基于信息科技新課標(biāo)的跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施
——以“在線數(shù)字氣象站”項(xiàng)目為例

朱宋煜 上海復(fù)旦五浦匯實(shí)驗(yàn)學(xué)校

在飛速發(fā)展的信息時(shí)代，日益復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決往往超越了單一學(xué)科的知識(shí)和方法的范疇。因此，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力成為各學(xué)科教學(xué)活動(dòng)的重要目標(biāo)。在20世紀(jì)80年代，美國(guó)學(xué)者Schumacher提出了“跨學(xué)科”的概念，即“教學(xué)活動(dòng)應(yīng)跨越學(xué)科界限，將課程的各個(gè)方面融合在一起，建立有意義的聯(lián)系，從而使學(xué)生在一個(gè)開(kāi)放、真實(shí)的廣闊領(lǐng)域中進(jìn)行學(xué)習(xí)”。

信息科技課程的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科技倫理，增強(qiáng)他們的自主控制意識(shí)，培養(yǎng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀，樹(shù)立國(guó)家總體安全觀，以及提升他們的數(shù)字素養(yǎng)和技術(shù)技能?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）也強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科主題的重要性，并提供了相關(guān)的案例。然而，設(shè)計(jì)信息科技的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)并不僅僅是多學(xué)科知識(shí)和技能的簡(jiǎn)單疊加。它需要以信息科技學(xué)科為核心，選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹黝}，在其他不同學(xué)科知識(shí)之間尋找并建立有意義的聯(lián)系，以此構(gòu)建更為系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。這種方法不僅有助于提高學(xué)生的跨學(xué)科思維能力，還有助于他們對(duì)各學(xué)科的深入理解和綜合應(yīng)用。

●基于學(xué)科核心素養(yǎng)選擇跨學(xué)科主題

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科教學(xué)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。在信息科技課程中，這些核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。這四個(gè)核心素養(yǎng)相互補(bǔ)充，共同指向的目標(biāo)是提升學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)。因此，在選擇跨學(xué)科主題時(shí)，必須考慮到其與學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)性。

跨學(xué)科主題教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵教學(xué)模式，它能為創(chuàng)新思維的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，并有助于實(shí)現(xiàn)信息科技核心素養(yǎng)的實(shí)際運(yùn)用。例如，“在線數(shù)字氣象站”這一主題關(guān)聯(lián)天氣，其在傳統(tǒng)學(xué)科中屬于地理和生物科學(xué)的研究范疇。而現(xiàn)代社會(huì)對(duì)氣象站的需求不再僅僅是記錄和獲取數(shù)據(jù)，還需要預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候情況，這就需要具有跨學(xué)科的知識(shí)和能力。

首先，在收集各類數(shù)據(jù)的過(guò)程中，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)，讓他們?cè)谔幚聿煌愋偷臄?shù)據(jù)時(shí)，具備敏銳的觀察力和分析能力。其次，在數(shù)據(jù)分析處理的過(guò)程中，可以通過(guò)如計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的最高溫度或每日的溫差等活動(dòng)，鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維，其中包括數(shù)據(jù)抽象和計(jì)算模型的應(yīng)用。再次，通過(guò)學(xué)習(xí)和使用各種傳感器模塊以及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，可以激發(fā)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新意識(shí)。最后，將收集好的數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給系統(tǒng)，使教師和學(xué)生能夠及時(shí)了解天氣情況，這也有助于培養(yǎng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

●設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題案例

1.主題分析

根據(jù)對(duì)跨學(xué)科主題教學(xué)和新課標(biāo)的理解，筆者選擇“在線數(shù)字氣象站”作為實(shí)施的主題。氣象站為我們的生活提供了關(guān)于天氣的各類數(shù)據(jù)，如空氣溫度、濕度及污染指數(shù)。然而，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程需要大量的人力和物力，而且數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性有所欠缺。因此，“在線數(shù)字氣象站”的出現(xiàn)成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。它采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與氣象站數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，減少人力資源的使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集、服務(wù)器匯總和處理，從而形成一套完整的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和分析效率。

2.目標(biāo)設(shè)計(jì)

通過(guò)“在線數(shù)字氣象站”主題學(xué)習(xí)，達(dá)到以下目標(biāo)：①了解數(shù)字氣象站；②掌握數(shù)字氣象站的基本組成；③學(xué)習(xí)采集、傳輸和分析實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)的技能；④掌握登錄氣象站查詢、分析氣象數(shù)據(jù)的能力；⑤能進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析與應(yīng)用研究。

3.過(guò)程設(shè)計(jì)

（1）感知發(fā)展歷程，體悟信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)

學(xué)生通過(guò)書籍、網(wǎng)絡(luò)等渠道查閱資料，了解氣象站的發(fā)展歷程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以深入理解從手持設(shè)備到現(xiàn)代傳感器的變遷過(guò)程，以及現(xiàn)代信息技術(shù)如何優(yōu)化數(shù)據(jù)采集和處理流程。

