學習支架支持下的初中信息科技跨學科主題教學研究

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674-2117（2025）15-0063-05

引言

《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）要求各科目課程要用不少于10% 的課時，安排跨學科主題學習。

《“十四五”國家信息化規劃》強調，要加強信息技術基礎研究，支持開展跨學科、跨專業研究，強化關鍵信息技術創新。2由此可見，我國教育課程改革正積極推進跨學科主題學習。然而，目前跨學科主題學習缺乏有效的學習支架支持，導致各學科在內容融合過程中存在困難。因此，筆者嘗試運用學習支架開展初中信息科技跨學科主題教學設計，并以“人工智能預測出行”為例，設計跨學科主題學習項目，旨在更好地促進學生核心素養的發展。

文獻綜述

1.跨學科主題學習

跨學科主題學習從實踐應用出發，以真實問題或項目驅動為引領，注重提升學生的知識遷移能力和學科思維水平。從課程實施層面來看，跨學科主題學習是一種以多學科知識相結合來解決問題的STEM教育形式，強調學生綜合能力的提升。何晉中3分析物理教學與數學的跨學科銜接問題，認為跨學科主題學習應在不同學科教授過程中形成整體認知。從主題設計層面來看，跨學科主題學習重視不同的學科知識與生活的聯系，注重真實情境創設。詹澤慧等人認為跨學科主題應圍繞中華優秀傳統文化等社會生活情境進行設計。范韋莉等人從小學數學實施要點出發，認為跨學科主題應考慮學生的學習興趣和生活經驗，體現學科的關聯性。從教學模式層面來看，跨學科主題學習主要圍繞概念、問題和任務開展教學活動。詹澤慧等人提出以大概念為基礎的跨學科主題學習“C-POTE”模型，以問題鏈促進學生對大概念的深人理解，重視學生的實踐參與。許秋璇等人構建了基于設計的跨學科教學流程模型，提出跨學科核心大概念，融合各學科內容，從而提升學生的探究解決能力。

2.學習支架

學習是基于知識建構的發展過程。為了能夠更好地促進知識建構，學習支架在最近發展區為學生的發展提供恰當的支持，尊重學生的認知發展規律，引導學生主動建構，發展學科核心素養。[8-9]從學習支架的類型來看，閆寒冰從學習支架的表現形式出發，將其分為范例、問題、建議等類型，在教學過程中根據不同的需要提供不同的學習支架。易錫添從單元教學的視角出發，將學習支架分為情境性、目標性、任務性、交流性、資源性和評價性，進一步優化教學環節，改善課堂整體教學效果。從學習支架的應用來看，郭炯等人2通過構建學習支架支持的批判性思維培養模型提升了學生批判性思維。何文濤等人[13]提出了基于擴展FC知識圖的問題解決類協作學習支架，有效解決了學生在問題解決過程中出現的思維卡點、思維錯路等問題。

學習支架支持下的初中信息科技跨學科主題教學設計

1.設計思路

新課標明確指出“義務教育課程需要優化課程內容結構，設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關聯”。4跨學科主題教學應選擇科學原理與實踐應用并重的教學內容，注重運用跨學科知識融合解決復雜問題。因此，筆者在學習支架支持下將跨學科主題學習的要素融人到教學當中，旨在為信息科技課程以及跨學科主題教學的設計提供方向指引。

圖1

表1

2.教學流程

筆者基于國內外跨學科主題學習的相關研究，參考詹澤慧等人提出的跨學科主題教學“C-POTE”模型，梳理了學習支架支持下的初中信息科技跨學科主題學習的教學流程，如上頁圖1所示。

3.評價設計

學習支架支持下的初中信息科技跨學科主題學習評價采用過程性評價和總結性評價相結合、個人自評與小組互評相結合的方式。根據跨學科主題教學“C-POTE\"模型及相應成果要求，設置分享匯報評價、實驗方案評價、制作實踐評價部分，具體的評價構成如上頁表1所示。

“人工智能預測出行”案例分析

“人工智能預測出行”作為新課標跨學科主題學習“互聯智能設計”的專題之一，整合了信息科技、數學、綜合實踐等多學科內容。

該項目通過多種方式采集溫度、濕度、光照及降水等環境參數，并結合物聯網與人工智能技術預測和優化人們出行的方式，既實現了學科知識的融合應用，又為智慧城市等拓展場景提供了可遷移的技術范式。

