信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》明確指出，要積極開展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生舉一反三、融會貫通，加強(qiáng)知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)化，并且規(guī)定“原則上，各門課程用不少于 10% 的課時(shí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)”[1]。

信息科技作為一門融合多領(lǐng)域知識的綜合性課程，在教學(xué)實(shí)踐中開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)不僅是可行的，而且是至關(guān)重要的。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的理念，這一理念蘊(yùn)含著深遠(yuǎn)而實(shí)際的學(xué)習(xí)價(jià)值。為了推動學(xué)生學(xué)習(xí)方式的革新，切實(shí)貫徹信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)要求，并增強(qiáng)學(xué)生的跨學(xué)科知識與技能綜合應(yīng)用能力，筆者設(shè)計(jì)了基于信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的模型（如圖1）。本文以“模擬無人機(jī)應(yīng)急救援”為例，闡述基于信息科技學(xué)科的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)模式的實(shí)踐探索。

圖1基于信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)模型

一、主題提出與學(xué)情分析

信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展為導(dǎo)向，從現(xiàn)實(shí)問題和真實(shí)任務(wù)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科的思維、方法和工具解決問題、完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科以及學(xué)習(xí)和生活的融合[2]。

（一）主題提出

教師首先引入真實(shí)問題：近幾年，中國多個城市相繼遇到嚴(yán)重汛情，在外部救援力量無法到達(dá)時(shí)，自前普遍使用無人機(jī)進(jìn)行汛情的監(jiān)控和應(yīng)急救援。在和學(xué)生一起分析某受災(zāi)城市的地理位置及其地形高低起伏的特點(diǎn)之后，教師提出學(xué)習(xí)的主題：融合信息科技、地理、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識，搭建一個簡易的環(huán)境，模擬無人機(jī)的應(yīng)急救援，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資的定點(diǎn)投放。

（二）學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)掌握了物聯(lián)網(wǎng)與相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識，具備了相應(yīng)的無人機(jī)基本操作技能。但是他們對無人機(jī)應(yīng)急救援實(shí)踐中需解決的問題沒有明確的思路，缺少相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，需要教師的引導(dǎo)和其他學(xué)科內(nèi)容的綜合應(yīng)用。另外，學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的綜合實(shí)踐與創(chuàng)新應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)不足，需要教師圍繞無人機(jī)應(yīng)急救援涉及的物聯(lián)網(wǎng)知識進(jìn)一步拓展，引導(dǎo)他們嘗試創(chuàng)新運(yùn)用。

二、教學(xué)活動的設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)

教師基于主題，將本跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的總目標(biāo)設(shè)定為：利用已有計(jì)算機(jī)、無人機(jī)資源，設(shè)計(jì)并搭建無人機(jī)遠(yuǎn)程地形勘測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，探索物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)采集、處理及反饋控制上的功能。參照信息科技、地理及數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，教師將總目標(biāo)分解，設(shè)定了分目標(biāo)（見表1）。

（二）學(xué)習(xí)內(nèi)容

本跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)旨在讓學(xué)生通過分析地形圖知識，理解在汛情等緊急情況下利用無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急救援的重要性。活動融合了地理、數(shù)學(xué)及信息科技等多學(xué)科內(nèi)容（見表2），引導(dǎo)學(xué)生深入探究應(yīng)急救援中地形圖的運(yùn)用、救援路線的規(guī)學(xué)習(xí)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合應(yīng)用、分析解決問題以及動手操作的能力，還能夠培養(yǎng)他們勇于創(chuàng)新、積極實(shí)踐的精神。

表1分學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)科核心素養(yǎng)

表2跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)內(nèi)容

通過梳理，筆者將學(xué)習(xí)內(nèi)容分解為核心問題和子問題（如圖2），并列出解決這些問題所需的學(xué)科知識。

劃，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)勘測地形中的應(yīng)用。通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)勘測地形的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型，并實(shí)踐無人機(jī)定點(diǎn)應(yīng)急物資投放，本活動幫助他們從應(yīng)急救援的實(shí)際需求出發(fā)，探索跨學(xué)科知識在解決實(shí)際問題中的綜合運(yùn)用。這樣的

