技术赋能，双师并进

摘 要：从生活中的植物养护出发，结合学生生物学的学习进度和信息科技的学习基础，确定了以“植物的智能养护”为主题的生物学、信息科技融合课。教学环节包括：情境导入，展示探究成果；学习迁移，思辨影响因素；网络探究，明晰植物特性；基于数据，交流互动反馈；作品评价，拓展知识边界。由此，得到学科融合教学的几点体会：从课标中来，到目标中去；从课堂中来，到学生中去；从学科中来，到融合中去。

关键词：学科融合；初中生物学；初中信息科技；双师课堂

2022年，教育部印发了义务教育课程方案和各学科课程标准，从顶层设计层面对义务教育阶段的学科融合（跨学科）提出了新要求。这一要求的核心在于，以学科融合的形式为学生创造一个贴近真实世界的学习场域，提升学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力。因此，我们从生活中的植物养护出发，结合学生生物学的学习进度和信息科技的学习基础，确定了以“植物的智能养护”为主题的生物学、信息科技融合课。本课时长为60分钟，由生物教师和信息教师进行双师教学。

一、课前思考与目标设定

本课的学习内容基于苏教版初中生物学七年级上册第三单元《生物圈中的绿色植物》和《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“信息课标”）中第四学段（7—9年级）“物联网实践与探索”模块。本课将在生物探究实验的基础上，引导学生借助网络，了解和分析不同植物生长所需的外界条件；进而，设计智能养护系统，并通过简易智能养护系统的搭建，掌握物联网技术中数据采集、处理、反馈控制等相关知识。

本课的教学对象是七年级学生，他们属于数字时代的原住民，对物联网应用并不陌生，但更多地停留在体验的层面，对于物联网中传感器的联合应用缺乏深入的了解和思考。学生在生物学课程的学习中基本掌握了植物各器官及其功能，了解了植物生长所需的外界条件；而在信息科技课程中，他们学习了DFRobot掌控版和Mind+软件，制作过呼吸灯、小夜灯等作品，对于“植物的智能养护”这一内容具有一定的信息技术基础。这个年龄段的学生好奇心强，逻辑思维能力、观察和总结能力正在逐步发展，可以引导他们多思考、总结、探索。

基于学习内容和学生情况，本课的学习目标确定如下：（1）能够说出植物生长需在适宜的温度、充足的水和光照下进行；（2）了解不同植物生长所需的温度、湿度、光照条件，并基于这些条件思考智能养护系统需要实现的功能；（3）能够借助智能套件和编程，检测环境数据，并作出有效反馈；（4）通过植物养护系统中的流程图绘制、系统设计等活动，体验物联网系统的采集、处理、反馈控制等过程，明晰传感器与物联网的关系；（5）了解当下智慧农业的发展情况，感受核心技术对国家发展的意义。

二、课中实践与过程解读

为实现以上目标，教学团队先从真实情境导入，引发学生思考，并请学生联系生物学课堂中的实验进行分组汇报；继而，将生物学知识进行迁移，引发学生的思辨；接着，请学生利用网络开展探究明晰组内植物的相关特性；然后，组织学生检测环境数据，设计互动反馈；最后，开展作品的相关评价，并进行知识的拓展，引发学生的深度思考。

（一）情境导入，展示探究成果

上课伊始，生物教师首先创设真实的生活情境：由于疏于管理，小智家的盆栽出现了枯萎的情况，他希望设计一个系统来实现植物的智能养护，要从哪些方面入手呢？

生物教师引导学生联想绿色植物生长的相关知识：大家还记得植物生长需要的条件有哪些吗？学生开始小声交流：阳光、水、无机盐、空气……生物教师请各小组汇报本组对照实验的研究情况，以达到引导学生理解“科学理论要通过科学实验来验证”的道理。

