數字資源賦能跨學科教學的創新實踐

在知識體系交融與教育理念革新的雙重驅動下，打破學科壁壘已成為基礎教育改革的核心議題。《中華優秀傳統文化進中小學課程教材指南》明確提出，要將古人在生物學領域的探索成果納入課程體系?！读x務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）強調利用數字資源創新教學形式，增強課程思想性[1]。故宮博物院作為國家一級博物館，其數字化資源庫包含天量高精度三維文物模型、超清文物圖像，為跨學科教學提供了獨特資源。筆者構建“生物學 + 歷史 + 藝術”三位一體的教學模式，借助數字化工具實現文物資源的教學轉化，探索優秀傳統文化與科學教育的融合路徑。

一、核心痛點與破局路徑

（一）教學困境的雙向分析

1.學科教學層面

傳統課堂中，學科教學面臨“文化符號灌輸化”與“科學知識碎片化”的雙重困境。以初中生物學教學為例，優秀傳統文化的融入多停留在表層應用，如紋樣臨摹、典故引用等，未能深入挖掘文物中蘊含的科學內涵。例如，青銅器獸面紋的動物解剖學特征、瓷器紋樣中的植物分類特征等，往往被簡單地作為藝術欣賞對象，而未與生物學知識建立聯系。此外，科學知識的呈現方式也存在碎片化問題。學生在學習生物分類時，通常僅關注形態特征，而缺乏對歷史演變與文化象征的系統性認知。例如，蓮花紋樣在不同歷史時期的象征意義（從宗教信仰到世俗審美）未能與生物適應性進化建立關聯，導致學生難以形成跨學科的綜合認知框架。

2.資源應用層面

傳統博物館教育資源的應用存在顯著局限。一方面，實體博物館受時間和空間的限制，學生無法反復觀察和深人探究文物細節。例如，故宮博物院的青銅器、瓷器等文物，其復雜的紋樣和精妙的工藝往往因參觀時間有限而被忽略。另一方面，學生在博物館學習中難以將文化符號與科學知識建立聯系，導致學習體驗割裂。例如，學生在觀察文物時，可能注意到紋樣中的動植物形象，但無法理解其背后的生物學特征或歷史語境。

（二）數字資源的破局價值

故宮數字資源平臺為解決上述困境提供了以下三大突破路徑。

1.時空重構

在虛擬展廳技術加持下，教師可使用故宮數字資源，支持學生隨時隨地訪問高精度文物資源。例如，學生可以借助“故宮數字文物庫”查著三維文物模型和超清文物圖像，單件文物的觀察時長不再受限。這種突破時空限制的學習方式，使學生能夠反復探究文物細節，例如放大觀察銅鶴的骨骼結構或蓮花紋樣的層次變化，從而深化對生物形態的理解。

2.認知支架

數字資源中的增強現實（AR）標注功能為學生提供了認知支架。例如，“紫禁城祥瑞”App基于AR技術標注文物構件，如“螭吻”的建筑功能與生物學特征（如龍頭魚身的象征意義）。這種可視化標注幫助學生將抽象的科學術語與具體文化符號相結合，降低跨學科學習的認知門檻。

3.交互深化

3D拆解技術進一步提升了學生的交互體驗。

例如，學生可以利用“數字多寶閣”拆解文物，放大觀察紋樣肌理與生物結構的關聯。這種交互式學習不僅激發了學生的探索興趣，還培養了他們自主建構知識的能力。例如，學生在拆解琺瑯彩瓷時，可以對比瓷器上的生物紋樣與實際生物形態，從而理解藝術表現與科學特征的融合。

二、教學轉化模型的構建

（一）資源篩選的三維標準

為確保數字資源的教學適用性，筆者構建了“科學關聯度一文化典型性一技術適配性”評價體系（見表1）。基于這一體系，從故宮數字資源庫中篩選出127件契合教學需求的文物，形成六大主題資源包，包括“龍鳳紋樣與生物分類”“蓮花紋樣與生態適應”等。

例如，在篩選“龍鳳紋樣與生物分類”主題資源時，優先選擇形態結構清晰、分類特征典型的文物，如清嘉慶粉彩龍鳳穿牡丹紋雙耳瓶。其紋樣中的龍鳳形象不僅具有鮮明的生物學特征（如龍的鱗片、鳳的羽冠），還體現了清代工藝的獨創性。教師開展三維模型的可操作性評估，確保學生能夠利用數字工具深人探究紋樣細節。