單元課題單課時(shí)課題 問題/問題鏈 關(guān)聯(lián)學(xué)科與核心問題地理：深入理解TOF傳感器勘測的數(shù)值的意義；對比等高線圖如何制訂安全高效 分層設(shè)色地形圖和地形剖面圖，選擇合適的無人機(jī)救援圖及T高測量 的無人機(jī)行路線 信息科技：了解無人機(jī)的TOF傳感器功能；編程實(shí)現(xiàn)對TOF高度地理：在勘測地形中，結(jié)合TOF高度，根據(jù)不同地形走勢測出相對高度值，獲取數(shù)值后，繪制地形剖面圖信息科技：設(shè)計(jì)無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)勘探地形的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型，使無人機(jī)遠(yuǎn)程 如何實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程 用實(shí)驗(yàn)設(shè)備搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)；通過遠(yuǎn)程監(jiān)測獲無人機(jī)應(yīng)急 實(shí)時(shí)勘探地形 實(shí)時(shí)勘測地形 取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工處理分析，為救援提供相應(yīng)策略；探索物救援（模擬） 聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等基本功能數(shù)學(xué)：TOF高度數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)換

本主題活動屬于物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用模塊。為解決核心問題“無人機(jī)如何安全高效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程救援（應(yīng)急物資定點(diǎn)投放）”，教師設(shè)計(jì)了一系列問題鏈作為單課時(shí)的核心問題，帶領(lǐng)學(xué)生逐一解決。首先，教師針對“如何制訂安全高效的無人機(jī)飛行路線并確定懸停點(diǎn)”這一子問題，進(jìn)行了需求分析。在這一過程中，教師充分運(yùn)用了地理學(xué)科的地形圖的知識，以及信息科技領(lǐng)域的傳感器技術(shù)和編程技能。接著，教師再次借助地形走勢知識，并融入信息科技中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)與搭建的專業(yè)技能，引導(dǎo)學(xué)生解決另一子問題“如何實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)勘測地形”。最后，學(xué)生需要利用數(shù)學(xué)的三角形、角度旋轉(zhuǎn)以及飛行路線的相關(guān)知識，結(jié)合編程實(shí)現(xiàn)無人機(jī)應(yīng)急物資定點(diǎn)投放。

表3主題活動課時(shí)設(shè)置及活動安排

（三）教學(xué)實(shí)施

本主題活動旨在引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用信息科技、地理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，在真實(shí)情境中解決無人機(jī)在汛情中安全、高效地定點(diǎn)投放應(yīng)急物資的問題。教師根據(jù)活動問題鏈，制訂教學(xué)活動實(shí)施流程（如圖3），并設(shè)計(jì)了主題活動的課時(shí)安排與具體活動內(nèi)容（見表3）。

劃了需求分析、原型設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)及測試優(yōu)化等一系列流程（如圖4）。在活動中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過細(xì)致的需求分析，明確問題所在，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在原型設(shè)計(jì)階段，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為初步的設(shè)計(jì)方案，并在功能實(shí)現(xiàn)階段動手實(shí)踐，將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為具體的功能。最后，在測試優(yōu)化階段，學(xué)生對作品

無人機(jī)如何安全高效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程救援（應(yīng)急物資定點(diǎn)投放）

圖3跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)實(shí)施流程

進(jìn)行反復(fù)測試與調(diào)整，確保功能的完善與穩(wěn)定。在整個過程中，教師與學(xué)生的互動緊密而高效，有效提升了學(xué)生的實(shí)踐能力、問題解決能力和創(chuàng)新思維。

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師借助大暴雨圍困某城市

本主題活動以實(shí)踐操作為基石，以解決實(shí)際問題為驅(qū)動力，以思維發(fā)展為核心紐帶，精心規(guī)的圖像與視頻，引導(dǎo)學(xué)生深人分析該市的地形特征，讓他們發(fā)現(xiàn)在外部救援力量難以觸及的情況下可以采取無人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急救援。接下來，教師激發(fā)學(xué)生思考如何利用現(xiàn)有設(shè)備構(gòu)建簡易模擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)定點(diǎn)投放應(yīng)急物資。

