初中信息科技跨學科主題學習設計與實踐研究

跨學科主題學習依托真實問題情境與綜合性學習內容，在整合多學科知識、解決現實問題的實踐中具有獨特優勢。當前跨學科主題學習活動以豐富多樣的內容和生動有趣的教學方式讓學生受益匪淺。然而，若學習活動的設計缺乏核心邏輯主線，學生易停留于表層知識與技能習得，難以深度發展學科核心素養。本文基于信息科技學科的六條邏輯主線，嘗試構建跨學科主題學習內容的統整框架，通過綜合運用多學科知識解決真實問題，提煉初中信息科技跨學科主題學習的設計模式與實踐路徑。

一、跨學科主題學習設計原則

（一）學科本位原則

跨學科主題學習是在學科交叉的前提下，以某一學科作為教學主體，借助其他學科相關聯的知識和技能，對主體教學學科進行探究的活動[1]。這就要求教師在主題活動設計的過程中牢牢把握信息科技學科的邏輯主線，從結構和內容上設計出符合學科育人價值的主題，從而提高學生對知識的內化程度和應用廣度。

（二）素養導向原則

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）明確提出課程內容結構化與素養導向的質量觀，并強調“強化學科實踐和跨學科主題學習”?！读x務教育課程方案（2022年版）》要求，各門課程須用不少于 10% 的課時設計跨學科主題學習[2。可見，跨學科主題學習已成為我國義務教育階段課程改革倡導的一種重要學習方式，為發展學生的核心素養提供了新的途徑[3]

（三）真實問題原則

跨學科主題學習是一種以真實的問題情境為載體，讓學生在運用多學科知識解決實際問題的過程中提升核心素養的課程組織形式。真實問題既是學習的出發點，也是落腳點，其核心在于源自學生生活場景、能有效激發學生探究動力。

（四）單元統整原則

跨學科主題學習因其豐富的活動內容和復雜的任務，往往需要連續的課時完成。這就要求教師在設計時，應以單元的形式組織學習活動，幫助學生系統化地構建知識體系，深化學習體驗。

二、實踐背景與學情分析

（一）實踐背景

跨學科主題學習設計首先需要思考如何選擇真實的學習主題，然后以學科邏輯主線為框架構建教學內容，從而培育學生學科核心素養。因此，教師以學生熟悉的巢湖環境遭受破壞為背景，設計了跨學科主題“構建數字巢湖水文氣象觀測系統”，旨在通過實踐探究深化環境教育與學科融合。該跨學科主題學習可以強化學生生態保護意識，提升其綜合運用多學科知識解決實際問題的能力。

（二）學情分析

八年級學生已系統掌握物聯網基礎架構及其生活應用場景，具備利用實驗裝置搭建簡易物聯網原型的技術能力。通過生物學知識的學習，學生理解了物種多樣性及生態保護重要性；地理學科的課程使他們認識到氣象信息對生產生活的重要影響。然而，學生普遍缺乏跨學科知識整合的實踐經驗。因此，本單元需構建完善的學習支架及明確的協作學習規范，通過結構化引導促進學生高效開展探究活動，實現多學科知識的遷移應用。

三、教學內容與活動設計

（一）依據邏輯主線，設計單元內容

通過研讀課標，我們可以發現，信息科技課程的邏輯主線在不同學段的滲透與體現程度存在差異。這些主線并非單一學段的孤立的概念，也不是在各學段均勻分布，而是依據學生的認知水平和概念間的邏輯關聯，有主次有先后地組合出現。結合主題，筆者依據信息科技課程的邏輯主線，將本單元中的活動與核心概念的關系進行了梳理與總結（如圖1）。在學習過程中，學生不僅需要掌握物聯網模塊的相關知識，還需綜合運用信息科技、地理、生物學、物理、藝術、數學等學科知識，共同設計并制作巢湖水文氣象觀測系統。

（二）依據課程結構，確定教學目標

教學目標既是出發點，也是教學評價的落腳點，因此在確定時應確保其適切性與準確性。同時，作為跨學科主題學習活動，學習目標需體現出各個學科教學內容的落實情況?；趯底謿庀笳鞠嚓P知識的梳理及對學情的深人分析，筆者將學習目標確定如表1所示。

（三）錨定核心素養，構建活動任務

學科核心素養是教學活動實施后內化的實質，教學活動是學科核心素養外顯的形式，所有教學目標的達成均需依托具有挑戰性的活動任務來實現。通過梳理總結，筆者將本單元的各課時教學活動內容總結如圖2所示。

