新课标背景下信息科技跨学科主题教学实践研究

摘要：本文以“制作远程自动浇灌系统”为例，阐述了如何通过跨学科主题教学实践有效提升学生的综合素养与创新能力。此教学过程不仅激发了学生的学习兴趣与探索未知的热情，还通过项目式学习的方式，有效促进了知识的迁移与应用。

关键词：跨学科主题教学；物联网；信息科技；新课标

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）07-0069-05

《义务教育课程方案（2022年版）》提出“义务教育课程标准要优化课程内容结构，设立跨学科主题学习活动，加强学科间相互关联，带动课程综合化实施，强化实践性要求”。[1]针对此要求，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中提出了向世界介绍我的学校、无人机互联表演、在线数字气象站、人工智能预测出行、未来智能场景畅想等跨学科主题内容。[2]

信息科技跨学科主题教学的必要性

“跨学科主题教学”是在保持学科特色的同时，打破学科界限，围绕特定主题整合多学科内容，通过中心主题指导教学全过程，并采用问题导向的方法，促进学生全面发展的教学理念与实践。在信息科技课程中，跨学科主题教学具有重要的意义。[3]首先，跨学科主题教学能够拓宽学生的学习视野，让学生从多维度深层次地探索与掌握知识。其次，跨学科主题教学能够激励教师不断地去学习新的知识，有助于提升教师团队的专业素养与知识储备能力。最后，跨学科主题教学有助于培养学生的综合素养与创新能力。通过项目式学习的方式，学生能够在解决实际问题的过程中锻炼自己的思维能力、实践能力以及团队协作能力，从而全面提升自己的综合素养与创新能力。

信息科技跨学科主题教学实践

笔者所在学校校园内植物种类繁多，且每间教室都有学生精心照料的绿植。因此，笔者构想以“智慧农业”为核心主题，设计一场跨学科的信息科技教学活动。通过融合信息技术、生物等多学科知识，让学生了解物联网技术在智慧农业中的发展，同时，在实践中培养他们的观察力、实验设计能力、数据分析能力以及跨学科综合素养。可以将智慧农业主题细分为多个小项目，如智能补光系统、智能灌溉系统、智能施肥系统等。下面，笔者以“制作远程自动浇灌系统”为例，进行具体剖析。

1.案例背景

笔者所在学校有一个小型农场，里面种植着许多农作物，其日常养护工作由学生自主承担。由于农场的管理较为烦琐，学生提议将农场升级为智慧农场。经过实地调研与走访，学生发现农场目前面临的最大挑战在于“如何有效管理灌溉”。因此，本案例将开发植物的远程自动灌溉系统作为智慧农场建设的第一步，这样既能确保植物能得到适当的水分滋养，又能减轻学生的管理负担。本学期学生正在学习物联网知识，这为将理论知识转化为实践应用提供了很好的契机。

2.学情分析

本次授课对象是七年级的学生，他们好奇心旺盛，渴望探索新知。学生了解了物联网基础架构、行空板使用及Mind+编程，并在生物实验中展现出观察力、实验设计、数据分析等素养，因此有能力胜任本案例的挑战。然而，物联网是一项新兴技术，学生对其的认知往往仅停留在概念理解的层面，他们容易混淆物联网与互联网的概念，同时缺乏足够的实践经验，学习困难在于物联网技术的跨学科性和复杂性。此外，初中生在硬件搭建与编程实践中可能会遇阻，需加强实践技能培训。

3.学习目标

①理解物联网的基本架构（感知层、网络层、应用层），并清楚每一层在远程自动浇灌系统中的作用。（计算思维）

②通过搭建远程自动浇灌系统探索物联网中数据采集、处理、反馈控制等基本功能。（计算思维）

③体验物联网应用的便捷，树立运用信息科技造福人类的价值观。（信息意识、信息社会责任）

④通过制订并实施方案、分析实验现象等科学探究方法，解决真实情境中的问题，初步形成基于证据与逻辑的思维习惯。（科学思维、探究实践）

4.实施过程

本案例融合了生物实验知识与物联网技术基础，应提前分析学生的现有知识水平和学习能力，以便达到更好的教学效果。本案例具体的教学实施流程如上页图1所示，具体课时规划如上页表1所示。

（1）信息科技与生物之间的跨学科整合策略

为了构建远程自动浇灌系统，首先需要获取植物的水分需求，要求学生能科学设定土壤湿度阈值。在与生物教师的深入交流中得知，在设定阈值的过程中，不能直接照搬文献中推荐的土壤湿度范围，因为这些结论是基于特定环境条件得出的。为了确保数据的准确性，必须通过实验来验证这些数据。只有当实验结果与预期相符时，这些数值才能被采纳应用。这一过程不仅能加深学生对植物生长内在机制的理解，还能为物联网系统提供可靠的数据支撑。

