初中科學與信息技術跨學科融合教學的實踐探索

在當今知識經濟與信息技術迅猛發展的時代，學科之間的界限逐漸模糊，交叉融合成為必然趨勢。這種趨勢對創新型、復合型人才的需求急劇增長。初中科學課程作為一門綜合性學科，廣泛涵蓋物理、化學、生物、地理等多個領域的知識，在培養學生科學素養方面起著關鍵作用。而信息技術的普及，為教育教學帶來了前所未有的機遇。它具備強大的信息處理、資源共享和可視化展示功能，能夠為初中科學教學注入新的活力。將初中科學與信息技術進行跨學科融合，不僅有助于打破學科之間的壁壘，豐富教學手段，還能極大地激發學生的學習興趣，顯著提升教學效果，更能培養學生適應未來社會所需的綜合能力。

1文獻綜述

1.1跨學科教學相關理論

① 建構主義學習理論。該理論強調學生的主動建構，認為學習是學生在已有經驗基礎上，通過與環境交互，主動構建知識意義的過程。在跨學科融合教學中，學生借助信息技術工具，探索科學問題，將不同學科知識整合，構建自己的知識體系。

② 多元智能理論。由霍華德·加德納提出，該理論認為人類的智能具有多元性，包括語言智能、邏輯一數學智能、空間智能、身體一運動智能、音樂智能、人際智能、內省智能等。跨學科融合教學能夠為學生提供多樣化的學習活動，滿足不同智能類型學生的學習需求，促進學生多元智能的發展。

③ 情境學習理論。該理論主張學習應在真實情境中進行，通過參與真實的實踐活動，學生能更好地理解和應用知識。在初中科學與信息技術融合教學中，利用信息技術創設逼真的科學探究情境，讓學生在情境中運用科學知識和信息技術手段解決實際問題，提高學習效果。

1.2初中科學與信息技術融合研究現狀

① 國外研究現狀。國外在跨學科融合教學方面起步較早，在課程設計、教學模式和教學資源開發等方面取得了一定成果。例如，美國的STEM教育強調科學、技術、工程和數學的融合，通過項目式學習等方式培養學生的綜合能力。在初中科學與信息技術融合方面，國外注重利用先進的信息技術工具，如虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、人工智能（AI）等，為學生提供沉浸式、交互式的學習體驗。

② 國內研究現狀。國內對初中科學與信息技術融合的研究日益增多，主要集中在融合模式、教學策略以及教學資源建設等方面。一些研究提出了基于項目式學習、問題導向學習、探究式學習等模式的融合教學模式，并通過教學實踐驗證了這些模式的有效性。然而，目前國內融合教學仍存在一些問題，例如融合深度不夠、教學資源質量良莠不齊、教師跨學科教學能力有待提高等。

2初中科學與信息技術融合的現狀分析

2.1融合的必要性

（1）符合教育發展趨勢

隨著教育改革的持續推進，培養學生的核心素養已成為教育的核心目標。初中科學與信息技術的融合，有助于學生同時掌握科學知識和信息技術技能，培養創新思維、實踐能力和合作精神，這些都是未來社會對人才的基本需求。在科學探究活動中，學生運用信息技術進行數據收集、分析和處理，不僅能夠提高探究效率和科學性，還能培養科學思維和信息素養。在研究植物生長規律時，學生利用傳感器收集植物生長過程中的溫度、濕度、光照等數據，再運用數據分析軟件進行處理和分析，從而得出科學結論。這一過程讓學生學會了如何運用信息技術解決科學問題，提升了綜合能力。

（2）滿足學生學習需求

初中生正處于好奇心旺盛、求知欲強烈的階段，信息技術的多樣性和趣味性能夠極大地激發學生的學習興趣，滿足他們多樣化的學習需求。通過多媒體、動畫、虛擬現實等信息技術手段，能夠將抽象的科學知識直觀化、形象化，幫助學生更好地理解和掌握科學概念。在學習“細胞的結構和功能”時，利用3D動畫展示細胞內部的微觀結構和生命活動過程，學生可以清晰地看到細胞膜、細胞核、線粒體等細胞器的形態和功能，更直觀地感受細胞的奧秘（見圖1）。這種直觀的呈現方式能夠有效提高學習效果。

