基于智慧種植的跨學(xué)科實踐探索

成宇航

〔摘? ? 要〕? 本研究旨在探索基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐，以達到《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》對學(xué)生跨學(xué)科思維和實踐能力的要求。通過文獻研究，我們分析了上述標準對小學(xué)科學(xué)教育的影響、跨學(xué)科教育的概念以及智慧種植技術(shù)的背景。研究方法包括多維數(shù)據(jù)搜集，如問卷調(diào)查、觀察、訪談和學(xué)生成績分析，并采用定性和定量方法進行數(shù)據(jù)分析。實施方案涵蓋了課程設(shè)計、教學(xué)策略和學(xué)生參與，強調(diào)了學(xué)生實際操作、觀察能力和解決問題的能力培養(yǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，基于智慧種植的實踐有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力，為新課標和科學(xué)教育目標的實現(xiàn)提供了有力支持。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；跨學(xué)科實踐；智慧種植

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 04? ? 043-045

隨著教育領(lǐng)域改革的不斷推進，《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）對小學(xué)科學(xué)教育產(chǎn)生了深遠的影響。新課標強調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和綜合實踐能力，要求教育體系更加注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。在這一背景下，小學(xué)科學(xué)教育不再是傳授知識，而更強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決問題的能力以及科學(xué)思維方式。因此，我們需要探索新的教育方法，以達到新課標的要求?？鐚W(xué)科實踐在教育領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，它鼓勵學(xué)生跨不同學(xué)科領(lǐng)域，將知識和技能相互結(jié)合，以解決復(fù)雜的現(xiàn)實問題。這種綜合性的教育方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、協(xié)作能力和解決問題的能力。在小學(xué)科學(xué)教育中，跨學(xué)科實踐可以激發(fā)學(xué)生的興趣，使他們更深入地理解科學(xué)知識，并將其應(yīng)用于實際情境。因此，本研究旨在探索基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐，以達到新課標和跨學(xué)科教育的要求。

一、文獻研究

（一）新課標對小學(xué)科學(xué)教育的影響

新課標的頒布，標志著我國小學(xué)科學(xué)教育發(fā)展的重要轉(zhuǎn)變。它強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科綜合能力，包括科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新性思維和實踐技能；強調(diào)學(xué)生需要具備更廣泛的知識，將不同學(xué)科的知識融合，解決現(xiàn)實問題。這一改變對小學(xué)科學(xué)教育提出了更高的要求，需要創(chuàng)新教育方法和課程設(shè)計。

（二）跨學(xué)科教育和STEAM教育的概念和價值

跨學(xué)科教育強調(diào)了不同學(xué)科領(lǐng)域之間的交叉與整合。它鼓勵學(xué)生超越傳統(tǒng)學(xué)科界限，將知識和技能應(yīng)用于現(xiàn)實世界問題的解決中。STEAM教育將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)融合在一起，強調(diào)創(chuàng)新和實踐。這些教育方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合性思維、協(xié)作和創(chuàng)造性解決問題的能力，與新課標的要求相符。

（三）智慧種植的定義和背景

智慧種植是一種利用現(xiàn)代技術(shù)，如傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析工具，以及自動化控制系統(tǒng)來管理農(nóng)作物生長的方法。它幫助農(nóng)民實時監(jiān)測土壤條件、氣象變化和植物生長狀況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行精確的灌溉和施肥。在教育領(lǐng)域，智慧種植技術(shù)提供了一個理想的平臺，可以讓學(xué)生通過實際種植活動來學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等多個領(lǐng)域的知識和技能。

（四）國內(nèi)外智慧種植在教育中的應(yīng)用和研究

國內(nèi)外已經(jīng)有一些學(xué)校和教育機構(gòu)開始探索智慧種植在教育中的應(yīng)用。這些實踐涵蓋了不同年齡段的學(xué)生，并涉及不同學(xué)科領(lǐng)域的跨學(xué)科教育。通過智慧種植，學(xué)生可以實際參與農(nóng)作物的生長管理，同時學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的知識。這些實踐為小學(xué)科學(xué)教育提供了有趣和創(chuàng)新的教育方法，并有望達到新課標對綜合實踐和跨學(xué)科教育的要求。

二、智慧種植在小學(xué)科學(xué)教育中的理論框架

（一）智慧種植與科學(xué)教育的融合

首先，智慧種植技術(shù)的運用能使學(xué)生親身體驗現(xiàn)代科技的應(yīng)用，包括傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和自動控制系統(tǒng)。這將激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，幫助他們更好地理解科學(xué)原理和方法。其次，智慧種植提供了一個將科學(xué)理論應(yīng)用于實際生活的機會，學(xué)生通過種植活動將學(xué)到的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為實際操作，加深了對科學(xué)原理的理解。

