信息科技與科學(xué)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)路徑研究

在知識經(jīng)濟時代背景下，學(xué)科融合與交叉現(xiàn)象日益顯著，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)與跨學(xué)科能力已成為教育的重要目標。義務(wù)教育階段的課程改革著重突破學(xué)科界限，推動學(xué)生整合和應(yīng)用知識，提升其解決實際問題的能力。信息科技與科學(xué)學(xué)科作為與現(xiàn)代社會發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域，具有顯著的實踐性與綜合性特征。因此，探索二者的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)路徑具有重要的現(xiàn)實意義?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)有助于學(xué)生更深人地理解與應(yīng)用知識，培育創(chuàng)新思維與實踐能力，為他們未來的學(xué)習(xí)與生活奠定堅實基礎(chǔ)[1]

一、理論基礎(chǔ)與實踐背景

（一）政策與課程標準要求

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》強調(diào)該課程的基礎(chǔ)性、實踐性和綜合性，要求以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)等邏輯主線組織教學(xué)，同時倡導(dǎo)設(shè)置“跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題”，通過項目式學(xué)習(xí)強化課程協(xié)同育人功能。該課程旨在培育學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力以及信息社會責(zé)任?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》聚焦科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐及態(tài)度責(zé)任的核心素養(yǎng)培養(yǎng)[2]。兩個學(xué)科的目標具有一致性，為開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)提供了堅實的政策支持與理論依據(jù)?？鐚W(xué)科主題學(xué)習(xí)能夠促進學(xué)生在不同學(xué)科知識的交融中深化理解、提升應(yīng)用能力，進而發(fā)展綜合素養(yǎng)，契合新時代對人才培養(yǎng)的要求。

（二）學(xué)科融合的必要性

信息科技與科學(xué)學(xué)科在知識體系上存在多重交叉。科學(xué)實驗的數(shù)據(jù)采集與分析需要信息技術(shù)的支持。如傳感器、數(shù)據(jù)分析工具等技術(shù)手段能夠幫助學(xué)生更準確、高效地獲取和處理實驗數(shù)據(jù)，從而得出可靠的科學(xué)結(jié)論。同時，信息科技的算法設(shè)計也需要依賴科學(xué)邏輯，如控制變量法、實驗驗證等，科學(xué)思維為算法的合理性和有效性提供了保障。此外，信息科技的進步也為科學(xué)研究提供了新的方法和手段，如模擬實驗、大數(shù)據(jù)分析等，有力地推動了科學(xué)研究的深人發(fā)展。兩個學(xué)科的實踐性與綜合性特點，為二者的深度融合提供了可能性。通過跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在信息科技實踐中深化對科學(xué)知識的理解，并在科學(xué)探究過程中提升信息科技的應(yīng)用能力，從而促進學(xué)科間的協(xié)同增效。

二、跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)路徑設(shè)計

（一）真實情境驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)

1.核心理念

真實情境驅(qū)動的項目式學(xué)習(xí)以貼近生活的真實問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生整合信息科技與科學(xué)學(xué)科的知識解決實際問題。這種學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，使他們在解決問題的過程中深刻體會到學(xué)科知識的實用價值[3。

2.實施步驟

第一步：選題與驅(qū)動性問題設(shè)計。選題是項自式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要結(jié)合信息科技與科學(xué)學(xué)科的知識，選擇具有實際意義和挑戰(zhàn)性的問題。例如，“校園溫度濕度監(jiān)測與優(yōu)化”項目要求學(xué)生探究如何利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)規(guī)律，并通過編程設(shè)計智能調(diào)控方案[4。該選題既與學(xué)生的校園生活密切相關(guān)，又涵蓋了信息科技領(lǐng)域的傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和編程知識，同時涉及科學(xué)學(xué)科中的溫度濕度對植物生長的影響等知識。這個選題兼顧學(xué)生的實際生活和學(xué)科知識的融合，其依據(jù)是學(xué)生的興趣和學(xué)科知識的應(yīng)用場景。