2.2融合面臨的挑戰（1）教師觀念與能力

部分教師受傳統教學觀念的束縛，對跨學科融合教學的認識不足，認為科學教學只需傳授科學知識，忽視了信息技術在教學中的應用。同時，一些教師的信息技術應用能力和跨學科教學能力有待提升，難以將科學知識與信息技術有機融合，設計出高質量的融合教學課程。例如，在“電路設計與仿真”教學中，教師可能因不熟悉Multisim軟件的操作，無法有效引導學生進行電路設計和仿真實驗。

（2）教學資源與評價體系

目前，初中科學與信息技術融合的教學資源相對匱乏，且質量良莠不齊。一些教學資源與教學實際需求脫節，無法滿足教師教學和學生學習的需要。此外，缺乏科學合理的跨學科教學評價體系、傳統的以知識考核為主的評價方式難以全面評價學生在融合學習中的表現和能力發展，無法有效激勵學生積極參與跨學科學習。

3初中科學與信息技術跨學科融合教學的實踐策略

3.1融合教學目標的確定（1）基于課程標準

深入研讀“初中科學與信息技術”課程標準是確定融合教學目標的基礎。科學課程標準涵蓋了豐富的科學知識和技能要求，如科學課程中的“力學”單元，要求學生掌握力的概念、力的作用效果、二力平衡等知識；信息技術課程標準則對學生的信息技術能力提出了明確要求，如學會使用數據分析軟件（如Exce1）進行數據的錄入、整理與簡單分析。在設定融合教學目標時，要精準把握這些核心知識點和技能要求，深入挖掘兩者之間的關聯和融合點。以“力學”與“數據分析軟件基礎”的融合為例，融合教學目標，可設定為：學生能夠熟練運用Excel軟件記錄和分析物體在不同受力情況下的運動數據，通過制作折線圖、柱狀圖等圖表直觀展示力與運動的關系，深入理解力學知識；學會運用數據分析軟件解決科學實驗中的數據處理問題，提高數據處理能力和科學探究能力，能夠根據數據分析結果得出科學結論，并進行合理的解釋和討論。這樣的教學目標既涵蓋了科學知識的學習，又融入了信息技術技能的培養，使學生在掌握知識的同時提升綜合能力。

（2）考慮學生發展需求

學生是學習的主體，確定融合教學目標時，必須充分考慮學生的發展需求。可通過問卷調查、課堂討論、個別訪談等多種方式，全面了解學生的認知水平、興趣愛好以及生活實際需求。對于對生物科學感興趣且具備一定信息技術基礎的學生群體，在“生態系統”教學中，可以設定通過信息技術手段（如地理信息系統GIS）模擬生態系統的動態變化，分析生態系統中生物與環境的相互關系，培養學生的科學探究與批判性思維能力，同時增強學生的生態環保意識和社會責任感。

3.2融合教學內容的選擇與整合

（1）挖掘融合點

對科學教材進行系統分析是挖掘融合點的關鍵。從實驗數據處理、概念可視化、知識拓展等多個角度入手，可以發現科學與信息技術之間存在著眾多的融合點。在“化學實驗”板塊，學生可以利用圖像編輯軟件（如Photoshop）處理實驗現象圖片，標注關鍵信息，如化學反應前后物質的顏色變化、沉淀生成等，制作高質量的實驗報告，提高實驗報告的規范性和科學性。在“光學”知識教學中，借助計算機模擬軟件（如幾何畫板）構建光學模型，直觀展示光的折射、反射等現象，幫助學生理解抽象的光學原理。利用幾何畫板模擬光在不同介質中的傳播路徑，通過改變介質的折射率、入射角等參數，動態觀察光的傳播方向變化，讓學生直觀地感受光的折射規律，理解入射角、折射角與折射率之間的關系。通過挖掘這些融合點，能夠將抽象的科學知識轉化為直觀的、可操作的學習內容，提高學生的學習效果。

(2）整合教學資源

整合教學資源是實現融合教學的重要保障。一方面，積極收集網絡上的優質開放教育資源，如中國大學M00C上的相關科學實驗課程視頻、Coursera上的信息技術基礎課程等，對這些資源進行篩選和整合，使其與教學內容緊密匹配。另一方面，自主開發融合教學資源，利用虛擬現實（VR）、增強現實（AR）技術開發科學實驗模擬軟件，讓學生在虛擬環境中進行高難度或高危險性的科學實驗操作，提高實驗教學的安全性和有效性。結合在線學習平臺（如超星學習通、學堂在線）搭建融合教學課程，整合教學視頻、電子教材、在線測試、討論區等資源，為學生提供全方位的學習支持，方便學生隨時隨地學習。開發“化學實驗虛擬實驗室”軟件，學生可以在軟件中模擬進行化學實驗操作，如酸堿中和反應、金屬與酸的反應等，觀察實驗現象，記錄實驗數據，實現實驗教學的數字化和個性化。學生還可以在在線學習平臺上與教師和同學進行交流討論，分享實驗心得和體會。通過整合教學資源，能夠為學生提供豐富多樣的學習素材，滿足學生的多樣化學習需求。

