核心素養導向下的實驗教學跨學科融合實踐探索

摘" 要：隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的深入實施，實驗教學作為培養學生實踐能力和創新思維的重要手段，被賦予新的使命。跨學科融合作為當前教育改革的重要趨勢，打破了傳統學科之間的壁壘，鼓勵學生跨越學科界限解決復雜問題，為實驗教學提供了更廣闊的發展空間和更大的可能性。以數據與編碼跨學科主題學習模塊“用數據講故事”為例，探討核心素養導向下的實驗教學跨學科融合實踐，以期為跨學科實踐活動提供新的思路。

關鍵詞：核心素養；跨學科融合；信息科技；實驗教學

文章編號：1671-489X（2025）07-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.07.

0" 引言

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）強調培養學生的核心素養，倡導“做中學、用中學”“科與技并重”的理念。作為連接理論與實踐的橋梁，以核心素養為導向的跨學科實驗教學已成為培養學生綜合素質和創新能力的重要途徑。然而，傳統實驗教學往往局限于單一學科領域，難以充分激發學生的創新潛力和學習興趣。跨學科融合教學模式的出現，為實驗教學提供了新的思路和方法，有助于打破學科壁壘，培養學生的探索精神和創新思維，提升學生解決實際問題的能力，從而更好地適應未來社會的需求。

1" 創設真實情境

新課標指出，教師應注重創設真實的情境引入項目，讓學生在解決問題的過程中提升信息意識。以數據與編碼跨學科主題學習模塊“用數據講故事”為例，筆者采用項目式教學模式，為學生提供豐富的學習支架（圖1）。在項目引入環節，筆者展示兩張數據圖表（圖2），引導學生觀察其中的數據信息。通過觀察，學生發現照明光源不合適，會對視力健康產生較大影響。由此，筆者提出驅動性問題：“光照度為多少時，對我們的視力健康比較有益？”基于這一真實情境，引導學生進行深度思考，推動學習真正發生。

2" 提倡學科融合

新課標提倡的跨學科融合，是指在教學過程中打破學科界限，將兩個或兩個以上學科的知識、方法、技能和思維方式相互滲透、有機融合，形成一個整體，以促進學生全面發展。這種融合并非簡單的知識疊加，而是深入學科本質和思維方式層面的深度融合。

跨學科融合能夠幫助學生構建全面、系統的知識體系，培養綜合素養，包括思維能力、創新能力、實踐能力等。它通過整合不同學科的知識，激發學生的學習興趣和好奇心，促使他們更主動地參與學習。同時，跨學科融合鼓勵學生從多角度思考問題，尋找創新解決方案，從而提升他們的創新能力和問題解決能力，以更好地適應未來社會的需求。這種融合方式促進了學科間的相互滲透，強調知識的整體性和系統性。

實驗教學應打破學科界限，將不同學科的知識和方法有機融合，以培養學生的勝任力、適應力和創造力。為此，以數據與編碼跨學科主題學習模塊“用數據講故事”為例，筆者采用大單元的形式開展項目式學習活動，如圖3所示，本文主要闡述子項目2中的相關內容。

在本項目中，筆者運用跨學科知識，涉及信息科技、科學、語文和數學四門學科（圖4）。具體而言，將科學課中的光強傳感器、數據采集器以及生活中可調光的臺燈（硬件）引入信息科技課堂，借助數據采集軟件（軟件）完成數據采集，并以柱狀圖形式進行可視化呈現。在實驗活動中，學生匯報實驗結果、交流實驗結論、展示實驗報告單，從而培養語言表達能力和小組合作能力。通過這種方式，將語文、數學、信息科技和科學等課程深度融合，實現真正意義上的跨學科教學。

3" 強化實踐與創新

新課標明確提出要加強實驗教學，以提升學生的實踐能力和創新能力。通過實驗操作，學生能夠親身體驗科學過程，理解科學原理，進而培養對科學本質的深刻理解和對科學知識的尊重。實驗教學還能激發學生的好奇心和探究欲，促使他們主動參與科學探索。在實驗過程中，學生需要提出問題、設計方案、實施實驗并分析結果，不僅可以培養探究能力，還能夠提升解決問題的能力。此外，實驗教學強調學生的動手操作能力，通過實際操作驗證理論知識，使學生能夠將所學知識應用于實踐，從而培養他們的實踐能力和創新精神[1]。

3.1" 豐富實驗內容

教師應依據新課標要求并結合學生實際情況，設計豐富多樣且兼具趣味性與挑戰性的實驗內容，以激發學生的學習興趣和探究欲望。新課標下的實驗教學不再局限于簡單的驗證性實驗，而是更注重探究性。學生需要在教師的指導下自主設計實驗方案、選擇實驗器材、進行實驗操作并分析結果，從而培養探究精神和創新能力。同時，實驗教學注重構建開放性的學習環境，鼓勵學生自由思考、大膽嘗試。學生可以根據自己的興趣和特長選擇實驗內容和方法，以充分激發學習熱情和創造力。此外，實驗教學還強調跨學科的綜合應用，將不同學科的知識和技能有機融合。如在實驗中融入數學、科學等學科的知識，有助于培養學生的綜合素養和跨學科思維能力。