第二步：任務(wù)拆解與合作分工。在確定選題后，教師需要拆解項目任務(wù)，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)科特長和興趣進行協(xié)作分工。在“校園溫度濕度監(jiān)測與優(yōu)化”項目中，學(xué)生分為科學(xué)組和信息科技組。科學(xué)組負責(zé)設(shè)計實驗方案、選定測量地點和時間、使用溫度計和濕度計等儀器記錄溫度濕度變化規(guī)律。信息科技組需要掌握傳感器操作技術(shù)、數(shù)據(jù)采集傳輸方法，并運用數(shù)據(jù)可視化工具（如Python繪圖）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和展示。這種基于學(xué)生特長和項目需求的分工模式，能夠充分發(fā)揮學(xué)生優(yōu)勢，提升協(xié)作效率與學(xué)習(xí)成效。

第三步：跨學(xué)科知識整合。在項目實施過程中，學(xué)生需要融合信息科技與科學(xué)學(xué)科的知識。在“校園溫度濕度監(jiān)測與優(yōu)化”項目中，科學(xué)組需要理解溫度濕度對植物光合作用、呼吸作用等生理過程的影響機制，以及不同植物的溫度濕度適應(yīng)范圍。信息科技組需要掌握傳感器的工作原理和編程技術(shù)，能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行處理和分析，并設(shè)計智能調(diào)控算法實現(xiàn)對溫度濕度的自動調(diào)節(jié)。跨學(xué)科知識整合作為主題學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)，其必要性源于學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系和解決實際問題的需要，這種整合能夠提升學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力。

第四步：成果展示與反思。項目完成后，學(xué)生需要進行成果展示和反思。成果展示可以通過校內(nèi)展評、社區(qū)應(yīng)用等方式進行，以增強學(xué)生的成就感和自信心。反思環(huán)節(jié)要求學(xué)生系統(tǒng)梳理項目實施過程中的問題和不足，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為今后的學(xué)習(xí)和實踐提供參考。在“校園溫度濕度監(jiān)測與優(yōu)化”項目中，學(xué)生通過對數(shù)據(jù)的分析和對比，發(fā)現(xiàn)溫度濕度對植物生長的影響規(guī)律，并提出合理的建議和改進方案。同時，學(xué)生也會反思在項目實施過程中遇到的問題，如傳感器的精度問題、數(shù)據(jù)采集的誤差等，并提出相應(yīng)的解決措施。成果展示與反思機制契合學(xué)習(xí)反饋原理與學(xué)生發(fā)展需求，通過持續(xù)迭代促進學(xué)生能力提升。

（二）學(xué)科邏輯主線貫通的教學(xué)設(shè)計

1.核心理念

以信息科技的六大邏輯主線（數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能）為框架，融入科學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，形成一個有機的知識網(wǎng)絡(luò)，這種設(shè)計能夠幫助學(xué)生梳理學(xué)科知識，建立知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，提升學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。其理論依據(jù)在于信息科技的邏輯主線能夠為學(xué)科知識的整合提供一個清晰的框架，促進學(xué)生對知識的深度理解與結(jié)構(gòu)化掌握。

2.實踐案例：“校園智能氣象站”項目設(shè)計

在初中信息科技與科學(xué)跨學(xué)科融合項目“校園智能氣象站”中，我們以信息科技的六大邏輯主線為框架，構(gòu)建了一個完整且易于理解的知識網(wǎng)絡(luò)。

（1）數(shù)據(jù)主線。學(xué)生使用簡易傳感器自動采集校園環(huán)境數(shù)據(jù)。這期間學(xué)生需要像實驗室研究員那樣嚴謹：當(dāng)濕度傳感器顯示異常時，他們會啟動預(yù)設(shè)的“復(fù)核程序”（如同重復(fù)科學(xué)實驗排除誤差）手動驗證數(shù)據(jù)。這種將科學(xué)課程內(nèi)容“測量方法”與信息科技課程內(nèi)容“數(shù)據(jù)清洗”結(jié)合的過程，讓學(xué)生深刻理解到“真實數(shù)據(jù)是科學(xué)分析的基石”。