第一大组探究的是“植物生长是否需要水分”。该组利用黄豆种子萌发箱、基质槽、可控补光灯等设备开展对照实验。学生选用了A1、B1两个基质槽，皆满足充足光照、适宜温度（23 ℃）等条件，不同点在于A1基质槽中提供了充足的水分，B1则没有。经过数据的收集和分析，该组发现：在前两天，两个基质槽中的植物长势相同；随着时间变化，在第5天时，A1槽中的叶子数量达到39片，而B1槽中的植物开始出现枯萎情况，叶子掉落至13片；在第7天时，A1槽中的叶子有50片，而B1槽中的幼苗基本毫无生气。从而，该组得出结论：植物的生长需要水分，水在种子的萌发阶段起到很大的作用。

第二大组探究的是“植物生长是否需要光照”。该组同样设置了对照实验：两个基质槽的水分温度一致，但一个提供充足光照，一个不提供。通过数据的收集分析，该组发现：提供光照的植物茎的长度变化较为明显，从9厘米长到了13厘米，而另一个则从8厘米长到了10厘米。由此，该组得出结论：植物的生长需要光照。

第三大组探究的是“植物的生长是否需要适宜的温度”。该组采用了两个水培架来观察8株黄豆芽的生长变化，一个设定温度为23 ℃，一个则设定为10 ℃。经过9天的对比观察，该组发现：23 ℃环境下的植物长势较好，而10 ℃环境下的植物出现了死亡情况。经过探究，该组得出结论：植物的生长需要适宜的温度；不适宜的温度，不利于植物的生长，甚至可能导致植物的死亡。

在各组学生分享结束后，生物教师继续追问：所有植物生长需要的条件都相同吗？在学生疑惑的眼神中，生物教师开始带着大家进行知识的辩证思考。

（二）学习迁移，思辨影响因素

1. 探究水分对植物生长的影响

生物教师出示小麦和水稻的对比照片，并请学生思考是什么原因导致“北方生产小麦，南方生产水稻”。学生一致回答“水分”。

然后，生物教师带领学生继续观察小麦和水稻各生长时期需要的需水量对比图，并提出了两个问题。第1个问题是：对比小麦和水稻的蓄水量，你发现了什么？引导学生得出结论：不同植物的生长所需水量不同。第2个问题是：对比小麦不同时期的蓄水量，你发现了什么？引导学生得出结论：同一植物不同生长周期所需水量也不同。

接着，生物教师请学生思考以上知识对于智能养护设计有哪些启发。学生积极思考：要了解不同植物所需的水分、了解植物现在的生长阶段……生物教师小结：智能养护设备要监测土壤的湿度，并且不同植物的湿度标准设置要不同。

2. 探究温度对植物生长的影响

生物教师出示一组苹果和榴梿的照片，并借助微视频详细地解释气温会影响植物的光合作用、呼吸作用等多种代谢活动，如温度较低，植物的花芽分化就会受到影响，开花就会延迟，有关光合作用的酶活性还会降低，导致光合作用减弱。

学生看完视频后，生物教师请他们完善结论（植物的生长离不开适宜的温度），并请他们思考这一影响因素对于智能养护设计的相关启发。学生能较快实现知识迁移：智能养护系统要监测环境温度，如果温度过低或过高，要采取相应的调整措施。

3. 探究光照对植物生长的影响

生物教师展示带着灯光的大棚照片，并请学生思考植物在什么条件下要进行补光。学生很快想到在天气阴暗或者雨雪天气需要补光。教师继续追问：光照是不是越多越好呢？随后播放视频“为什么路灯下的黄豆只长高不结籽”，借以引发学生的思考。

学生交流后，生物教师总结：从光照时长来看，有的植物属于长日照植物，有的植物属于短日照植物；如果短日照植物的光照时间过长，那它只会进行营养生长，从而影响花芽的分化。引导学生得出结论：植物的生长离不开适宜的光照。在思考这一结论对于植物智能养护设计的启发时，学生立刻想到了要设置光照时长，并且在光照不足时，采取一些补光措施。