3.2" 注重實驗過程

在實驗教學過程中，教師需要注重對實驗過程的指導和監督，引導學生認真觀察實驗現象、記錄實驗數據、分析實驗結果，并鼓勵學生提出自己的見解和疑問。

3.3" 強化實踐應用

實驗教學應強化實踐應用環節，將實驗成果與現實生活緊密結合。學生通過應用實驗成果，能夠加深對理論知識的理解，同時培養將所學知識應用于實踐的能力。在實驗活動中，學生應主動探索、發現問題、解決問題，并進行反思與知識遷移。通過這些實踐活動，學生不僅能加深對學科知識的理解和應用，還能領悟運用計算思維求解問題的基本方法和思維模式，進而培養創新思維和實踐能力[3]。

與此同時，教師應轉變傳統的實驗教學觀念，從單純的知識傳授者轉變為學生學習的引導者和促進者，注重培養學生的探究能力和創新精神，鼓勵學生自主思考，積極解決問題。

以數據與編碼跨學科主題學習模塊“用數據講故事”為例，在子項目2中，筆者將科學課上的光強傳感器、數據采集器以及生活中可調光的臺燈引入信息科技課堂，并借助數據采集軟件完成數據采集與可視化。以硬件作為抓手、軟件作為支撐，學生依次經歷認識數據、采集數據、分析數據、應用數據的過程，同時經歷硬件連接、真實體驗、探究實驗、提升認知的過程，落實了學科核心素養中的信息意識、數字化學習與創新、計算思維三個維度。以問題為引領，引導學生通過動手試、動腦思、動口說多感官參與的方式開展小組合作探究。項目通過“鏈接生活，感知數據”“實驗探究，采集數據”“多樣方式獲取數據”三個活動環節來完成。

在活動一“鏈接生活，感知數據”環節，引導學生尋找生活中的光，并判斷其是強光還是弱光，進而總結光照強弱的變化規律。通過這一活動，學生感知生活中的數據，為后續采集數據做好準備，同時培養信息意識。學生將找到的生活中的光填寫到任務單上，并進行分組展示。

在整體感知的基礎上，教師告知學生，要獲取數據，還需要借助專業工具。由此引出活動二“實驗探究，采集數據”。教師首先介紹實驗器材、軟件和硬件設備，并進行演示實驗。具體操作：打開數據采集軟件，將光強傳感器和數據采集器連接至電腦端口，使用可調光臺燈模擬強光和弱光環境，觀察光強傳感器在電腦端顯示的數值和顏色，并記錄在學習任務單上。隨后，各小組組長對組員進行分工，開展分組探究實驗，實驗步驟：先模擬弱光環境，觀察光強傳感器的數值和顏色；再打開臺燈模擬強光環境，記錄光強傳感器的數值和區塊顏色，并填寫學習單。通過實驗，學生得出結論：光照強度在300 Lux以下時過弱，在5 000 Lux以上時過強，過強或過弱的光照均不利于視力健康。學生在感知生活中的光、觀察和記錄實驗數據、得出結論的過程中，通過多感官參與小組合作探究，展現了團結協作的精神。

此時，引導學生思考：在生活中如果沒有這些硬件設備，該如何測定光照度以保護視力健康呢？由此引出活動三“多樣方式獲取數據”。教師引導學生上網查找可用于獲取光照數據的軟硬件設備，他們很快查找到光強儀和照度計可用于測量光照數據。接著，教師演示使用手機上下載的光強儀軟件來測定光照度。學生通過體驗光強儀軟件，發現距離光源的遠近會影響測量結果，從而理解如何實時測定光照度以保護視力健康。這一過程不僅體現了利用信息科技手段解決生活中的實際問題，還培養了學生的數字化學習與創新能力。

4" 關注“做中學、用中學”

新課標中的“做中學、用中學”理念強調學生在實踐與應用中學習的重要性，旨在通過實際操作和真實情境中的問題解決來提升學生的核心素養。“做中學”讓學生通過親自動手操作、實驗、制作等活動，經歷提出問題、設計方案、實施實驗、收集數據、分析結果等步驟，探究并發現答案。

“用中學”則鼓勵跨學科學習，讓學生將不同學科的知識融合，解決復雜問題或完成綜合性任務。這種學習方式能夠培養學生的探究精神、創新能力和解決問題的能力，使他們具備應對未來挑戰所需的素質?！白鲋袑W”和“用中學”相輔相成：在實踐中學習，有助于更好地理解和掌握知識技能；在應用中學習，則能更好地檢驗和鞏固所學知識[4]。