（2）網(wǎng)絡(luò)主線。學(xué)生借助Wi-Fi模塊把氣象數(shù)據(jù)發(fā)送到班級共享的網(wǎng)頁平臺。在校園實地測試時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)信號在經(jīng)過水泥墻時強度驟降。這立刻引發(fā)了他們對物理課程中關(guān)于電磁波特性的討論：為什么雨水和混凝土?xí)招盘枺繛槭裁葱盘栐陂_闊的環(huán)境中傳輸最穩(wěn)定？這些問題讓課本上的“電磁波衰減公式”變得鮮活起來。

（3）算法主線。學(xué)生用Excel軟件分析兩周積累的上千條數(shù)據(jù)。在繪制彩色折線圖后，他們清晰地認識到，“氣壓曲線跳水”與“濕度曲線攀升”總是伴隨暴雨降臨（地理課程中關(guān)于氣旋形成的知識在此處得到驗證），于是根據(jù)這個規(guī)律共同設(shè)計出風(fēng)暴預(yù)警程序。

（4）人工智能主線。學(xué)生在圖形化平臺上傳本地氣象站記錄的數(shù)據(jù)，教會系統(tǒng)識別暴雨征兆：當(dāng)氣壓驟降曲線配合云量增加時，系統(tǒng)會像經(jīng)驗豐富的老人那樣預(yù)測“兩小時后有雨”。這種方式極大降低了學(xué)生理解人工智能運行機制的門檻。

（5）信息安全主線。為保護校園隱私，學(xué)生將氣象站GPS坐標轉(zhuǎn)化為教學(xué)樓頂，并為數(shù)據(jù)平臺設(shè)置三級密碼權(quán)限。在物聯(lián)網(wǎng)安全這節(jié)討論課上，學(xué)生辯論“該不該向社會公開操場溫度數(shù)據(jù)”的議題。這種思考正是數(shù)字公民素養(yǎng)的萌芽。

（6）信息處理主線。該主線統(tǒng)合整個項目的實施流程，將前面五個主線無縫串聯(lián)。學(xué)生在項目中親歷了“采集一傳輸一分析一決策一反饋”的全流程：傳感器陣列如同感覺器官持續(xù)捕獲環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端后，系統(tǒng)通過閾值算法生成暴雨預(yù)警，并融合圖像識別實現(xiàn)智能預(yù)測，最終在嚴格的權(quán)限控制下輸出多形態(tài)成果。他們設(shè)計出信息分級呈現(xiàn)方案一一教師端可查看原始數(shù)據(jù)流與算法參數(shù)，學(xué)生端呈現(xiàn)動態(tài)可視化圖表，操場電子屏滾動顯示簡化的溫度濕度信息。這種將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為階梯式信息產(chǎn)品的過程，讓學(xué)生深刻理解到：信息處理的本質(zhì)是對數(shù)據(jù)的價值提煉，正如在科學(xué)實驗中從雜亂現(xiàn)象歸納出自然規(guī)律。

（三）技術(shù)工具嵌入的實踐路徑

1.核心理念

以傳感器、編程等技術(shù)工具為橋梁，構(gòu)建“觀察一設(shè)計一驗證”閉環(huán)。通過技術(shù)工具的應(yīng)用，學(xué)生能夠更直觀地觀察現(xiàn)象、設(shè)計實驗方案并驗證假設(shè)，從而提高實踐操作能力和科學(xué)探究水平。這一核心理念的依據(jù)在于技術(shù)工具作為科學(xué)探究的關(guān)鍵支撐，能夠有效增強實踐過程的精確性與探究結(jié)果的可靠性。

