指向創新素養的跨學科教學模式研究

摘 要：智能時代已至，學生在基礎教育階段的創新素養培養逐漸成為國家和社會高度關注的話題，包含思維、意識、實踐能力等方面的創新素養對學生處理現實世界復雜問題的能力具有顯著的積極作用。近年來各個學科在課程標準中都對跨學科教學部分提出了明確要求。跨學科教學以其情境真實、學科融合、評價多元的優勢為創新素養培養的落實提供了有利土壤。該研究試圖構建指向創新素養的跨學科教學模式，以高中《信息技術必修2》第2章《信息系統概述》第1小節《信息系統的組成與功能》為例，開展“智慧家庭系統設計”的教學活動設計與研究，為以“跨”促“創”的教學提供參考。

關鍵詞：高中信息技術；跨學科教學；創新素養

中圖分類號：G4 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0062（2025）01-0060-08

引言

隨著數智時代的浪潮洶涌而至，生成式人工智能正裹挾著各行各業更新迭代。以機械重復為主要特征的工作逐漸被高度智能化的機器所取代，而以創新思維為代表的高階技能正成為應對智能時代發展的必備素養。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中提出要培育學生的自主創新能力、培養學生的自主創新精神。2023年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于進一步加強青年科技人才培養和使用的若干措施》，指明要堅定敢為人先的創新自信，堅守科研誠信……求實創新、潛心研究。由此可見，大力培養科技創新人才是實現國家發展和社會進步的關鍵支撐。

跨學科教學作為單科教學的補充，通過提供真實的問題場景將被簡化的單一學科問題復雜化，與社會生活接軌，幫助學生破除固有的答題模式，提倡解決問題的多樣化，鼓勵積極探索，有助于打破傳統的學科邊界，拓展思維的廣度和延伸思維的深度[1]。基于此，本研究試圖探究指向創新素養的跨學科教學模式，以信息技術課堂為例，嘗試實踐教學活動的設計與開發，以期為如何實施跨學科教學來促進學生創新素養發展提供借鑒與參考。

一、創新素養與跨學科教學

（一）創新素養的內涵

創新素養作為學生的核心素養之一，對學生的當下學習和日后發展都有著至關重要的影響。創新作為影響人類社會進步的一大因素，代表著在學習和工作方向上創造性的突破。創新素養的實質就是創造性，學生在某種目的的驅使下，主動查詢相關信息，并能動地對信息進行加工和思考，在此過程中產生具有一定意義價值和獨特之處的作品，就表明學生已經具有創造性的能力和思維[2]。創新素養包含創新意識、創新思維、創新人格特征和創新實踐能力4個方面[3]，它們各自在創新過程中發揮著獨特的作用。

創新意識是人們不斷革新、不斷超越的一種精神態勢。學生應具有問題意識、競爭意識和科學意識，面對現實中復雜的問題應主動探究、敢于質疑[4]，從科學的角度全方位地分析，并且要能夠在競爭中產生新的想法。這種意識是引發創新思維的前提條件，它推動著人們去發現問題并產生解決問題的愿望[5]，從而驅動創新活動的發生。

創新思維是發展到一定階段的思考模式，人們在此階段的思考角度和觀點與最初不同，更愿意探索事物發展的新方向，突破固有的思維模式。擁有創新思維的人能夠不斷產生富有創見的新觀念和新理論[6]，這有助于其發現問題、分析問題并找到新的解決方案[7]。

創新人格特征有利于創新類活動的開展和推進，具有此類人格特征的人獨立且自覺，他們善于且愿意鉆研疑點難點，積極思考解決問題的路徑[8]，這些品質使他們能夠在創新過程中保持持久的熱情和堅定的信念，面對困難和挫折不輕言放棄。

創新實踐能力是指將創新思維成果付諸實施并取得預想結果的能力，包括且不限于自主學習、知識遷移、資源信息處理等方面[3]。實踐能力的大小決定了創新素養最終轉化為實際成果的概率和效果。

（二）跨學科教學

“跨學科”一詞最初出現在心理學研究領域，美國社會科學研究理事會于1926年提出了這個概念[9]。從內涵來看，跨學科有3層不同的意思：第一層表示“跨越學科固有界限，融合統整學科知識”，即將不同學科的知識、理論、價值觀有機地融合在一個課程中；第二層是指具有跨學科特點的學科；第三層是指研究跨學科普遍規律的學科，也被稱為交叉學科[10]。第一層理解對我國素養導向的新課程改革影響深遠，《義務教育地理課程標準（2022年版）》中對“跨學科主題學習”進行了界定——基于學生的基礎、體驗和興趣，圍繞某一研究主題，以地理課程內容為主干，運用并整合其他課程的相關知識和方法開展綜合學習[11]。