（二）跨學(xué)科實踐的理論基礎(chǔ)

跨學(xué)科實踐鼓勵學(xué)生將來自不同學(xué)科領(lǐng)域的知識和技能相互結(jié)合。在智慧種植項目中，學(xué)生需要整合科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)和田間管理等多個領(lǐng)域的知識，以成功地管理植物的生長。此外，跨學(xué)科實踐通常以解決現(xiàn)實問題為導(dǎo)向。在智慧種植項目中，學(xué)生面臨的問題包括如何優(yōu)化植物生長條件、如何減少資源浪費等。這種問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

（三）STEAM教育原則在智慧種植中的應(yīng)用

STEAM教育強調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)知識的綜合。在智慧種植項目中，學(xué)生可以運用多個學(xué)科的知識和技能，以改善植物的生長發(fā)育條件。同時，STEAM教育注重學(xué)生的實踐和實驗。在智慧種植項目中，學(xué)生親自參與植物的種植和管理，實際運用科學(xué)原理。另外，STEAM教育鼓勵學(xué)生創(chuàng)新和探索。智慧種植項目為學(xué)生提供了改進種植技術(shù)、提高資源利用效率的機會，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維。這一理論框架為基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐提供堅實的基礎(chǔ)，幫助教育者更好地理解為什么智慧種植在科學(xué)教育中是一種有潛力的方法，并將其與綜合實踐和跨學(xué)科教育原則相結(jié)合。

三、研究方法

（一）研究設(shè)計

首先，依據(jù)研究的實施范圍和目標進行精心策劃。我們選擇了一所小學(xué)作為研究的實施場所，并在該小學(xué)中選擇一些年級或班級作為研究對象。受試者包括學(xué)生、教師和可能的家長，以便獲得多角度的數(shù)據(jù)和反饋。

其次，使用多種方法進行數(shù)據(jù)搜集，包括但不限于以下幾點。一是問卷調(diào)查：為了了解學(xué)生、教師和家長對基于智慧種植的科學(xué)跨學(xué)科實踐的看法和體驗，我們設(shè)計和分發(fā)了調(diào)查問卷。二是觀察：研究團隊在教室中進行觀察，記錄學(xué)生的參與度、互動情況和學(xué)習(xí)過程。三是訪談：與教師和學(xué)生進行半結(jié)構(gòu)化訪談，以深入了解他們的觀點、體驗和反饋。四是學(xué)生成績和作品分析：收集學(xué)生的探究成績和課程作品，以評估他們在智慧種植項目中的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成果。

（二）數(shù)據(jù)分析方法

采用定性和定量的方法進行數(shù)據(jù)分析，以全面了解研究結(jié)果。首先，對問卷、訪談和觀察數(shù)據(jù)進行內(nèi)容分析，以識別關(guān)鍵主題和模式。其次，對問卷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，包括描述性統(tǒng)計、相關(guān)性分析和回歸分析，以評估各種因素對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的影響。最后，對訪談和觀察數(shù)據(jù)進行質(zhì)性分析，使用編碼和主題分析方法，以深入了解學(xué)生和教師的看法和經(jīng)驗。通過以上方法的綜合運用，我們能夠全面評估基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐的效果、影響因素和教育價值，為實現(xiàn)研究目的提供有力支持。

四、基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐的實施

（一）課程設(shè)計

在課程設(shè)計中，我們明確定義了教育目標和學(xué)習(xí)內(nèi)容?？茖W(xué)知識內(nèi)容包括植物生長的基本原理、土壤特性、氣象條件對植物的影響以及植物生態(tài)系統(tǒng)等。這些知識為學(xué)生提供了理論基礎(chǔ)，以便他們更好地理解智慧種植項目的背景和重要性。同時，我們引入智慧種植技術(shù)，包括傳感器的使用、數(shù)據(jù)采集和分析工具，以及自動化控制系統(tǒng)的原理。學(xué)生學(xué)習(xí)如何使用這些技術(shù)來監(jiān)測植物生長條件，并根據(jù)數(shù)據(jù)做出決策，例如調(diào)整灌溉和施肥。

（二）教學(xué)策略

我們組織學(xué)生積極參與智慧種植項目的各個環(huán)節(jié)。指導(dǎo)他們親自負責(zé)植物的種植、管理和數(shù)據(jù)采集。這有效地激發(fā)了學(xué)生的興趣和主動性，培養(yǎng)了他們的觀察、實驗和問題解決能力。另外，教師承擔(dān)指導(dǎo)者和資源提供者的角色，引導(dǎo)學(xué)生進行實際操作，提供必要的支持和指導(dǎo)。此外，教師還鼓勵學(xué)生在項目中進行合作和分享，以促進團隊合作和交流。