2.實施示例

以“探究不同光照條件對光合作用效率的影響”為例，這一實驗案例清晰展示了技術(shù)工具如何在多方面賦能科學(xué)探究。

一是探究問題引入。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生的認知受限，提出的問題比較淺顯，如“光強一點好還是弱一點好”。利用傳感器等技術(shù)工具，學(xué)生可以獲得精準量化的多種參數(shù)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生的探究可以從單一變量比較轉(zhuǎn)向多因素交互機制的深度思考，提出“光從弱到強變化時，光合作用的速度具體是怎樣的”“如果溫度也跟著光照變，兩者會如何對光合作用產(chǎn)生影響”等更具科學(xué)性和復(fù)雜性的問題，從而在問題生成的起點階段即實現(xiàn)認知層次的躍遷。

二是技術(shù)工具應(yīng)用。為了探究不同光照條件對光合作用效率的影響，學(xué)生使用光傳感器與CO₂ 傳感器采集數(shù)據(jù)。光傳感器用于測量光照強度的變化， CO₂ 傳感器通過測量植物光合作用過程中 CO₂ 的吸收量間接反映光合效率的變化。學(xué)生還需要編寫程序?qū)崟r監(jiān)測并自動記錄環(huán)境參數(shù)的變化，如光照強度、溫度、濕度等。利用Excel或?qū)I(yè)的繪圖軟件等圖表工具，學(xué)生分析光照強度與光合速率的關(guān)系，繪制光合速率隨光照強度變化的曲線。技術(shù)工具的選擇以問題情境的需求和學(xué)生的實踐能力為依據(jù)，旨在優(yōu)化探究與分析過程。

三是跨學(xué)科整合。在探究過程中，學(xué)生需要將科學(xué)學(xué)科的知識與信息科技的技術(shù)應(yīng)用有機結(jié)合?？茖W(xué)組的學(xué)生需要理解葉綠體結(jié)構(gòu)與光反應(yīng)機制，了解光合作用的基本過程、原理及光照條件對光合作用的影響機制。信息科技組的學(xué)生需要掌握傳感器的接口技術(shù)和數(shù)據(jù)反饋邏輯，確保傳感器采集到的數(shù)據(jù)準確地傳輸?shù)接嬎銠C中，并進行有效的處理和分析。通過跨學(xué)科整合，學(xué)生能夠更深入地理解光合作用的原理，同時提高信息科技的應(yīng)用能力，實現(xiàn)跨學(xué)科知識的深度融合[5]

三、跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)評價體系的雙維建構(gòu)

（一）核心原則

一是過程性評價。該評價聚焦學(xué)生在跨學(xué)科任務(wù)中的學(xué)習(xí)過程，包括學(xué)生的合作能力、探究能力和技術(shù)應(yīng)用能力等方面。通過過程性評價，教師可以及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題和困難，并給予及時的指導(dǎo)和幫助[。過程性評價可以采用多種方式進行，如課堂觀察、小組討論記錄、學(xué)生作品評估等。采用過程性評價的依據(jù)是學(xué)生的學(xué)習(xí)過程對學(xué)習(xí)結(jié)果的重要性，及時的反饋和指導(dǎo)能夠幫助學(xué)生更好地改進和提高[7]。

二是素養(yǎng)導(dǎo)向評價。該評價關(guān)注跨學(xué)科學(xué)習(xí)中培育的核心素養(yǎng)，如科學(xué)探究精神、信息科技倫理意識等方面?？茖W(xué)探究精神包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、進行實驗、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等方面的能力和態(tài)度。信息科技倫理意識包括數(shù)據(jù)隱私保護、知識產(chǎn)權(quán)保護、網(wǎng)絡(luò)安全等方面的意識和行為。評價載體包括實驗報告、研究論文及項自展示等。采用該評價是實現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)目標與核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求。