基于此，本研究中的“跨學科”指將本學科和其他學科的知識進行整合，形成知識體系，探尋學科之間的知識交叉點。“跨學科教學”則強調整合交叉不同學科的知識、方法和技能，打破傳統學科之間的壁壘，使學生能夠多角度、多層次地理解和解決問題，培養學生的綜合素養和創新能力，以促進學生全面、綜合地發展，它具有以下幾個特征：

第一，“發散”與“聚合”兼并。跨學科教學強調以某一學科為中心，選取與幾門學科知識范圍相重疊的主題，將不同學科的知識和技能整合在一個主題中來探討、解決問題。這樣的特性體現了學科的交叉與綜合，既“發散”涉及不同的學科知識面，又“聚合”落實到中心學科上，因此跨學科教學是“發散”與“聚合”兼具的復合行為。

第二，“開放”與“收斂”兼并。跨學科教學的過程是極其開放的，這體現為教學的創新方式、活動的多樣設計、知識的多元組合、學生的活動自由。足夠開放的教學環境是跨學科教學的基礎，但是，無論過程開放程度如何，跨學科教學的初心和目的都收斂在一個核心上，即培養學生解決復雜問題的邏輯思維和綜合思考能力。

第三，“模擬”與“真實”兼并。跨學科教學課堂以教師精心設計的模擬情境為學習基礎，在此情境中，學生可以順其自然、層層遞進地完成對學習內容的理解和應用。模擬情境的背后是現實中的真實場景，與社會生活密切相關，與現實問題緊緊相扣，實現了“模擬”與“真實”的有機結合。

（三）跨學科教學有利于培育學生的創新素養

眾多研究和實踐表明，跨學科教學能夠有效促進學生創新素養的培育，具體表現在以下幾方面：

第一，跨學科教學能夠在不同學科之間形成超越常規教學單元的知識聯結，有利于促使創新活動發生。跨學科教學重新發現了隱藏的各個學科知識之間的連接，使得各個學科分列的“樹狀圖”延伸拓展成一整個“網狀圖”。通過連接不同的學科知識，形成與常規連接路徑不同的知識管道，促成學生在學習探究過程中，沿著新的知識管道開展新的實踐活動，產生與常規連接路徑不同的行為結果。這有利于學生創新實踐能力的培養和發展。

第二，跨學科教學鼓勵學生跳出良構問題框架去大膽嘗試，有利于培育創新素養。與單一學科教學模式相比，跨學科教學情境更加貼近真實生活，其以復雜問題解決為導向，讓學生綜合利用知識與技能去解決問題[12]，但問題解決方案不是固定的。因此，跨學科教學鼓勵學生跳出傳統課堂上固定的思路和套路，基于問題不斷嘗試，進而激發學生的創新意識，鍛練學生的創新思維。同時，跨學科教學將所有的過程活動落實在學生解決問題能力的培養上，促進了學生的創新實踐能力。因此，跨學科教學對創新素養的培養有更強的指導和協助作用，它既是產生創新素養的環境，又是發展創新素養所需的手段。

第三，跨學科教學讓學生體驗真實問題解決的過程，有利于鍛煉創新實踐能力。跨學科教學中的問題來源于真實生活，這一類問題涉及的知識邊界模糊、互相雜糅，學生需要從不限于教科書的來源尋找可能涉及的知識[13]。在學習過程中學生需要進行大量的調查、假設和實驗，通過不斷循環迭代的設計和優化過程，得到解決問題的最佳方案，以此獲得豐富的問題解決經驗，進而提升創新實踐能力。

二、創新素養與跨學科教學

本研究以創新素養培養為導向，基于跨學科教學理念，使用項目式教學設計方法，構建指向創新素養培養的跨學科教學3層模式圖，如圖1所示，內層為創新素養層，中層為跨學科思維層，外層為教學活動層。

內層是培養目標——創新素養的4個方面：創新思維、創新人格特征、創新意識及創新實踐能力。它們作為整個模式的內核向外輻射，模式中每個部分的設計都體現了思維、人格、意識和能力的訓練。