圖1“構建數字巢湖水文氣象觀測系統”中的活動與核心概念

四、教學實施與評價

下面以第4課時“建立水文氣象觀測協作網”為例，詳細闡述通過活動任務和教學評價落實各學科核心素養培育。

（一）教學實施

本課為該跨學科主題學習單元的最后一課時，兼具學習拓展與作品優化的實踐功能。本節課的教學內容主要包括兩部分。其一，教師帶領學生制訂數據匯聚的準人規則，確保多點數據接入遵循統一的標準與安全規范，涵蓋數據格式、更新頻率及訪問權限等要素。在此基礎上，學生修改并完善程序，實現多個水文氣象觀測系統的數據傳輸至統一的物聯網平臺。其二，教師引導學生整理共享數據實現協同預警，對匯聚到物聯網平臺上的各類數據進行二次整理和共享應用，實現利用水文氣象觀測協作網對水華（藍藻暴發引起的水體污染現象）的協同預警。學生在本課時可以初步感知大數據和人工智能在氣象預測中的作用。

1.科學判斷水華的危險等級

課程伊始，教師首先播放關于水華危害的視頻，并提出問題“如何根據水華的危險等級進行有效應對”。學生經過討論分析，將問題逐步聚焦至“如何及時判斷水華是否發生”“如何評估特定水域的水華危險等級”兩個核心議題。學生結合在生態環境相關部門官方網站上搜索到的水華危害分級標準，提出假設：可以使用水文氣象觀測站點采集的數據判斷是否發生水華，再將多個站點組網連接，形成協作網共同評估水華程度等級，從而實現協同預警。

表1“構建數字巢湖水文氣象觀測系統”學習目標

圖2“構建數字巢湖水文氣象觀測系統”單元活動任務設計

該環節通過播放視頻激發學生對巢湖環境治理的思考。在教師的持續引導與追問下，學生結合前期所學知識，逐步明確建立水文氣象觀測協作網的目的。與此同時，通過將一個大問題拆解為多個可解決的小問題，學生在這一過程中有效提升了計算思維和解決問題的能力。

2.匯聚多個水文氣 象觀測站點數據

在明確組建協作網的任務目標后，教師需要引導學生思考如何實現這個目標。該教學環節包括兩個活動。

（1）小組討論，制訂規則

首先，學生在教師的指引下發現，建立水文氣象觀測協作網需厘清數據匯聚的相關規則，包括傳輸哪些數據用于判斷、數據傳輸的目標對象，以及合理的傳輸頻率。此外，規則明確了數據讀取與共享的權限，有效保障了物聯網系統的信息安全。

該活動中制訂數據上傳與匯聚規則的目的，在于幫助學生理解水文氣象觀測協作網的結構和數據使用的規范，為后續的代碼修改奠定基礎。

通過教師引導，學生能夠在短時間內認識到數據傳輸規則對物聯網系統安全的重要性。

（2）匯聚數據，協作組網

與學生以前接觸的物聯網作品相比，水文氣象觀測協作網最大的特點在于數據匯聚終端的多點分布。在修改核心代碼的過程中，學生發現了新問題：由多個水文氣象觀測站點構成的監測網絡覆蓋了巢湖的哪片水域？這一問題自然引出跨學科知識一一地理坐標的學習與應用。在觀看微課學習地理坐標的相關知識后，學生修改代碼以發送位置坐標信息，并在可視化面板中實時查看數據及其覆蓋區域效果（如圖3）。

圖3水文氣象協作網組網效果

在該活動中，修改網絡連接配置的過程可以幫助學生理解什么是協作網。學生結合七年級學習的互聯網的相關知識，進一步鞏固了對局域網和廣域網的理解。另外，教師借助地理學科中經緯坐標的知識，引導學生通過發送坐標位置生成可視化地圖，從而幫助他們更加直觀地了解水文氣象觀測協作網覆蓋的區域。這一多學科知識融合的過程，有效提升了學生綜合運用多學科知識解決復雜問題的能力。

3.怎樣根據危險等級協同預警

在匯聚了多個水文氣象觀測站點的數據、成功搭建水文氣象觀測協作網后，教師需要帶領學生對學習成果進行測試、調試，以確定實現教學目標，引導學生將所學遷移到其他情境中。

（1）模擬測試，協同預警

為實現根據不同危險等級觸發不同的處理機制，學生首先需要對水文氣象觀測協作網內水文氣象觀測站點報警數量情況進行分類討論。在實驗過程中，學生可以設定當2個水文氣象觀測站點發出警報時開啟自動除藻，同時可以通過提升數據采集頻率，密切關注水華的變化并及時調整應對策略。接下來，學生通過修改核心代碼，構建基于不同危險等級的物聯網分級響應機制。最后，學生用白開水模擬清水，用加了粉筆灰的水模擬水華，依次替換四個小組的實驗水體，以此驗證水文氣象觀測協作網的協同預警功能。

