慧學伴平臺的過程中，教師可基于對學生的綜合性評價，優化教學策略，提高教學質量;基于數據分析情況，因材施教，制定精準教學目標，實現個性化教學;借助平臺教學資源，提升教師的數據素養，助力教師專業化成長^[4];運用可視化學習視圖，幫助學生自我調節，查漏補缺，提高學生認知能力。

總之，在新的教學形勢下，教師要充分利用線上教學資源，不斷探索、創新，與時俱進，善思巧教，讓學生學得有興趣、有效果、有價值。

參考文獻

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[3] 李響.以“項目式學習”為途徑提升學生學科綜合能力的方法探究[J].考試周刊，2021（66）：13-15.

[4] 劉寧，王琦，徐劉杰，余勝泉.教育大數據促進精準教學與實踐研究——以“智慧學伴”為例[J].現代教育技術，2020（4）： 12-17.

（作者張迪、李晴、和劍菲系北京市通州區第六中學教師;李曉慶系北京師范大學未來教育高精尖創新中心學科教育實驗室常務主任）

責任編輯：祝元志