（三）實施過程

我們指導(dǎo)學(xué)生親自種植植物，并使用智慧種植技術(shù)來監(jiān)測植物的生長條件。他們記錄數(shù)據(jù)，并根據(jù)實時反饋做出調(diào)整，以優(yōu)化植物的生長環(huán)境。我們協(xié)助學(xué)生將不同學(xué)科領(lǐng)域的知識和技能整合到項目中，包括數(shù)學(xué)應(yīng)用技巧，如數(shù)據(jù)分析和圖表制作，以及科學(xué)原理的應(yīng)用。

（四）教學(xué)資源和工具

學(xué)校提供所需的感測設(shè)備，包括土壤濕度傳感器、溫度傳感器等，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和分析工具，這些工具幫助學(xué)生實施智慧種植項目。其次，我們開發(fā)了相關(guān)的課程材料，包括教材、實驗指南和學(xué)習(xí)資源，以支持教師和學(xué)生在項目中的實施。

五、結(jié)果和討論

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)成果

通過實施基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐，學(xué)生在多個方面取得了學(xué)習(xí)成果。這些成果包括對科學(xué)知識的深入理解，如植物生長原理和生態(tài)系統(tǒng)的基本概念；學(xué)生還發(fā)展了實際操作和科學(xué)實驗的技能，包括傳感器使用、數(shù)據(jù)分析和解決實際問題的能力。學(xué)生通過參與項目實踐，提高了觀察、記錄和實驗的能力。

（二）教育價值和效果

本研究表明，基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐具有顯著的教育價值。學(xué)生通過實際操作獲得了深刻的科學(xué)體驗，激發(fā)了對科學(xué)的興趣和熱情。此外，他們在團隊合作、數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新性思維等方面取得了進步，這些技能對他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展具有重要意義。

（三）對實施新課標和科學(xué)教育的貢獻

基于智慧種植的實踐為實現(xiàn)新課標和小學(xué)科學(xué)教育的目標提供了有力支持。它強調(diào)了綜合實踐和跨學(xué)科教育的重要性，符合新課標對學(xué)生全面發(fā)展的要求。這種實踐還為教育者提供了一種創(chuàng)新的教育方法，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

（四）面臨的挑戰(zhàn)和改進

盡管基于智慧種植的實踐取得了積極的成果，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中包括資源投入的問題，如感測設(shè)備和技術(shù)的獲取和維護，以及對教師培訓(xùn)的要求。此外，項目的實施需要合理的時間安排，以確保學(xué)生能夠充分參與并取得成果。因此，我們需要不斷改進項目的設(shè)計和實施策略，以最大限度地發(fā)揮其潛力。

綜上所述，本研究旨在探索基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐，以應(yīng)對新課標對小學(xué)科學(xué)教育的新要求。通過文獻綜述、研究方法和實施方案的詳細討論，我們希望為教育領(lǐng)域提供一種創(chuàng)新的教育方法，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維、實際應(yīng)用能力和綜合素養(yǎng)。

新課標的實施對教育工作提出了更高的標準，要求學(xué)生不僅掌握知識，還要能夠?qū)⒅R應(yīng)用于解決實際問題?？鐚W(xué)科實踐是培養(yǎng)這些能力的有效途徑之一，它鼓勵學(xué)生超越學(xué)科界限，將不同領(lǐng)域的知識和技能相互整合，以應(yīng)對復(fù)雜的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。基于智慧種植的實踐提供了一個理想的平臺，讓學(xué)生通過實際參與農(nóng)作物生長管理來學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等多個領(lǐng)域的知識和技能。

研究結(jié)果顯示，學(xué)生通過這種實踐取得了顯著的學(xué)習(xí)成果，不僅加深了對科學(xué)知識的理解，還培養(yǎng)了實際操作和解決問題的能力。教育者的角色也得到了較好的體現(xiàn)，他們既是知識傳授者，也是學(xué)生實踐活動的引導(dǎo)者和支持者。然而，我們也要面對一些新的挑戰(zhàn)，包括資源投入、時間管理和教師培訓(xùn)等方面的問題。為了充分發(fā)揮基于智慧種植的實踐的教育價值，我們要不斷改進實施策略和優(yōu)化教育資源?？傊?，基于智慧種植的小學(xué)科學(xué)跨學(xué)科實踐為達到新課標和科學(xué)教育的要求提供了創(chuàng)新途徑。希望本研究能夠激發(fā)更多教育者和學(xué)校積極探索這一方法，以培養(yǎng)具有更高綜合素養(yǎng)與更強實踐能力的時代新人。

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