（2）觀察工具使用，思考傳感器的工作原理

學(xué)生觀察各類傳感器（如風(fēng)力傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器等），并嘗試將風(fēng)力傳感器與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接，通過(guò)對(duì)比風(fēng)力變化與數(shù)據(jù)變化，深入理解傳感器功能模塊的工作原理。

（3）實(shí)踐操作，理解數(shù)據(jù)處理的全過(guò)程

本環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生了解在線數(shù)字氣象站如何利用科技手段完成信息收集、傳輸以及分析的各個(gè)階段，以及這些階段之間的關(guān)系。在分組合作的過(guò)程中下，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一種類型的數(shù)據(jù)測(cè)量，熟悉在數(shù)字氣象站中使用的各種傳感器設(shè)備。最后，將各小組的模塊整合，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，并通過(guò)校園廣播站將信息傳播給全校師生。具體流程如圖1所示。

圖1

（4）引導(dǎo)學(xué)生整理分析各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)

引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)據(jù)分析軟件，根據(jù)某市10月前10天的數(shù)據(jù)（如圖2），計(jì)算出最高溫度平均值、最低溫度平均值、每日溫差，以及風(fēng)向出現(xiàn)的頻率等。這一步驟將深化學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析處理的理解，讓他們親身體驗(yàn)如何通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件極大地提升數(shù)據(jù)分析處理的效率。

圖2

（5）多元化評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)提升學(xué)習(xí)效果

通過(guò)學(xué)生反饋及教師評(píng)估，強(qiáng)化評(píng)價(jià)的多元化，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升。

●以跨學(xué)科教學(xué)策略提升信息素養(yǎng)

1.針對(duì)認(rèn)知水平，提升學(xué)生的信息意識(shí)

依據(jù)心理學(xué)家皮亞杰的理論，兒童的認(rèn)知發(fā)展可被劃分為四個(gè)階段：感知運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段以及形式運(yùn)算階段。在不同的發(fā)展階段，孩子對(duì)周圍世界的理解有所差異。因此，教師在組織教學(xué)時(shí)需要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平來(lái)組織。例如，7～11歲的孩子處于具體運(yùn)算階段，對(duì)應(yīng)小學(xué)1～3年級(jí)的學(xué)生。在提升他們的信息意識(shí)時(shí)，可以讓他們觀察生活中信息科技的便利性，如掃碼支付、二維碼點(diǎn)餐等。

2.解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

為跟上現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，教學(xué)中必須提升學(xué)生的計(jì)算思維。這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，并不是一蹴而就的。在智能時(shí)代，信息技術(shù)教育應(yīng)追求概念理解的“深度”，而非概念數(shù)量的“廣度”。計(jì)算思維是一種每個(gè)人都需要掌握的思維技能，我們要在學(xué)習(xí)過(guò)程中深化認(rèn)知，磨練素養(yǎng)。在跨學(xué)科教學(xué)中，教師需要知道如何將計(jì)算思維融入學(xué)科教學(xué)中。面對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的難題，應(yīng)引導(dǎo)他們用計(jì)算思維輔助解決問(wèn)題。

3.跨學(xué)科教學(xué)，融入數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新

數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新包括適應(yīng)數(shù)字環(huán)境，利用數(shù)字資源和工具，提升終身學(xué)習(xí)效率和生活幸福感，開(kāi)展創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新。在跨學(xué)科教學(xué)中，教師應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生利用各種數(shù)字資源和工具，提升生活效率。例如，在本研究中使用的在線數(shù)字氣象站，學(xué)生使用了許多數(shù)字化工具進(jìn)行天氣數(shù)據(jù)的分析。通過(guò)實(shí)踐操作，可以提高學(xué)生對(duì)數(shù)字工具的使用能力和創(chuàng)新能力。

4.了解信息社會(huì)的責(zé)任，做合格的新時(shí)代公民

在傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中，教師只是向?qū)W生傳授相應(yīng)的學(xué)科知識(shí)。但隨著跨學(xué)科教學(xué)的引入，可以在各學(xué)科教學(xué)中融入更多的信息科技知識(shí)。在這個(gè)過(guò)程中，教師需要關(guān)注學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)，教育學(xué)生正確使用信息科技，避免違法犯罪，同時(shí)，在日常生活中保護(hù)個(gè)人信息，不在公開(kāi)場(chǎng)所泄露個(gè)人信息，將學(xué)生培養(yǎng)成為具有信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)的新時(shí)代數(shù)字公民。

●結(jié)語(yǔ)

教育的最終目標(biāo)是讓學(xué)生能自信、負(fù)責(zé)任地生活在新時(shí)代，并有賦能社會(huì)的能力。這一目標(biāo)不僅依賴于對(duì)技術(shù)能力的掌握，更重要的是轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維方式，讓他們將創(chuàng)新融入生活，運(yùn)用數(shù)字化思維去解決問(wèn)題。因此，在信息科技教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生掌握信息科技的使用技巧，還要能理解其背后的邏輯，適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展。同時(shí)，在加強(qiáng)信息科技教育的同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字中國(guó)、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、智慧社會(huì)培養(yǎng)更多適應(yīng)新時(shí)代的高素質(zhì)人才。