中層是跨學科思維的目標導向，針對內層的培養目標，結合外層不同教學階段的不同需求，羅列了每個階段跨學科思維應當具有的特點和目標。

外層是不同階段的教學活動，針對每一個環節，學生都應有相應的思維、行動、成果。

在準備階段，學生需要在創設的真實問題情境中剖析尋找解決問題的方向，學會使用裂變分析的思維模式，善于將思維發散至多維度、多角度、大廣度，從多個方向輻射連接，拓展解決問題的思路，進一步分析每個學科的知識輪廓，為后續問題解決的布局階段做準備。教師需要用事先設計好的情境將學生引導至課堂中，激發學生對主題的探究興趣，用新鮮或貼近生活的事例刺激學生進行思考，進一步強化創新思維和創新意識，締造具有創新特點的人格特征。

布局階段中，學生需要利用已有的知識體系和新學習的知識概念對問題進行抽象建模，進而整合學科知識，構建學科體系結構，其中要著重建立兩個方面的結構：信息技術學科體系和跨學科體系。在信息技術學科體系中，學生需要明確目標解決方案的整體構成、各部分概念、建立方法、典型案例等，學會從示例中舉一反三；在跨學科體系中，學生可以將在準備環節已經完成的跨學科結點內容和知識輪廓作為細化體系內容的基礎，結合其他學科相關的概念、屬性、作用等豐富充盈整體結構，學科之間的相通之處需要放大，不同之處也要共存。教師需要對學生進行適當的指導，既不干涉學生創新性想法的產生，又要讓思維向著正確的方向“開枝散葉”。同時，針對學生的創新性想法涉及的新名詞、新概念，教師應當及時予以解釋和辨析，保證創新理論基礎的完備性，促使學生充分發揮創新思維、用好創新實踐能力、展現創新意識。

設計階段是創新實踐能力培養的重中之重，學生需要在已有知識結構的基礎上，將抽象性系統架構落實到具體的設計實踐中，用具體的知識內容填充框架，按照既定的主題，以解決項目問題為目標，不斷更新迭代，不斷完善。教師應對每個小組的進度和問題進行充分的了解，進行針對性的指導與協助，注意分配任務的合理性，避免出現能力水平差距過大的情況，幫助學生鍛煉創新實踐能力，將創新思維、創新意識及創新人格特征貫穿于整個主題活動中。

評價階段中的教師活動相對于學生活動來說，是更為重要的部分。在這一階段，學生不僅需要接受來自其他學生、教師或專家的評價，還要對其他小組的作品進行評析，博采眾長、補己之短，主動和新的思維方式發生碰撞，產生新的想法，迭代修改自己的作品。教師則需要構建完備的評價體系，將過程性評價和總結性評價相結合，既對學生在項目實施過程中表現出的創新素養的4個方面進行評估，也對學科核心素養進行客觀評價，并對后續關于創新素養的培養方案提出改進建議。

三、指向創新素養的跨學科教學案例設計

在指向創新素養的跨學科教學模式的指導下，以高中《信息技術必修2》第2章《信息系統概述》的第1小節《信息系統的組成與功能》為主題進行教學設計。此小節旨在幫助學生認識信息系統的基本概念、關鍵要素及功能。在此內容基礎上，著眼于學生最熟悉的居家生活場景，研發了跨學科教學主題活動案例——“智慧家居信息系統設計”，讓學生有機會主動觀察和分析，發揮創造性思維去設計具體的信息系統，理解信息系統是一個由人、軟件、硬件、網絡和數據資源構建的人機系統。該案例的教學結構如圖2所示。

該案例以“智慧家居信息系統設計”為項目學習的主線，拆解認識智慧家居信息系統，為學生設置循序漸進的學習任務，逐步剖析，逐漸深入，采取小組合作的學習形式，聚合思維，碰撞想法，形成創新思維，訓練學生創新解決問題能力，促使學生深入理解創新素養的本質，獲得長足的創新素養的提升。教學活動流程如圖3所示。

（一）初體驗：暢想未來家居

情境導入：教師以教室空間的不同系統作為引入，列舉如燈光系統、廣播系統、電腦設備系統的例子，展示系統結構和功能，進而引入“系統”的概念并對系統的3個維度進行介紹。

概念講解：教師將“系統”這個概念引入信息技術中，引出對信息系統及其子系統的學習，展示信息系統已經滲透進了生活的方方面面。教師帶領學生列舉生活和家中的信息系統，分析它們的組成和功能。