3.3融合教學方法與模式

（1）項目式學習

項目式學習是一種以學生為中心的教學方法，通過完成一個具體的項目，讓學生在實踐中學習和應用知識。以“利用信息技術探究生態系統平衡”項目為例，教師首先引導學生確定項目主題和目標，如研究校園生態系統中植物、動物與環境的關系。學生分組后，運用科學知識制訂研究計劃，確定觀察指標和實驗方法，如選擇校園內的一片草地作為研究區域，觀察植物的種類、數量、分布情況，動物的種類、數量、活動規律等。利用信息技術手段，如使用無人機拍攝校園生態全景，獲取研究區域的地形、植被等信息（見圖2）；借助生物識別軟件對動植物種類進行識別和統計，提高數據采集的準確性和效率；運用數據分析軟件對采集到的數據進行整理和分析，繪制圖表，展示生態系統中各要素之間的關系。在項目實施過程中，學生定期進行小組匯報和交流，分享研究進展和遇到的問題，共同探討解決方案。在數據分析過程中，發現某種植物的數量在減少，學生通過查閱資料、討論分析，推測可能是由于土壤酸堿度變化或病蟲害影響，然后進一步進行實地調查和實驗驗證。最后，學生形成項目研究報告和成果展示，如制作PPT、撰寫研究論文、制作科普視頻等，向全班同學和教師展示研究成果。通過項目式學習，學生不僅掌握了科學知識和信息技術技能，還培養了團隊合作、問題解決和創新能力。

（2）問題導向學習

問題導向學習是以問題為驅動的教學方法，通過解決實際問題，引導學生主動學習和探索。針對“如何利用信息技術解決城市環境污染監測問題”，教師引導學生提出一系列子問題，如城市環境污染的主要來源有哪些、如何利用傳感器技術采集環境數據、怎樣運用數據分析軟件對環境數據進行實時監測和預警等。學生通過查閱資料、實地調研、小組討論等方式，運用科學知識（如化學中污染物的檢測方法、物理中傳感器的工作原理）和信息技術技能（如數據庫管理、數據可視化技術），嘗試提出解決方案。學生利用傳感器技術搭建環境監測系統，采集空氣中的污染物濃度、噪聲強度、溫濕度等數據，并通過無線傳輸模塊將數據發送到服務器；運用數據庫管理軟件對采集到的數據進行存儲和管理，利用數據分析軟件對數據進行分析和處理，繪制數據變化趨勢圖，實現對環境數據的實時監測和預警。在課堂上，學生展示自己的解決方案，進行討論和交流，教師給予指導和反饋，幫助學生完善方案。通過問題導向學習，學生能夠將科學知識與信息技術有機結合，提高解決實際問題的能力，培養批判性思維和創新精神。

4初中科學與信息技術跨學科融合教學實例分析

4.1教學案例設計與實施

（1）案例背景

在“電路設計與仿真”教學中，科學課程目標是讓學生掌握電路的基本組成、串聯與并聯電路的特點、歐姆定律等知識；信息技術課程目標是使學生學會使用電路設計與仿真軟件（如Multisim）。教學背景是學生已具備一定的電路基礎知識，但對于復雜電路的設計和分析存在困難，且對信息技術在科學領域的應用興趣濃厚。

（2）教學過程

① 問題提出。教師展示生活中常見的電路故障案例，如家庭電路跳閘（見圖3）、電子設備無法正常工作等，引發學生對電路設計和故障排查的興趣，提出“如何設計一個穩定可靠的電路，并通過仿真軟件進行驗證”的問題。通過展示實際案例，讓學生意識到電路設計在生活中的重要性，激發學生的學習動力。

② 小組合作探究。學生分組，討論電路設計方案，確定所需的電子元件和電路連接方式。每個小組根據討論結果，繪制電路原理圖。在這個過程中，學生需要運用所學的電路知識，考慮電路的功能、性能要求以及元件的參數匹配等問題，培養學生的團隊合作能力和問題解決能力。