文献研究表明，番茄苗对土壤水分的变化表现出高度的敏感性。因此，本案例采用番茄苗进行实验，探究适合番茄苗生长的最佳土壤湿度范围。本实验通过六个活动推进，这个活动分别是前期调研、实验设计、小组分工、实验操作、数据分析、实验结果，如上页表2所示。经过为期3周的实验，学生对比了不同小组在不同土壤湿度条件下培育的番茄苗。实验前后的对比图清晰地展示了番茄苗的生长状况。实验的总负责人对各小组收集的数据包括叶片数量、茎干分支数量以及植物高度等关键指标进行了详尽的可视化分析。这些数据的分析结果以图表形式呈现，进一步揭示了番茄苗的生长趋势，如上页图2所示。通过分析，学生得出了初步的结论：适合番茄苗生长的土壤湿度范围为60%～80%。

在实验过程中，学生不仅能掌握生物实验从前期准备到最终数据分析的每一个关键环节，还能初步构建以实证为基础、逻辑为导向的思维模式，完美契合生物学科培养学生科学素养与逻辑思维能力的核心教学目标。在实验结束后，学生能得出适合番茄苗生长的最佳土壤湿度范围，这一成果直接回应了实验初期的核心问题“如何判断植物需要浇水”。基于此结论，当检测到番茄苗的土壤湿度值低于该临界值时，便能触发自动灌溉机制，确保番茄苗得到适时的水分滋养。

（2）远程自动浇灌系统原理梳理过程

在之前的磨课中，笔者意识到直接呈现物联网系统原理及程序流程图的方式，虽然能让学生快速获取知识，但却限制了学生计算思维的发展，导致小组在项目执行的过程中缺乏讨论与思考。为了改善这一状况，笔者对教学设计进行了如下优化：

首先，在教学中采用问题导向的学习策略。通过一步步提出问题引导学生主动进行思考，如在各小组思维碰撞的过程中逐渐理解远程自动浇灌系统的原理，这一过程有助于学生知识框架的搭建，还能培养学生分析并解决问题的能力。

接着，鼓励学生小组之间进行合作，完成程序设计流程图的绘制（如图3）。在此期间可能会存在一些问题，如部分学生不熟悉流程图的绘制技巧或难以有效梳理思路。教师可以细心观察各小组的进展情况，及时为遇到困难的学生提供指导与讲解。

由于初中生已具备良好的自主学习能力，所以在硬件搭建阶段教师承担指导者的角色，可提前为学生提供硬件操作说明书作为辅助资源，让学生在搭建远程自动浇灌系统的过程中，习得新的知识。[4]

信息科技跨学科主题教学实践的思考

1.创设沉浸式真实情境，增强学生的学习代入感

新课标背景下的真实情境教学，不仅强调情感体验还强调思维发展，不仅将情境作为课堂教学中的某一环节还将其贯穿教学始终。[5]在跨学科主题教学中，情境教学不仅能激发学生的学习欲望，让学生主动投入到对知识的探索中，还能促进学生对复杂知识体系的理解并且有能力将此迁移到日常生活中，进而训练学生的跨学科综合思维能力。

2.如何在跨学科主题教学中体现本学科的核心地位

起初，笔者分配了大量课堂时间来详细讲解生物实验的基础知识，并用半节课的时间让学生进行实验操作和结果分析。显然，这样的安排过于偏向生物学科，没有彰显信息科技学科的核心地位。通过与生物教师的沟通，了解到了学生已具备良好的生物实验基础技能。因此，笔者调整了教学策略，将实验操作以及结果分析放在课后，在课堂上则更多地聚焦于信息科技的应用，提升了信息科技学科的主体地位。

3.案例存在的问题及思考

在生物实验的过程中，在采用土壤湿度测量仪监测土壤湿度时，可能会出现结果偏差的风险。这主要由两个原因导致：①仪器本身存在精准度与耐用性问题，学生在实验过程中可能会因为操作不慎损坏仪器，影响测量准确性；②操作过程不当，如未将土壤湿度测量仪埋入土壤至少3厘米，或等待的时间过短等，均可能导致误差产生。为提高测量的精准性与操作的便利性，未来可探索采用土壤湿度传感器结合LED显示屏的方案，实现湿度值的直观显示。当然，该方案也要求学生定期检查传感器的供电状况，确保其稳定运行。

结语

本文以“制作远程自动浇灌系统”为例，证实了信息科技跨学科主题教学在提升学生综合素养和创新能力方面的有效性。开展项目式学习能激发学生的学习热情，促进他们在真实情境中的知识应用，同时也锻炼了学生的计算思维和团队合作能力。尽管本项目主题在实施中遇到了一些挑战，但所获取的经验也为笔者未来的教学提供了改进的方向。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：5.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：13.

[3]任学宝.跨学科主题教学的内涵、困境与突破[J].课程·教材·教法，2022，42（04）：59-64+72.

[4]周纯.信息科技跨学科主题学习的特征、类型与实践策略——基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的分析[J].上海课程教学研究，2024（04）：23-29.

[5]王鉴，张文熙.新课标背景下的真实情境教学：内涵、特点及策略[J].教师教育学报，2023，10（06）：78-86.