小組任務一：學生應構想未來的家居生活狀態，并根據教師提示的關鍵詞方向，結合數字化工具和人工智能，填寫創意整理單來展現小組設計的未來智慧家居信息系統。在填寫表單時，要求學生發揮創新思維，盡可能詳細地對裝飾風格、居住理念、居住場景等方面進行描述。

框架初現：教師從創意整理單的場景描述入手，利用流程框圖引導學生發現智慧家居信息系統實現時涉及4個部分：人、信息技術、數據、過程，根據順序分塊進行學習。

階段評價一：學生對其他小組的創意整理單進行評價，完成教師給出的階段評價表。

設計意圖：此階段從“系統”入手，轉入信息社會的“信息系統”；從教師入手，轉入家庭生活場景；從現狀入手，轉入未來場景設計，3個維度共同促進學生由淺入深、漸入佳境。教師利用身邊可被感知的事物作為中介，引導學生結合實際例子學習基礎概念。在小組任務階段，教師一方面給出極具創造性和創新度的話題，激發學生的創造性，訓練創新思維；另一方面對話題關鍵詞和成果形式做出限定和規劃，引導學生良性思考，避免過度發散。

（二）創設計：繪制未來家居

新知講授一：教師以超市信息系統中的人員及作用為示例，引導學生思考“智慧家居信息系統”這一信息系統中的人員角色、責任和作用。學生根據本組的創意風格，對不同的人物角色進行思考，分配組內同學扮演家庭信息系統中的不同角色，相互進行角色闡述性的“自我介紹”。

新知講授二：教師介紹信息技術的概念及包含的具體類別，表明信息技術處理數據在社會中的重要作用。

小組任務二：學生根據組內擬定的創意整理單，借助數字化工具和人工智能，學習實現相應功能時用到的信息技術及收集的數據。學生在教師提供的空白空間布局圖相應的位置附近標注用到的信息技術和采集到的數據類型，對智慧家居信息系統中的部分功能設計進行理論落實。

設計意圖：此部分為整節課的重點部分，是創新素養培養落實的關鍵階段。學生在小組任務二中，借助人工智能工具明確“智慧家居信息系統”中管理的數據和采集處理所用到的信息技術，拓展了思維深度和廣度，從日常對信息技術的“初印象”轉向學科探究性的“深挖掘”，啟發學生的創新思維和創新意識，由想象落實到理論，促進創新實踐能力的發展，引導學生突破固化思維的限制。

（三）深探究：體驗數據流轉

新知講授三：教師帶領學生深入學科大概念“數據”，引導學生對流程圖中的數據部分進行思考，明晰數據在信息系統中發生的流轉和變化，舉例展示數據從輸入（即采集）、處理到輸出的過程。

小組任務三：教師布置學生描繪數據流轉的過程，結合任務一的“創意整理單”和任務二的“空間布局圖”，展示數據被采集之后經過技術處理轉變類型，為了獲得預期的輸出產生了怎樣的步驟。

階段評價二：學生對其他小組的數據流轉圖進行評價，完成教師給出的階段評價表。

設計意圖：本階段著眼“數據”大概念，結合課程內容，使學生深化對數據的理解和運用。學生以數據為探索脈絡，拓展遷移相關知識，融合通用技術，對信息系統的運轉深入學習，通過剖析與生活實際接軌的智慧家居信息系統對數據的處理過程，落實創新實踐能力。

（四）總展示：概念發布，共守責任

小組展示：教師帶領學生對設計成果進行展示——開辦未來概念發布會，將小組完成的創意整理單、智慧家居信息系統設計圖紙和數據流轉圖進行展示；同時，教師引導學生思考系統中數據和系統的安全性如何守護，明確保障信息系統安全的重要性。

總結評價：學生對其他小組的成果進行評價，評價表如表1所示。

設計意圖：此階段為點睛收尾階段，通過對課堂成果的呈現，教師鼓勵學生勇于展示創新思維成果，以“設計—展示—鼓勵—改進—展示”的良性循環促進學生深化創新意識、培養創新人格特征、提升創新實踐能力。

四、小結

在如今的課堂中，單一學科占據著學生學習模式的主導地位，固有的答題套路已經形成了默認的規矩，但跨學科教學讓學生有機會跳出框架對學科知識進行重新審視，產生新的碰撞，激發創新思維火花，有利于創新素養的培育。比如，跨學科教學的問題情境復雜且貼近現實，指向了創新思維和創新意識的發展；跨學科教學的探究過程體現了不同學科知識的整合及問題探究，有利于促進學生創新實踐能力的養成，其評價環節也呈現多維性，有助于學生發展創新人格特征。所以，跨學科教學對于學生的創新素養培育具有重要的推動作用。

