數智賦能小學數學跨學科主題學習的探索與實踐

《義務教育數學課程標準（2022年版）》要求教師“設計情境真實、較為復雜的問題，引導學生綜合運用數學學科和跨學科的知識和方法解決問題”{1]。然而，教學實踐中仍然存在著各學科相對獨立、課時緊張、融合表層化等問題，導致學生難以形成整體認知，缺乏探究維度和解決問題的能力。為解決這些問題，本研究對數智賦能小學數學跨學科主題學習進行了探索與實踐。依托跨學科主題學習設計，本研究將滴水量推算、水資源分布探究、物聯網實時監測、AI多場景數據推理、VR情境體驗以及責任教育有機融合，引導學生在真實情境中多角度探究、合作交流、理性判斷與創意行動，探索“跨學科一主題化一數智化”深度融合的課堂樣態，形成可行的核心素養培養教學路徑。

一、小學數學教學困境與應對策略

（一）學科相對獨立，探究維度缺失

以“水是生命之源”為例，這是小學科學、數學、道德與法治等學科共同關注的重要主題。然而在實際教學中，由于學科之間缺乏系統整合，學習內容顯得零散，學生難以對該主題形成整體認知，常常停留在數據的表面處理或道德層面的簡單認同。在小學數學課堂中，主題“水是生命之源”雖然涉及簡單的數據調查與計算，卻往往未能引導學生主動發現問題、追問原因，更缺乏在真實情境中提出解決方案的思維訓練。為解決這一問題，教師可以深人研讀相關學科課程標準，尋找內容結合點，設計跨學科主題，推動學科間的有機融合。

（二）技能相對主導，實踐深度不足

傳統小學數學課堂常側重于技能訓練為主的任務設計，對內容的深度拓展與跨學科融合的關注不足。比如“水是生命之源”一課，課程雖設計了測量與計算漏水量的實踐環節，旨在通過數據推導理解節水意義，但在實施中往往停留在數據收集與計算的表層操作，未能深入挖掘數據背后的科學意義，也未能與道德與法治課程中關于節水責任的內容有機銜接。

教師可以引人數智技術，創設貼近學生生活與學習的真實情境，從而有效轉變以往以技能訓練為主的單一教學方式，推動多維度的探究學習。

（三）融合相對表層，知識體系碎片化

跨學科主題學習旨在引導學生在真實情境中開展多角度探究，構建整合性的知識體系。然而在實踐中，常因缺乏系統的結構設計，導致教學內容碎片化，學生難以形成清晰的知識框架與邏輯鏈條。

問題驅動與任務鏈的系統設計有助于學生在跨學科主題學習中發現學科間的內在關聯，消除認知割裂。每一環節都圍繞真實問題展開，既聚焦學科核心，又強化數智支架，推動學生在探究實踐中發展科學判斷力與社會責任意識。

二、數智賦能跨學科主題學習活動設計

本課例以“水是生命之源”為主題，強調在真實問題情境中引導學生逐步開展探究、數據分析并生成解決方案。數智技術不僅是信息獲取的工具，更是支持學生認知進階、構建跨學科知識結構的關鍵支架。教學設計通過多層任務鏈，引導學生在真實情境中主動建構意義，實現從問題提出到方案優化的深人學習。

（一）教學目標設計與分析

1.教學目標

本活動聚焦兩類主要目標。一是社會價值遷移目標，即通過引導學生探究水資源浪費的科學成因和生態背景，激發他們節約用水意識，增強其社會責任感，推動環保理念從課堂延伸至家庭與社區，引導學生形成主動節水的行為習慣。二是學科核心素養目標，即在真實問題情境驅動下，整合數學、科學、信息科技、道德與法治等學科知識，借助物聯網、AI、VR等數智技術開展數據的采集、分析與表達，培養學生科學探究精神、數學推理能力與跨學科素養。各課時的教學自標見表1。

表1“水是生命之源”跨學科主題學習活動目標

2.學情分析

六年級學生已經掌握了平均數、百分數和統計圖的基本知識，能夠運用這些知識開展數據整理與簡單推算，并在科學課上初步了解全球水資源分布情況，具備初步的節水意識。然而，盡管學生已掌握基本計算方法，但在從一分鐘到一年的大跨度數據推算中仍容易出錯；面對科學課上關于水資源分布的數據，也往往難以主動運用數學知識進行深入分析。因此，本課例將充分依托學生已有的數學與科學知識基礎，通過動手實驗、逐步推算與跨學科數據比對，引導學生在具體情境中建立對數量關系的理解，增強節水責任感。

此外，學生在信息科技的綜合應用方面相對薄弱。他們雖然已接觸過計算機與基礎軟件，但對其在數學與科學中的融合應用尚不充分，尤其在物聯網監測與AI分析的實時數據處理方面較為欠缺。因此，教學中將借助數智工具，逐步引導學生運用數據分析方法開展跨學科探究，提升他們對信息科技的理解與綜合運用能力。

3.重難點分析

教學重點在于依托數智工具的支撐，引導學生在真實問題情境中整合多學科知識，完成數據采集、邏輯推理與創意表達的全過程探究，增強學生的綜合實踐能力與跨學科素養。

教學難點在于如何幫助學生從多源信息與復雜知識中提煉關鍵概念，深刻理解數據背后的科學價值與社會意義，并進一步將理性認知轉化為具有可行性與邏輯性的節水行動方案，提升綜合建構與表達能力。