圖4主題活動設(shè)計(jì)思路

學(xué)生結(jié)合地理學(xué)科中關(guān)于地形地貌的相關(guān)知識（如等高線地形圖、分層設(shè)色地形圖和地形剖面圖），決定借助地形剖面圖，規(guī)劃無人機(jī)飛行路線。在嘗試手動記無人機(jī)TOF傳感器高度數(shù)據(jù)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種方式效率低且易錯。于是，教師引人物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜任務(wù)分解為可行方案，最終實(shí)現(xiàn)無人機(jī)安全高效地投放物資。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)通過引入真實(shí)情境，有效激發(fā)了學(xué)生的思考與探究興趣，引導(dǎo)他們積極運(yùn)用地理實(shí)踐能力、數(shù)學(xué)邏輯思維及計(jì)算思維解決實(shí)際問題，并明確界定了學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.分析問題，形成方案

教師根據(jù)學(xué)生分組情況，引導(dǎo)他們設(shè)計(jì)解決方案并逐步推進(jìn)問題的解決過程。為探討如何安全且高效地投放應(yīng)急物資，教師組織學(xué)生深入分析相關(guān)影響因素，最終確定無人機(jī)飛行路線及其懸停點(diǎn)高度的選擇是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生認(rèn)識到，在規(guī)劃無人機(jī)飛行路線之前，需要繪制地形剖面圖。為此，學(xué)生展開討論，設(shè)計(jì)出一個用無人機(jī)實(shí)時(shí)勘測地形的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型（如圖5）。

隨后，學(xué)生基于該原型著手構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，學(xué)生開展了三個實(shí)驗(yàn)：無人機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)平臺建立連接、無人機(jī)勘測TOF高度并傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺、將TOF高度轉(zhuǎn)換為地形剖面圖。通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，學(xué)生實(shí)時(shí)且高效地收集了無人機(jī)勘測到的地形高低數(shù)據(jù)，再經(jīng)過計(jì)算成功繪制出精確的地形剖面圖。

圖5無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)勘測地形的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型

【設(shè)計(jì)意圖】通過科學(xué)地將學(xué)生分組，引導(dǎo)他們設(shè)計(jì)解決方案、攻克難題，教師有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在此過程中，學(xué)生綜合運(yùn)用信息科技、地理及數(shù)學(xué)學(xué)科知識，創(chuàng)造性地解決復(fù)雜問題，從而有效鍛煉了思維能力、提升了核心素養(yǎng)。

3.學(xué)生探究，開展實(shí)踐

小組成員通過合作，對無人機(jī)進(jìn)行了簡單而巧妙的改裝，即在無人機(jī)下方安裝了一個小球，以模擬應(yīng)急物資。隨后，學(xué)生操控?zé)o人機(jī)，依據(jù)繪制的地形剖面圖靈活調(diào)整飛行路線及高度，精準(zhǔn)地將模擬物資投放至預(yù)設(shè)的救援區(qū)域，完成了模擬遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)救援的任務(wù)。通過團(tuán)隊(duì)合作和技術(shù)創(chuàng)新，學(xué)生完整實(shí)現(xiàn)了從地形勘測到物資投放的整套救援流程。

【設(shè)計(jì)意圖】通過親身參與模擬無人機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)救援的實(shí)踐活動，學(xué)生能夠更深人地理解地理地形圖的應(yīng)用、數(shù)學(xué)在規(guī)劃飛行路線中的作用以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活場景中的實(shí)際運(yùn)用。這一過程不僅幫助他們形成了科學(xué)的觀念，還有效促進(jìn)了計(jì)算思維和探究精神的培養(yǎng)。在搭建物聯(lián)網(wǎng)小型系統(tǒng)的實(shí)踐過程中，學(xué)生需要自主選擇軟硬件、調(diào)試和優(yōu)化，從而深刻體會到邏輯思維和創(chuàng)新思維的重要性。此外，該活動還有助于增強(qiáng)學(xué)生的信息意識，提升其數(shù)字化學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力。

4.展示評價(jià)，總結(jié)提升

以小組為單位，學(xué)生展示并交流各自在救援任務(wù)中的設(shè)計(jì)方案與完成情況。各小組之間開展互評與互學(xué)，對彼此的模擬救援成果進(jìn)行評價(jià)。在展示與評價(jià)結(jié)束后，學(xué)生總結(jié)所學(xué)知識，并進(jìn)一步暢想未來無人機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用場景。