在這個活動中，學生通過動手實驗和模擬測試，體驗水文氣象觀測協作網協同預警功能的實現過程。借助數字化學習平臺與工具，學生能夠在更大空間里開展數據探究，并對實踐過程中產生的新問題進行深度思考與系統性探究。

（2）學習回顧，總結展望

教師結合教學內容和落實情況，引導學生拓展思考水文氣象觀測協作網的潛在功能。這一總結性活動不僅鞏固了課程所學知識，更拓展了學生的技術視野。學生進一步認識到，面對巢湖治理中海量數據的處理需求，以及更高精度氣象預測的時效性要求，需依托大數據分析與人工智能等前沿技術的支撐。

（二）學習評價

新課程改革強調教學評的一致性。同時，課標倡導采用多元化評價手段對學生學習效果進行綜合評估。基于此，本單元教學構建了“三維融合”評價體系：在時間維度上，實施過程性評價與終結性評價相結合；在內容維度上，采用作品評價與書面測試相結合；在主體維度上，整合教師評價與學生自評互評。在該評價體系設計中，以作業任務為橫向評價維度，可以確保學生達成學科基礎知識的掌握要求；以作品制作為縱深評價維度，可以引導學生整合多學科知識解決復雜真實問題。通過該評價體系，對學生學習進展的實時跟蹤與動態反饋得以實現（如圖4）。

本活動依托社團教學時段開展，通過優化時間資源配置保障學生探究學習與動手實驗的充分實施，同時借助多元學習資源降低任務認知負荷，結合分層作業設計促進知識遷移應用。結項時的問卷調查和個別訪談統計結果表明，跨學科主題學習不僅獲得學生的高度認可，更在激發學習動機、提升跨學科整合能力及促進核心素養發展方面展現出顯著效能。

五、跨學科主題學習總結與反思

本教學活動以巢湖水文氣象觀測為問題情境，構建了既契合地域實際又適配本校學情的跨學科學習主題。在教學過程中，筆者針對跨學科主題學習的實施效能進行了系統性反思，形成以下實踐啟示。

（一）跨學科主題學習資源的開發需突破學科界限

傳統跨學科主題學習實施的核心困境在于，教師受限于跨學科知識儲備不足，難以獨立完成科學嚴謹的教學資源開發。因此，本活動在設計時便組建了跨學科教師協作組，聯合地理、物理、信息科技等多學科教師共同研發教學資源，有效避免了單一學科視角可能帶來的科學性偏差。同時，活動實施依托UMU教學平臺構建數字化資源庫，實現資源的前置共享與在線交互。學生可通過平臺進行自主學習和討論，各學科教師亦能在“參與建設的課程”模塊進行跨時空答疑，形成“資源共建一問題共解”的協同支持機制。

（二）跨學科主題學習課時安排要靈活變通

當前學校尚未建立跨學科教學的專用課時制度，本研究主要依托課后服務時段開展（每周1課時），導致學習連續性不足。后續研究擬通過“線上 + 線下”混合式學習模式，利用在線學習平臺拓展學習時空，構建“課內探究一課外深化”的連續性學習鏈，破解課時碎片化難題。

（三）跨學科主題學習更適合小班額教學

由于任務的綜合性與復雜性，學生在實踐中易產生大量問題。在大班額的教學情境下，教師難以兼顧個性化指導需求。實踐表明，25人左右的小班規模能顯著提升活動組織效能。若需在大班環境中實施跨學科主題學習，筆者建議采用雙師協同模式（主講教師 + 助教），通過分組輪轉、差異化任務設計等策略保障教學有效性。

參考文獻

[1]毛菡.小學科學跨學科主題式教學策略研究[D].南寧：南寧師范大學，2023.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育課程方案：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3]劉潔，基于學科核心素養的初中信息科技大單元教學設計研究[D].南昌：南昌大學，2023.

（作者賀森系安徽省合肥經濟技術開發區信息科技兼職教研員，合肥一六八玫瑰園學校東?？萍夹畔⒅行闹魅危挥鞒苛料蛋不帐『戏室涣嗣倒鍒@學校信息科技學科主任）

責任編輯：李媛