在開展指向創新素養的跨學科教學活動時，教師需要注意以下幾點，以便更有質量地達成目標。

（一）從真實生活中發現教學情境，關聯知識與生活，點亮學生的創新意識

教師應以跨學科中各個學科的核心素養及知識交叉范圍為基礎，選取恰當主題作為教學情境設計的背景，從社會實際中貼近學生的事例入手，引導學生對現實生活進行觀察，有意識地發掘其中存在的跨學科知識的聯系。學生的生活經驗和興趣經過教師的正確引導，可以轉化為無數的創新點，進而養成主動創新的思維習慣，培養主動創新的意識。

（二）打破尋常教學思路，不給學生學習設限，激活學生的創新思維

在授課方式和教學活動方面，教師不應當遵循墨守成規的傳統教學法，而是要進行教學方法和活動的創新，帶領學生打破傳統，減少設限，用別開生面的開放教學活動帶給學生新鮮感，進而刺激學生產生不同于以往的創新想法，激活學生的創新思維。但是，減少設限并不意味著不設限，教師應當盡可能地設置有價值的限制，將“圓形”的發散區域規劃為“扇形”，為學生開放的創新思維保駕護航，在合理的引導下促成學生創新思維的增長。

（三）靈活設計評價活動，多樣化地融入學習過程，鍛煉學生的創新實踐能力

教師應將評價深度融入教學過程，對各個階段進行側重點不同的評估，一方面為掌握學生的學習進度和狀態提供支撐，及時反饋學生學習成果，對學生表現出的創新實踐能力予以肯定和鼓勵，并根據評估結果靈活調整后續教學活動和計劃；另一方面通過相互評價的方式引導學生打開創新思路，促進學生相互學習請教，共同實現創新能力的增長。此外，教師也應當提供涵蓋多個學科的圖書資源、網絡資源和實踐平臺或機會，保證學生創新靈感來源的多途徑，使學生不被局限在教師講、學生聽的范式中。

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（責任編輯 孫興麗）

Research on Interdisciplinary Teaching Models Aimed at Innovative Literacy

Wang Yuan1a， Wu Lan1b， Dong Yan2， An Weiwei3

（1. a. School of Computer Science; b. School of Teacher Education， Nanjing University of Information Science amp; Technology， Nanjing， Jiangsu， China 210044;

2. Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing， China 100031;

3. Yangzi High School Affiliated to Nanjing Normal University， Nanjing， Jiangsu， China 210048）

Abstract： In the era of AI technology， the cultivation of innovative literacy in students at the basic education stage has gradually become a topic of close attention by the country and society. Innovative literacy， including thinking， awareness， and practical abilities， plays a significant positive role in students’ ability to handle complex real-world problems. In recent years， various disciplines have made clear requirements for interdisciplinary teaching in curriculum standards. Interdisciplinary teaching provides a favorable environment for the implementation of innovative literacy cultivation due to its advantages of authentic context， subject integration， and diverse evaluation. This study attempts to construct an interdisciplinary teaching model aimed at innovative literacy. Taking “The Composition and Function of Information System” in Section 1， Chapter 2 of the compulsory textbook Overview of Information Systems of high school information technology as an example， this study conducts teaching activity design and research on “Smart Home System Design” to provide reference for teaching that promotes innovation through interdisciplinary approaches.

Key words： High school information technology; Interdisciplinary teaching; Innovative literacy

收稿日期：2024-06-04

基金項目：2021年度國家自然科學基金面上項目“STEM教育情境下多人同伴互動的腦協同機制與策略研究”（ 62177011）；2022年度江蘇省教育科學規劃課題“跨學科學習視角下師范生協作問題解決能力培養研究 ”（C/2022/01/16）；2024年度“中國科協研究生科普能力提升項目資助”（KXYJS2024019）

作者簡介：王媛（2000 — ），女，陜西富平人，碩士研究生，研究方向為信息技術教學；吳斕（1987 — ），女，安徽池州人，講師、碩士生導師，研究方向為信息技術教學、STEM教育，系本文通信作者；董艷（1973 — ），女，河南溫縣人，教授、博士生導師，研究方向為跨學科創新教育、線上線下混合教學；安為偉（1981 — ），女，江蘇徐州人，中小學一級教師，研究方向為基礎教育。