（二）跨學科知識圖譜開發

跨學科知識圖譜是實現文化與科學融合的核心工具。筆者構建了“生物學特征一歷史語境一藝術表達”三維知識網絡，借助系統整合故宮文物資源，實現以下目標。

一是生物學維度目標：建立12類典型動植物形態數據庫，涵蓋龍、鳳、鶴、蓮、藻等紋樣。例如，學生對比銅鶴（清）與丹頂鶴的骨骼結構，可以理解文物中生物形象的科學依據。

二是歷史維度目標：梳理從商周至明清的紋樣演變時間軸。例如，蓮花紋樣從北魏的宗教象征到清代的世俗審美，反映了社會文化變遷與生物適應性進化的關聯。

三是藝術維度目標：解析寫實、寫意、象征三種表現手法。例如，琺瑯彩瓷中的生物紋樣以寫意手法簡化形態，但保留了關鍵分類特征，體現了藝術與科學的融合。

三、課程設計與教學實施框架

（一）依據課標構建跨學科項目

《義務教育課程方案（2022年版）》強調課程的綜合性、實踐性和育人導向。其中，跨學科主題學習和綜合實踐活動作為課程改革的重要方向，旨在打破學科壁壘，培養學生的綜合素質和解決實際問題的能力。教師需要科學安排相關活動，培養學生的綜合素養和創新能力。生物學、歷史、藝術等學科在跨學科學習中各有側重，但都強調知識整合、實踐探究和社會責任感的培養。生物學注重科學思維與生態意識，歷史強調歷史觀與文化認同，藝術突出審美素養與創造力。

（二）科學設計目標與任務

結合故宮博物院的“博物”特色，篩選館藏數字資源中高清圖片、視頻以及學生自主學習資源和專題欄目等，進行對標分析，選定課標主題二“生物的多樣性”。鎖定數字文物造型、紋樣中的動植物元素，圍繞重要概念“對生物進行科學分類需要以生物的特征為依據”“根據生物的形態結構、生理功能以及繁殖方式等，可以將生物分為不同的類群”開展跨學科單元教學。

單元教學目標包括：觀察、比較文物造型和紋樣中體現的動植物類群，形成多樣性和統一性的辯證觀點；觀察、描述不同類群動植物的生活環境，用進化與適應觀解釋文物造型和紋樣的科學含義；運用結構與功能觀，根據特征對文物造型和紋樣中的動植物進行分類，并歸納概括分類的依據；通過解剖觀察實驗和制作文創作品，體驗科學探究和跨學科實踐的過程，養成嚴謹求實的科學態度，嘗試用圖文和視頻制作等方式體現跨學科技能的運用和創造能力；獲取數字化資源和展示交流活動，說出文物和文創造型、紋樣中動植物元素的展現形式，舉例說明不同民族、歷史朝代中人與自然和諧共處的關系，關注民族文化、樹立文化自信，增強繼承和弘揚中華優秀傳統文化的社會責任感。

筆者依據課標中發展學生核心素養的學業要求和教學提示，設計了教學導航圖（如圖1）。

本單元整體設計為3課時。教學核心問題是：故宮文物造型和紋樣中的動植物元素，其科學與文化含義分別是什么？圍繞該核心問題設計的學習活動不僅要幫助學生對生物圈中的動植物類群有基本的認識和了解，而且要引導學生從歷史學科、藝術學科多角度鑒賞文物，設計與學生生活相關的學習活動促進單元內容的跨學科系統性學習。

例如，在設計任務1時，教學策略聚焦于“情境化教學”與“互動探索”。教師利用微信小程序的學習展板“東西方藝術的對話”“國之重器傳千年”創設學習情境，激發學生的探索欲；教師引導學生利用小程序的搜索、導覽界面，搜索關鍵詞找到與動植物相關的文物，跟隨地圖導覽，按照規劃路線逐一探訪。教師設計小組活動，學生利用“紫禁城365”“每日故宮”App進行互動學習。這種互動探索的方式提高了學習效率，增強了學生的參與感和成就感。

又如在設計任務5時，教學策略聚焦于“深度學習”與“創意轉化”。教師利用微信小程序的“數字文物庫”“故宮名畫記”“數字多寶閣”功能，引導學生探索故宮文物中動植物元素的表現形式，如紋飾、色彩、構圖等，理解其背后的文化意蘊和藝術特色。鼓勵學生觀察并模仿文物中動植物元素的某些表現形式，利用構圖軟件進行創意設計。故宮博物院官網中的“文創”板塊提供了創意工具和案例，幫助學生將傳統元素與現代設計相結合。學生在創作過程中，歷史教師和美術教師需給予及時指導和反饋，幫助學生鋪墊學科背景、解決技術難題、突破審美困惑。

（三）實施“三階六環”教學模式

1.課前探究階段（驅動與探究）

課前階段，教師借助任務驅動與技術支持，激發學生的自主探究動力。教師設計任務驅動學生探究，引導學生利用“故宮名畫記”小程序采集10種植物紋樣，完成《紋樣生物圖鑒》初稿。例如，學生利用關鍵詞搜索“蓮”“藻”等紋樣，采集高清圖像并記錄形態特征。在探究過程中，小程序的圖像采集功能自動生成紋樣矢量圖，支持學生測量形態參數（如葉片長度、花瓣數量）。這種技術輔助不僅提高了數據采集的準確性，還培養了學生的數字化技能。

2.課中深化階段（拆解與集合）

課中階段，教師引導學生進行分類探究與AR實驗，深化其跨學科學習體驗。學生利用“數字多寶閣”進行三維文物拆解，開展分組任務：生物學組對比銅鶴（清）與丹頂鶴的骨骼結構差異，探討文物中生物形象的科學依據；歷史組梳理蓮花紋從北魏到清代的演變規律，分析紋樣變化與社會文化變遷的關系；藝術組解析琺瑯彩瓷器生物紋樣的構圖法則，探討寫實與寫意手法的融合。