在生物教师的引导下，学生不仅对植物的生长条件有了辩证认识，还将生物学知识迁移到了植物的智能养护设计上。

（三）网络探究，明晰植物特性

学生对植物的生长条件有了辩证认识后，信息教师开始从信息科技课程的角度引导他们进行实践探索。课前，生物教师准备了吊兰、绿萝、大蒜三种植物，并给各小组发了盆栽。信息教师首先引导学生借助自制网站，了解植物的生长特性，思考植物冬季生长的最适条件，并完成本组的调查表格（如表1所示）。经过小组合作，学生很快完成了任务，并填写了学习单。

（四）基于数据，交流互动反馈

引导学生明晰了本组植物的生长特点之后，信息教师利用任务驱动的形式，指导学生用DFRobot套件逐步完成智能养护系统。

任务1：检测监测当前环境中的温度和湿度。

为了让学生能更快地回忆已有知识，信息教师不仅提供了自制网站，还为他们设置了两个提示：（1）使用Dht11温湿度传感器，需要在传感模块中先加入；（2） 要注意引角的

相关数值。由于该任务属于复习类知识，各小组完成较快，代表任务完成的“星贴纸”很快都亮了起来。

任务2：监测当前盆栽中的土壤湿度。

本次使用的是可以接地的土壤湿度传感器，该传感器返回的是模拟信号，不同于常识中的百分制读数，属于新授知识。为帮助学生更好地理解数值对应，信息教师在网页中增加了一个映射的代码（如图1所示）。在小组合作下，学生很快能在屏幕上直观地看到当前的土壤湿度。

任务3：数据设置反馈机制。

根据植物的特性和设备套件来设置智能养护功能。第1—3小组设置温度互动，第4—6小组设置土壤湿度的互动。为了让学生更好地明晰设计算法，信息教师为他们设计了需要填空的流程图，确保他们能够根据之前所学的设备输出方法，如灯光、屏幕显示、声音等，来设置一些互动反馈。

（五）作品评价，拓展知识边界

在各小组完成了智能养护功能的初步设计后，信息教师组织学生从科学性和功能性两个角度开展评价与展示。在科学性方面，观察数据监测是否正确；在功能性方面，思考功能反馈是否合理。经过组内评价和组间评价，信息教师请学生推选出设计较为优秀的小组并颁发加分“星贴纸”。

作品评价之后，信息教师抛出一个任务：请大家结合不同颜色光的功能，为本组植物补光。如果将设备中的一秒等价为一小时，那么，在室内种植时，本组植物需要补光多长时间？此时，学生对生物学中光的作用又有了进一步了解，并且能够根据给出的条件，判断出当前植物在生长期需要补充蓝光或紫光，来促进植物的生长，提升植物的光合作用效率。

接下来，信息教师继续追问：智能养护系统还可以具备哪些功能？学生纷纷回答：希望可以实现自动灌溉、手机控制、播放音乐等功能。然后，信息教师引导学生了解数据反馈与物联网的关系，即要获得当前的数据就要用各类传感器进行信息的采集，从而引出物联网中数据采集、处理、反馈控制等相关知识。信息教师表示在后期的各种学习中，会组织学生继续探索物联网系统，了解感知层、网络层、应用层等三层架构，掌握更多的物联网技术。

最后，信息教师通过视频，展示当前在物联网技术的加持下智慧农业的发展情况，促进学生对技术更深一步的了解，并引导他们明白：只有掌握核心的科学技术，才能促进国家的发展。

三、课后思考与路径探索

结合上述实践，我们有如下三点思考：

（一）从课标中来，到目标中去

学科融合的理论内核在于建构主义，需要师生基于现象、主题、项目等重新建构知识，理解并加强学科之间的关联。

因此，设计本课例之初，我们从两个学科的课标入手，寻找适合学生的学科融合点。《义务教育生物学课程标准（2022年版）》有明确的提示：植物栽培和动物饲养可以综合运用多学科的知识和方法，考虑“结构与功能”“物质与能量”“因果关系”等跨学科概念，设计恰当的装置，以满足生物生长的需要。^［1］信息课标则对互联网与物联网的学习有明确的要求：理解万物互联给人类信息社会带来的影响、机遇和挑战；了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介。^［2］