（二）跨學科主題學習活動設計

本活動以“問題喚起一數據采集一智能分析一創意轉化”四環節任務鏈為主線，構建系統化的跨學科教學流程。教學設計充分整合數學、科學、信息科技、道德與法治等學科資源，引導學生圍繞真實問題展開以數據為驅動的探究實踐。物聯網、AI、VR等數智工具，可為學生提供動態數據支持、智能推理輔助和沉浸式體驗，推動學生在具體任務中建構多維知識，提升跨學科素養與解決問題能力。項自任務鏈設計與教學安排概況見表2。

三、數智賦能跨學科主題學習活動實施

（一）問題喚起：激發探究興趣，提出驅動問題

第1課時，教師組織學生參觀數字化污水處理廠。學生借助智能數據顯示屏，直觀了解生活污水從排放到凈化回用的全過程。在觀察中，學生注意到水資源浪費的具體情境，由此提出“水龍頭滴水現象為何不容忽視”等問題，深人探究的興趣被激發。本環節通過引人物聯網系統與智能數據顯示平臺，將真實情境與技術支持結合，幫助學生從具象體驗中發現問題、提出問題，并初步建立科學探究的意識。

表2任務鏈設計與教學安排概況

（二）數據采集：開展滴水實驗，獲得數據支持

第2課時，學生圍繞“滴水現象為何不容忽視”這一問題開展實驗探究。通過使用量筒開展短時滴水實驗，并借助物聯網水滴計數器采集不同流量狀態下的數據（如圖1），學生推算出每年浪費的水量，初步建立數據推理意識。在數據對比中，學生直觀感受水資源浪費的程度，強化了節水意識。物聯網技術的引人，不僅提升了數據采集的精度與效率，也拓展了學生對智能設備在日常生活和科學分析中應用價值的理解。通過親歷數據采集全過程，學生逐步形成“從現象出發，用數據說話”的科學思維方式，為后續的智能分析與創意轉化奠定基礎。

（三）智能分析：分析實驗數據，明確節水的緊迫性

在數據推算的基礎上，學生借助大語言模型進行智能分析，探討“這些浪費的水可以用來做什么”這一問題。通過AI推理生成的多場景應用實例，學生進一步了解水資源在農業灌溉、城市供水、工業冷卻等領域的重要應用，初步認識到水資源浪費帶來的社會影響和生態后果。為增強學生的情感共鳴與責任意識，教師引導學生進入VR情境模擬系統，沉浸式體驗水資源危機，如干旱地區的用水困境、家庭缺水帶來的生活挑戰（如圖2）等，讓學生進一步體會節水的緊迫性。

圖1物聯網滴水實驗

圖2VR情境模擬一家庭缺水帶來的生活挑戰

為幫助學生構建系統的認知結構，教師還可引導他們回顧科學課中學習過的全球水資源分布圖，比較淡水與咸水、可利用與不可利用淡水的比例，結合圖示與數據深化理解。學生會驚訝地發現“可利用的淡水資源僅占全球水資源的萬分之零點七五”，由此認識到節水不僅是生活習慣，更是全球議題。在AI與VR技術的協同支持下，學生不僅完成了從理性分析到情感認同的跨越，更將這種感同身受內化為基于數據證據的理性判斷力，在此過程中，跨學科整合的綜合思維得到發展。

（四）創意轉化：設計解決方案，落實節水行動

第3課時，學生將前期形成的理性認知與情感共鳴轉化為實際創意行動。在教師引導下，小組成員借助AI繪圖工具與智能助手生成的案例素材，綜合考慮物理結構、科學原理、節水成效與社會責任，協同設計節水裝置。該過程中，學生撰寫節水倡議書，表達自身立場與方案價值。通過數字平臺展示與交流成果，在“合理性一創新性一可行性”三維指標下開展互評，圍繞關鍵細節不斷優化設計。教師引人本市階梯水價政策，啟發學生將個體節水行為與公共治理相聯動，拓展節水方案的社會適用性與現實意義，最終完成從問題提出、數據分析到方案落實的跨學科探究閉環。

四、總結

在本跨學科主題學習活動中，學生圍繞真實問題情境主動提出探究任務，借助物聯網與AI等工具開展數據采集與推理分析，在VR情境中激發情感共鳴，并最終將節水意識轉化為創意方案。多學科協作的主題學習活動，使學生在真實情境中不斷提升傾聽、表達與合作能力，跨學科素養得到有效提升。

關于跨學科主題學習，本研究積累了三方面的經驗。一是需要以真實問題為切人口錨定學生的探究動機。來自生活的問題可激發學生基于經驗發現矛盾、推理驗證的內在驅動力，實現“問題提出一自主探究一意義建構”的認知閉環。二是需要充分發揮數智技術的作用。將數智工具應用深度嵌人學習鏈條，既可強化數據支撐的科學性與情境體驗的感染力，又可提供認知支架促進跨學科知識結構化，為學生的認知進階賦能。三是需要多學科教師共研，打破學科壁壘。多學科教師的協同教研，可實現教學目標共商、任務共設、評價共施，推動學科知識在真實問題中的有機融合。

這次實踐也暴露出一些問題，如部分學生AI推理缺乏批判意識、創意優化能力不足，學科教師對活動目標的理解深度及技術操作熟練度存在差異，影響了課堂統籌效率與跨學科指導的協同性。

綜上，接下來對小學數學跨學科主題學習的研究實踐將從三個方面展開：優化AI與數據工具的嵌入方式，強化對學生批判性思維的培養；健全多學科教研機制，構建“主題共研一課例共創一反思共進”的常態化協作模式，提升教師的跨學科協作能力；依托學習分析平臺實現學習的過程性追蹤與智能支持，推動“跨學科一主題化一數智化”融合走深、走實。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育數學課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

（作者余力系湖北省武漢市江岸區沈陽路小學教師；王釗系湖北省武漢市江岸區小學教研室教研員）

責任編輯：李媛