學生利用“紫禁城祥瑞”App掃描教室場景，疊加虛擬文物進行跨時空對比，開展AR實驗。例如，學生將清代銅鶴與丹頂鶴的骨骼結構進行對比，直觀理解生物進化與工藝傳承的關系。

3.課后拓展階段（拓展與展示）

課后階段，學生參與文創設計與項目拓展，促進其創造性表達。為完成高質量的文創設計，學生運用軟件將采集紋樣轉化為矢量素材，參與以下創作：在生物學方面，制作故宮動植物分類思維導圖，展示生物多樣性的系統框架；在工程學方面，設計榫卯結構生物模型，結合傳統工藝與現代設計；在藝術學方面，創作數字水墨動畫，詮釋文物中的動植物元素。

為拓展項目活動，學生以小組形式設計跨學科項目，例如“文物中的生物進化”“紋樣中的生態智慧”，并借助數字平臺展示成果。

（四）數字工具的矩陣化應用

為實現技術賦能的可視化管理，筆者構建了“資源層一工具層一產出層”應用模型（見表2）。

例如，在資源獲取階段，學生利用故宮數字文物庫采集紋樣圖像，建立生物特征數據庫；在認知加工階段，利用AR工具拆解文物結構，生成三維解剖模型；在創意表達階段，利用文創設計平臺將傳統紋樣轉化為現代作品，實現文化傳承與創新表達的融合。

四、評價體系創新

（一）面向教師的數字素養評價

根據教師數字素養框架[2，對教師進行有側重的評價。例如，在數字化應用維度，選取二級維度“數字化教學設計”，將評價前置，引導教師根據描述內容進行數字化教學設計（見表3）。

（二）面向學生的增值性評價

學生增值性評價基于對學生學習前后變化的分析，關注學生的個人發展[3。筆者借鑒“學生在增值性評價的課堂教學中語文各項能力增值表”4，結合本學習主題進行修改（見表4）。

在本設計中，結合學習能力的具體指標和本單元的學習目標，選擇“學生（自評） + 教師（他評）”的測評方式，用五級評分法分別在課前和課后對學生進行前、后測，兩次差值記為增值。以“文創完成情況”指標為例，測評對象為學生的跨學科實踐作品，課前學生按原有印象進行作品創作，學生自評加學科任課教師評價，取平均值記為前測成績。課后學生對作品進行完善，再次進行學生自評加學科任課教師評價，取平均值記為后測成績，即可計算出增值。

五、實踐成效與反思

（一）創新成效

第一，實現知識整合，即利用數字資源，將生物學、歷史、美術等學科知識有機融合，打破學科壁壘。例如，學生在理解蓮花紋樣時，不僅分析其形態特征（生物學），還探討其歷史演變（歷史）與藝術表現（美術）。

第二，突破時空限制。虛擬展廳與AR技術的使用讓學生突破傳統課堂的時空限制，深人探究文物細節。例如，學生借助三維模型觀察銅鶴的骨骼結構，理解其與現代鳥類的進化關系。

第三，促進文化與科學融合，即引導學生在學習科學知識的同時，領略優秀傳統文化魅力，增強文化自信。例如，學生對比傳統榫卯結構與哺乳動物關節結構的相似之處，結合工程學原理認識生物的結構之美和中華優秀傳統文化的科學智慧。

（二）深化方向

一是優化文物DNA數字化項目，將傳統紋樣與基因圖譜進行跨時空對話，探索生物進化與文化傳承的關聯。例如，深化對文物中龍紋形態特征的分析，結合現代爬行動物的基因數據，探討人類想象力的生物學基礎。

二是擴展元宇宙教學空間，構建沉浸式學習環境，實現文物虛擬修復與互動體驗。例如，學生可以在虛擬空間中修復破損文物，理解傳統工藝的科學原理。

三是建立跨區域資源共享機制，形成博物館、學校、社區協同育人網絡，推動優質數字資源普惠共享。例如，利用區域數字平臺，將故宮資源與偏遠地區學校連接，促進教育公平。

數字資源賦能的跨學科教學，不僅為優秀傳統文化與科學教育的融合提供了創新路徑，也為教育教學改革注入了新的活力。筆者根據課標系統整合故宮數字資源，構建跨學科知識圖譜，設計“三階六環”教學模式，并創新評價體系，為學生提供了突破時空限制、融合多學科知識的學習體驗。未來，隨著技術的進一步發展，數字資源將在教育領域發揮更天作用，推動中華優秀傳統文化的創造性轉化與創新性發展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022：2.

[2]牟艷娜.解讀《教師數字素養》標準：專訪標準編制組專家吳砥教授[J].中小學數字化教學，2023（8）：5-8.

[3]袁婧怡.美國中小學生增值性評價改革研究[D].桂林：廣西師范大學，2023.

[4]李曉婷.增值性評價在課堂教學中的應用研究：以S小學語文教學為例[D].上海：上海師范大學，2023.

（作者系北京市懷柔區教科研中心教研員）

責任編輯：祝元志