以數據與編碼跨學科主題學習模塊“用數據講故事”為例，在這一子項目中，筆者設計了多樣化的實驗活動，踐行“做中學、用中學”理念。通過真實體驗，學生在實驗探究中領會新知，在拓展延伸中應用新知。具體而言，通過設計三個活動，學生了解到過亮或過暗的環境都不利于視力健康。在拓展環節，學生還學習了影響視力的其他因素，如色溫、顯色指數、頻閃等。通過簡單例子講解專業術語，學生明白了在家中選用暖色系光源、偏暖黃色燈光和高顯色指數燈光更有利于保護視力。在后續活動中，學生還動手測量燈光頻閃問題，并通過手機下載光強儀軟件，體驗距離光源遠近對光照數據數值的影響。通過問題鏈引導，學生了解了實驗原理，如為何通過手機軟件或硬件設備能夠測量光照度。通過視頻學習傳感器原理，學生不僅知其然，還能知其所以然，以科學原理指導實踐應用。

此外，拓展傳感器在生活中的應用實例，如煙霧報警傳感器在智能家居中的應用、震動傳感器在微信計步中的應用、濕度傳感器和溫度傳感器在智慧農場中的應用（圖5），體現了科技進步的力量，以此激發學生努力學習、建設科技強國的動力。

5" 豐富實驗評價

根據新課標和學生的實際需求，通過整合不同學科的教學資源和實驗設施，設計跨學科實驗項目和教學方案，并開展相應的教學活動。為保障跨學科實驗教學的有效實施，應建立科學的評價機制，采用多元化的評價方式，如實驗報告、口頭匯報、同伴評價等，全面評估學生的能力，為教學改進提供依據。在本次項目學習活動中，筆者通過三個活動，采用“三問一鏈”的方式推動項目實施。教師運用豐富多樣的評價方式貫穿整個學習過程，并以活動自評表和學習評價表為載體，便于學生對本節課的學習進行評價。

5.1" 明確評價目標與標準

評價目標應涵蓋學生知識掌握情況、創新能力、跨學科思維能力和實驗過程中的表現等多個維度。相應地，評價標準應具備可操作性、可測量性和可比較性，以全面反映學生在跨學科實驗教學中的表現和成果。

5.2" 設計多元化的評價體系

5.2.1" 過程性評價

關注學生在實驗過程中的表現，包括實驗操作的規范性、實驗數據的記錄與分析能力、實驗問題的解決能力等?？梢酝ㄟ^觀察記錄、實驗報告、小組討論等方式進行評價。

5.2.2" 結果性評價

主要評價學生的實驗成果，包括實驗報告的質量、實驗作品的創新性、實驗結論的準確性等?？梢圆捎米髌氛故?、口頭報告等形式進行評價。

5.2.3" 綜合評價

將過程性評價和結果性評價相結合，形成對學生跨學科實驗學習的全面評價。同時，可以引入學生自評、互評和教師評價等多種評價方式，提高評價的客觀性和公正性。

5.3" 創新評價工具與方法

5.3.1" 表現性評價

通過設計真實的情境和任務，讓學生在完成實驗的過程中展示跨學科思維能力和解決實際問題的能力，這種評價方式能夠更準確地反映學生的綜合素質。

5.3.2" 技術支持的評價

利用現代化信息技術手段，如在線評價系統、數字化實驗平臺等，提高評價的效率和準確性。同時，可以通過數據分析等手段，為教學改進提供有力支持。

6" 結束語

綜上所述，核心素養導向下的實驗教學跨學科融合是當前教育改革的重要方向。通過創設真實項目情境、開展跨學科實驗教學活動、強化實踐與創新、關注“做中學、用中學”、建立跨學科實驗教學評價機制等措施，可以有效提升學生的實踐能力和創新能力，實現育人目標。然而，在實施過程中也面臨諸多挑戰，需要教育工作者不斷探索和創新，共同推動實驗教學跨學科融合的深入發展[2]。

7" 參考文獻

[1] 趙宇.探究性實驗教學模式下過程與控制模塊教學設計研究[J].創新人才教育，2024（5）：45-48，52.

[2] 余凡，王康，徐小芬.基于新質人才培養的信息科技課程實踐探索[J].成才，2024（14）：13-15.

[3] 余愛蘭.聚焦實驗教學 發展計算思維[J].新課程，2024（18）：138-141.

[4] 周樂明.科學原理與技術應用并重的小學信息科技實驗教學模式探索[C]//亞太計算機教育應用學會.第八屆APSCE計算思維與STEM教育國際會議論文集.杭州：浙江大學，2024：87-90.