③ 信息技術應用。教師介紹Multisim軟件的基本功能和操作方法，學生利用該軟件將繪制好的電路原理圖轉化為虛擬電路，并進行仿真實驗。在仿真過程中，學生調整電路參數，觀察電路中電流、電壓的變化，分析電路的性能。教師在學生仿真過程中，及時解答學生在軟件操作和電路分析中遇到的問題，引導學生深入理解電路原理。

④ 科學知識運用。學生根據仿真結果，運用歐姆定律等科學知識，分析電路的工作原理，解釋電流、電壓變化的原因。對于出現故障的電路，學生運用所學科學知識進行故障排查和修復。

⑤ 成果展示。各小組展示電路設計方案、仿真結果和故障排查報告，分享在項目實施過程中的經驗和遇到的問題。其他小組進行提問和評價，教師總結點評，引導學生進一步完善設計方案。

4.2教學效果分析

（1）學生學習成績

在教學前后分別進行科學知識和信息技術技能測試。科學知識測試涵蓋電路的基本概念、原理和應用等內容；信息技術技能測試包括Multisim軟件的操作、電路原理圖繪制、仿真實驗設置等。對比測試成績，發現學生在科學知識和信息技術技能方面均有顯著提升，尤其是在電路設計和分析能力上進步明顯。

（2）學生學習態度與興趣

通過問卷調查收集學生對“電路設計與仿真”課程的學習興趣、學習積極性、對跨學科教學的接受程度等方面的反饋。同時，通過課堂觀察記錄學生在課堂上的參與度、發言次數、小組合作表現等。結果顯示，學生對跨學科融合教學表現出較高的興趣和積極性，課堂參與度明顯提高，團隊合作能力得到有效鍛煉。

5初中科學與信息技術跨學科融合教學的效果評估

5.1評估指標體系構建

① 知識與技能。在科學知識方面，考查學生對科學概念、原理、規律的理解和應用能力，如通過簡答題、論述題、實驗設計題等形式，評估學生對力學、電學、化學等知識的掌握程度；在信息技術技能方面，考查學生對軟件操作、數據處理、信息檢索等技能的熟練程度，如要求學生完成特定的軟件操作任務、數據分析項目等。

② 過程與方法。通過觀察學生在項目式學習、問題導向學習中的表現，評估其提出問題、分析問題、解決問題的能力。具體可觀察學生在確定研究問題、制訂研究計劃、收集和分析數據、得出結論等環節的思維過程和操作能力。同時，評估學生的團隊合作能力，包括團隊成員之間的溝通協作、任務分工、沖突解決等方面。

③ 情感態度與價值觀。通過問卷調查和課堂討論，了解學生對跨學科學習的態度，如是否認識到跨學科學習的重要性；對科學和信息技術的興趣是否有所提升；是否培養了創新意識和勇于探索的精神；在學習過程中是否形成了嚴謹的科學態度和社會責任感。

5.2評估方法與工具

① 測試法。設計科學知識測試卷，涵蓋選擇題、填空題、計算題、實驗題等多種題型，全面考查學生對科學知識的掌握情況。編制信息技術技能測試任務清單，要求學生在規定時間內完成特定的軟件操作、數據處理項目，根據完成情況進行評分。

② 問卷調查法。編制學生學習態度、興趣與學習體驗的調查問卷，采用李克特量表形式，從“非常同意”到“非常不同意”設置多個選項，了解學生對跨學科教學的滿意度、學習興趣的變化、學習收獲等方面的情況。同時，設置開放性問題，收集學生對教學內容、教學方法的建議和意見。

③ 觀察法。制定課堂觀察量表，明確觀察指標，如學生的參與度（包括發言次數、提問次數、主動參與討論的頻率等）、合作能力（團隊成員之間的互動情況、分工合理性等）、思維活躍度（提出創新性觀點、解決問題的思路等）。在課堂教學過程中，由教師或觀察員進行觀察記錄，定期對觀察數據進行分析總結。

6結論

初中科學與信息技術的跨學科融合教學能夠有效激發學生的學習興趣，提高學生的學習效果，培養學生的創新思維和實踐能力。通過明確融合教學目標、整合教學內容、創新教學方法和模式，能夠實現科學與信息技術的深度融合，提升教學質量。同時，建立科學合理的評估體系，能夠全面評價學生的學習成果和能力發展。

（作者單位：浙江省龍泉市啟明實驗學校）