【設(shè)計(jì)意圖】該環(huán)節(jié)通過小組合作展示與成果交流，促進(jìn)學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)與反思，鼓勵他們在總結(jié)知識的基礎(chǔ)上拓展思維，探索未來技術(shù)發(fā)展的可能性。同時(shí)，教師進(jìn)行過程性評價(jià)，通過個性化成長檔案記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，從而全面記錄學(xué)生核心素養(yǎng)的提升情況。

三、跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的總結(jié)與思考

本跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)通過細(xì)致的觀察、深入的訪談以及對問卷調(diào)查結(jié)果的分析，圍繞學(xué)生的課堂表現(xiàn)和課后反饋，進(jìn)行了全面的研究。

（一）跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)需注重過程性評價(jià)

相較于以往單一學(xué)科的教學(xué)活動，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)更關(guān)注學(xué)生的動態(tài)成長與發(fā)展。即使是點(diǎn)滴的進(jìn)步，對學(xué)生核心素養(yǎng)的培育也具有重要的意義。在這一教育理念的指引下，教育評價(jià)以素養(yǎng)導(dǎo)向、目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)、內(nèi)容為中心為基本原則，更加注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的發(fā)展，而非僅僅關(guān)注最終結(jié)果。

跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的評價(jià)實(shí)施過程強(qiáng)調(diào)主體多元、內(nèi)容全面、標(biāo)準(zhǔn)合理和方法多樣的評價(jià)方式。利用評價(jià)量規(guī)系統(tǒng)收集與整理學(xué)習(xí)過程中的數(shù)據(jù)，教學(xué)活動可實(shí)現(xiàn)評價(jià)過程的可視化與可追溯性。同時(shí)，教師應(yīng)注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的持續(xù)記錄與分析，形成個性化的評價(jià)檔案，為教學(xué)改進(jìn)與學(xué)習(xí)支持提供依據(jù)。

（二）跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)可幫助學(xué)生有效融合學(xué)科知識與方法

本次跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)融合了信息科技、數(shù)學(xué)、地理等學(xué)科，且涉及的理論知識具有較高的抽象性。因此，在活動開始前，教師對學(xué)生的知識掌握情況及學(xué)科方法應(yīng)用能力有一定的擔(dān)憂。然而，學(xué)生一旦投人活動，便展現(xiàn)出較強(qiáng)的跨學(xué)科整合與應(yīng)用能力。他們不僅對比了不同類型的地理地形圖，選擇地形剖面圖作為無人機(jī)航線規(guī)劃的依據(jù)，還巧妙地結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)知識設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程勘測系統(tǒng)。然后，學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識計(jì)算對高度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并利用Exce1繪制地形剖面圖，最終結(jié)合編程與數(shù)學(xué)知識實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)定點(diǎn)投放物資。這一過程不僅使學(xué)生掌握了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識，也讓他們加深了對各學(xué)科知識的理解與記憶。

（三）跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的能力

跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)要求學(xué)生在掌握本體知識的基礎(chǔ)上，融合并創(chuàng)新運(yùn)用多學(xué)科的知識、方法，強(qiáng)調(diào)內(nèi)容、方法與思維的綜合應(yīng)用。其目的在于通過實(shí)踐活動，讓學(xué)生在模擬真實(shí)情境中積累經(jīng)驗(yàn)，并在此過程中創(chuàng)造性地解決問題。以“無人機(jī)應(yīng)急救援”為例，學(xué)生綜合運(yùn)用信息科技、地理與數(shù)學(xué)學(xué)科的知識和方法，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)原型并實(shí)踐無人機(jī)定點(diǎn)投放物資，從而提升了數(shù)字素養(yǎng)。通過問卷調(diào)查、觀察和訪談等多元評價(jià)方式，教師發(fā)現(xiàn)跨學(xué)科活動促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)散，使他們能更靈活地提出并優(yōu)化問題解決策略。簡言之，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)有助于學(xué)生融合不同學(xué)科的知識，提升他們在復(fù)雜情境中創(chuàng)造性解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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（作者系上海外國語大學(xué)松江外國語學(xué)校一級教師）

責(zé)任編輯：李媛