基于初中信息科技的学科融合课程开发与实践

摘要：本文基于初中信息科技的学科融合，以水中机器人为载体，设计了学科融合教育视域下基于工程思维融合的水中机器人实践方案，从项目式思维教学一步步转变成工程思维的教学，构建了“工程式教学+项目式推广”的应用模式，并整合相关数字化资源与平台，最后达到项目式思维与工程式思维的跨学科融合，以期能够有效地促进学生批判思维、逻辑演绎思维与系统思维的形成，提升学生综合素养。

关键词：信息科技；学科融合；水中机器人；校本课程

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）21-0070-03

信息科技课程在遵循培养德才兼备人才和实现学科教育目标的基础上，正经历着从侧重技术应用向注重学生信息素养培养的转变。同时，信息科技与其他学科的结合也在深化，由单一的技术整合向技术与素养并重的复合型整合发展。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）要求“各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习”，跨学科融合课程可以很好地指导初中阶段学生“快乐学习”，促进学生多元智能的发展，还可以让学生在潜移默化中体验到学习和动手实践的乐趣。基于初中信息科技学科融合校本开发、教学应用研究，对提升初中生涯教学效率有着重大的意义。因此，笔者基于所在学校开发的“走进水中机器人”普及类校本课程，设计了学科融合教育视域下基于工程思维融合的水中机器人实践方案，尝试将信息科技与综合实践中的工程思维融合在一起。

“走进水中机器人”普及类校本课程以保护水资源为目标，针对水生态污染范围广、清理难度高等现状，引导学生将理论与实践相结合。教学内容涵盖对水下机器人的了解和学习，以及设计草图、水中机器人场地搭建、结构设计中的硬件电路设计、软件编程设计、水中机器人外观结构设计与构建、机械结构部件分析等。本课程很好地将信息科技与综合实践中的工程思维融合在一起，符合新课标中“跨学科实践”主题的实施。

基于信息科技跨综合实践工程思维的资源整合

1.发挥“互联网+项目化”学习模式的优势

“互联网+项目化”能拓展学生学习的深度和广度。“走进水中机器人”课程需要8～9个课时，在课程开发和实施过程中，学校信息科技组开发出7个课时的视频教学课程，主要内容是水中机器人的设计、结构搭建、电路板的设计与连接、软件程序的设计等，最后把课程上传到中国大学MOOC平台，让学生周末在家开展线上预习。教师利用互联网建立合作小组，并抛出建设性问题，增加课程的深度，让学生可以利用大语言模型寻求答案等，进而激发学生好奇心和探索欲，引导他们从被动学习转到主动追求和探索知识的过程中。

2.校内科技普及课堂优化线下学习模式

以信息科技为主导的工程设计课程通常具备以下主要特点：从现实世界中发现问题和需求、进行系统化的设计规划、使用信息技术工具来创建模型或初步产品。结合信息科技与综合实践领域的校本课程设计，笔者设计的“走进水中机器人”课程如下图所示。

“走进水中机器人”融合课程分析

1.课程重点

经历和体验“C构思—D设计—I实现—O运作”的基本过程，自主探索，激发创新改进的学习活动。

2.课程难点

项目式学习是一种以学生为中心的课程模式；在完成课程过程中可能会遇到学生筛选、整合信息的能力不足；角色分配不均；团队讨论过程中沟通不畅，部分学生不善于表达自身想法和理解他人观点；在最后的成果展示部分无法创作高质量研究成果，如学生对于用制作PPT、视频或现场操作等展示成果缺乏相关技能。

3.课程创新点

①科技引领：以“水中智能机器人”概念为引导，紧跟时代步伐，以智能水中垃圾清理智能机器人为主体，团队协作进行制作。

②形式新颖：水中垃圾清理机器人比赛有技术挑战性，是培养创新人才、普及和提高学生工程思维的重要平台。

③情境真实：以校园为实践环境，寻找真实世界的具体问题和改善的可能性，贴近学生生活，有效实现知识的迁移。本学期活动结合主题水资源保护，设立水面垃圾清理、水中垃圾清理智能机器人技术挑战项目。

④灵活便捷：通过“线上学习”与“线下实践探索”相结合，激发学生探究主动性以及与小组协助沟通的积极性。

“走进水中机器人”融合课程实践

1.鼓励学生合作设计水中收集垃圾机器人草图，培养信息技能

设计要求：采用小组合作方式，3人为一组。要求：①具有可实现性、灵活性、高效性；②设计机器结构图与功能描述；③设计好后确定每组汇报员，汇报时间为30～60秒。

在学生设计草图（如下页表）的过程中，教师给出拓展提示，如可以展示生活中真实存在的水下机器人，在介绍其功能后，启发训练学生发散性思维，尊重学生个性，同时表扬学生肯动手的好习惯，从而进一步激发学生的内驱力和自主学习能力。

2.成果分享，体会分享快乐和成长

在学生制作水中机器人作品时，可能课堂纪律会较活跃，此时教师要鼓励学生做有意义的交流沟通。学生在汇报作品时，有可能出现思路不清晰或者表达不畅的情况，此时教师积极引导学生梳理知识架构，鼓励学生有条理地表达出来，让学生体会到分享的快乐，在分享中成长。

3.开展合作探究，提升信息素养

在学生制作水中机器人时，每个小组的想法和设计思路都是不同的。课前，教师可以让学生自己利用废旧材料制作。课上，教师再引导学生利用水中机器人套件来搭建，在搭建过程中鼓励小组合作探究，完成有创意的作品。在完成作品后，教师可以鼓励学生自我反思：我的作品还可以在软件编程方面进行改进？隔壁组的创意我们是否可以借鉴？我们组的作品还可以进行怎样迭代？……学生在自我反思中进一步提升探究能力。

“走进水中机器人”融合课程评价方式

1.过程性评价

教师将学生分为8个大组，每个大组6名成员，每个大组还可以分2个小组，每个小组3名组员。在每一堂课上，教师都会根据小组成员表现进行过程性评价，即在教学平台上赋分。同时，教师在课堂上组织小组讨论，评价学生在团队合作中的贡献程度、沟通和协调能力，以及对项目完成的进度和目标的把握情况。

2.表现性评价

作品和报告作为附件呈现，评价学生在设计和制作水中机器人方面的实际表现和成果。在评价作品和报告时，教师要考虑机器人的功能和性能，以及设计的创新性和实用性，还有学生的表达能力和展示效果等。

3.总结性评价

教师可借助平台软件实时统计学生在线完成的自测数据，生成全班总数据及学期总数据。在项目结束后，引导学生撰写学习总结报告，介绍项目的背景、核心问题、解决思路和实践成果等。通过上述两个方面评价学生在项目中的整体表现和成果。

结语

通过信息科技赋能综合实践的学科融合课程学习，能够让学生掌握人工智能技术的基本原理，具备人工智能产品开发的基本技能，在科学实践中提高科学素养和动手实践创新能力，促进学生学习习惯、学习兴趣的养成，进而培育学生的科学探究精神，同时提升对科学家精神的尊重和传承。

参考文献：

刘敏聪，刘鹏飞，郑娅峰，等.基于信息科技的跨学科主题校本课程设计研究[J].数字教育，2023，9（02）：54-61.