（二）實踐工具

首先，設(shè)計“跨學(xué)科能力檔案袋”。檔案袋系統(tǒng)地收集學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中的作品與成果，如實驗記錄、程序代碼、反思日志及研究報告等。檔案袋的建立可為教師提供全面評價素材，同時通過學(xué)生自主整理與反思，促進他們的自我認知與發(fā)展。其設(shè)計基礎(chǔ)源于對學(xué)習(xí)過程與成果進行全景式記錄與評價的需求，為教學(xué)優(yōu)化提供實證依據(jù)。

其次，從“科學(xué)理解”“技術(shù)實現(xiàn)”“批判思維”三個維度應(yīng)用量規(guī)評分?！翱茖W(xué)理解”維度主要評價學(xué)生對科學(xué)知識的理解和掌握程度，包括科學(xué)概念、科學(xué)原理、科學(xué)方法等方面的內(nèi)容?！凹夹g(shù)實現(xiàn)”維度主要評價學(xué)生對信息科技的應(yīng)用能力，包括工具使用、編程技能、數(shù)據(jù)分析能力等方面的內(nèi)容。“批判思維”維度主要評價學(xué)生的批判性思維能力，包括提出問題、分析問題、解決問題的能力，以及對科學(xué)知識和技術(shù)應(yīng)用的反思和評價能力等方面的內(nèi)容。應(yīng)用量規(guī)源于對學(xué)習(xí)表現(xiàn)進行精準化評價的需求，可以使學(xué)生明確自己的學(xué)習(xí)目標和努力方向，提高他們的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

四、結(jié)論與展望

信息科技與科學(xué)學(xué)科的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。通過“情境驅(qū)動、邏輯主線貫通、技術(shù)工具賦能”的實施路徑，學(xué)生能夠在真實情境中解決問題，整合學(xué)科知識，提高實踐能力和創(chuàng)新思維[8。本文基于理論探討與實踐案例，驗證了該路徑的可行性與有效性。

在未來的教育教學(xué)中，我們需要進一步探索“AI+X”的教學(xué)模式，深化人工智能技術(shù)與信息科技、科學(xué)及其他學(xué)科的融合，構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)體驗。同時，我們還應(yīng)不斷完善評價體系，加強對學(xué)生核心素養(yǎng)的全面評價。除了關(guān)注學(xué)生的知識掌握和技能水平外，我們還應(yīng)注重學(xué)生的情感態(tài)度、價值觀以及社會責(zé)任感的培養(yǎng)，利用多元化的評價方式，全面、客觀地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和綜合素質(zhì)。

參考文獻

[1]陳春蓮.信息科技與人工智能為統(tǒng)領(lǐng)的科創(chuàng)教育教學(xué)模式研究[J].教育與裝備研究，2024（7）：62-68.

[2]葡彤.農(nóng)村初中學(xué)生生物學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力提升的實踐研究[D].太原：山西師范大學(xué)，2023

[3]朱林，徐建華．人工智能賦能教師專業(yè)發(fā)展的審思[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2024（7）：17-23.

[4]鄧碩.面向創(chuàng)造力培養(yǎng)的初中開源硬件教學(xué)策略：“數(shù)字氣象站制作”為例[J].教育與裝備研究，2025（3）：49-53.

[5]鄧碩，孫敬.初中信息科技新課標落地的教學(xué)實踐：在線數(shù)字氣象站案例的探索[J].現(xiàn)代教育，2024（5）：22-25.

[6]閆相友.利用希沃交互平臺實現(xiàn)教學(xué)和管理多維發(fā)展[J].中國教育技術(shù)裝備，2024（15）：41-44.

[7]董艷，陳輝.生成式人工智能賦能跨學(xué)科創(chuàng)新思維培養(yǎng)：內(nèi)在機理與模式構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2024（4）：6-16.

[8]鄧碩．蒙特卡洛法在培養(yǎng)學(xué)生計算思維中的實踐探索[J]．中國現(xiàn)代教育裝備，2024（16）：45-48.

（作者系北京市第三十五中學(xué)高級教師）

責(zé)任編輯：李媛