1.教學目標

① 認識到人工智能在智慧社會出行預測領域的應用。（信息意識）

② 理解基本的機器學習算法原理，并能夠梳理其在預測模型中的應用。（計算思維）

③ 通過搭建各類傳感器，利用現有數據訓練簡單的預測模型，并掌握數據預處理、模型訓練和評估的方法。（數字化學習與創新）

④ 通過案例分析和小組討論，能夠客觀看待人工智能技術的優勢和局限性。（信息社會責任）

2.教學活動

（1）創設情境，明確概念群“人工智能預測出行”指向智慧城市的治理和發展，體現智能化在交通領域的滲透和作用。為了讓學生更好地理解知識、發展能力、體會創造意義、發展學科核心素養，在跨學科主題學習活動中，教師引導學生體驗現有場景和暢想未來場景，并將信息科技、數學、綜合實踐等多學科知識融入到創想活動中，探討模擬和實現過程中知識的應用和滲透。同時，教師為學生提供關于人工智能預測出行的基本概念和原理，并分享出行預測案例，有意識地引導學生通過整合不同學科的知識，明確學科知識概念群（如圖2）。

（2）組織探究，形成問題鏈

教師通過播放未來智慧城市交通的視頻（通過智能設備實時了解交通狀況，選擇最優路線），激發學生對智能出行的興趣。在理解“預測”這一超學科大概念基礎上，生成跨學科主題學習的主干問題“人工智能如何進行預測出行？”，并從這一問題中分解出子問題“預測在不同天氣條件下，如何

圖2

選擇交通工具來到學校？”“如何利用數學知識剖析預測出行的原理？”“如何結合人工智能技術進行預測出行裝置的制作？”等，引導學生從實際問題出發，思考人工智能在預測出行中的潛在應用。

（3）規劃項目，制訂目標層

表2

在規劃人工智能預測出行跨學科主題學習項目時，教師系統分析學生需求，并在此基礎上制訂科學合理的目標層： ① 通過天氣預報選擇出行方式等。學生可以更直觀地了解人工智能在預測出行中的實際應用。對應的目標層是“能夠清晰有條理地闡述日常生活中預測出行的案例”。 ② 介紹常見的機器學習算法及其在出行預測中的應用場景。學生根據具體案例選擇合適的算法，并解釋算法的原理和優缺點。對應的目標層是“能夠講解基本的機器學習算法原理，選擇合適的預測算法進行訓練，以構建合適的預測模型”。 ③ 解釋人工智能預測出行的技術細節和步驟。學生利用各種傳感器搭建裝置，并掌握數據預處理、模型訓練和評估的方法。對應的目標層是“能夠規劃人工智能預測出行的項目方案并將其實現出來”。

（4）提供支架，設計任務簇

任務簇與問題鏈和目標層聯系緊密，將跨學科主題學習項目串聯起來，通過每一個項目的達成，來解決問題與實現目標。首先，將學生分成若干小組，每個小組選擇一個具體出行預測案例進行深入研究，梳理案例中的關鍵技術和方法，并嘗試總結出行預測的一般流程和框架。其次，學生利用物聯網設備收集相關數據，并進行數據預處理（強調數據質量和特征提取的重要性）；根據所選貝葉斯算法構建預測模型，并進行訓練，調整參數以獲得更好的預測效果。最后，學生利用各種傳感器搭建裝置，連接溫濕度傳感器和水分傳感器等硬件設備，以實時收集環境數據，通過模型預測實時呈現預測結果。

（5）多元評價，收集證據集

教學評價采用多元評價的方式，根據學生的項目成果、自我評價和同伴評價等，對學生進行綜合評價，并給出具體的評價意見和改進建議。

3.學習支架

本項目為學生提供了多樣化學習支架（如表2），有助于學生更好地完成該項目。

結語

學習支架支持下的初中信息科技跨學科主題學習是一種基于具體問題情境的跨學科學習主題活動。本項目以“人工智能預測出行”為例，創設真實情境，充分運用信息科技知識，結合數學、綜合實踐等學科知識，激發學生參與實踐活動的興趣和創新動力，充分體現活動的綜合性和實踐性。實踐表明，按照跨學科主題教學“C-POTE”模型有效推進，有助于培養學生利用跨學科知識解決真實問題的能力。后期，本研究將進一步開展效果驗證，并將其應用于更多信息科技跨學科主題教學當中，以期更好地通過多學科融合貫通，來提升學生的學科核心素養，促進信息科技課程教學改革與創新。

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[14]中華人民共和國教育部.教育部關于印發義務教育課程方案和課程標準（2022年版）的通知[EB/OLJ.htp：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_61992.hme