跨學科理念下的小學信息科技項目設計與實踐

摘 要：文中以“開心農場—水稻生長過程主題探索”為例，探討了跨學科理念在小學信息科技項目設計中的應用。通過對信息科技課程標準的深入理解，結合學生的實際認知水平和校園水稻田環(huán)境特色，綜合信息科技、勞動、科學等學科知識設計了以水稻種植為核心的跨學科項目學習。該項目內容較好地涵蓋了“過程與控制”模塊的核心概念，并通過項目式學習，以“主題確立、信息檢索、主題探究、主題展示、評價遷移”為明線，以“過程與控制”模塊知識體系為暗線進行教學，促進學生信息素養(yǎng)、數字化學習與創(chuàng)新、真實問題解決、工程設計等能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：跨學科實踐；項目式學習；小學信息科技

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、背景

在教育、科技、人才一體化發(fā)展的背景下，跨學科主題學習成為培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要途徑?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）明確指出，各門課程應設計不少于10%的課時用于跨學科主題學習[1]。新課標強調學科間相互聯(lián)動，強調實踐性要求，鼓勵學生利用技術工具進行創(chuàng)新實踐與協(xié)作學習，使學生在主題學習過程中形成系統(tǒng)的知識體系和綜合素質?？鐚W科主題學習不僅能夠提升學生解決真實問題的能力，還能夠促進學科間的相互聯(lián)動和實踐。然而，現有教材內容與新課標要求存在差距，缺乏實踐性和系統(tǒng)性。因此，本文通過“開心農場”項目，探索跨學科理念在信息科技課程中的應用。

二、項目活動目標確立

本項目基于2022信息科技新課標“過程與控制”模塊，跨學科主題學習“模擬小型系統(tǒng)開關”與廣州市人工智能課程五年級“物聯(lián)網與人工智能”、“智能農業(yè)生產”等課程內容進行設計，旨在通過跨學科主題學習，培養(yǎng)學生的綜合素質和創(chuàng)新能力。項目活動目標包括：

（1）了解物聯(lián)網、智慧農業(yè)等基本相關知識，培養(yǎng)信息素養(yǎng)和數字化創(chuàng)新能力。

（2）通過設計開心農場情景任務，經歷發(fā)現和解決問題的過程，培養(yǎng)動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

（3）采用小組合作的主題學習，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、人際交互能力。

（4）學會運用多學科知識綜合解決實際問題，培養(yǎng)跨學科學習意識和跨界運用思維。

為了滿足項目需求，學生需要學習他們在原課程中尚未掌握或不了解的知識和技能，以便更深入地理解課程。

三、項目設計流程

“開心農場”項目是以本學校小農場為背景開展基于信息科技的跨學科項目學習，學生經歷了水稻種植觀摩與體驗、水稻種植專家科普、水稻生長影響因素探究。在此基礎上，教師精心設計了影響水稻生長的幾個環(huán)境因素，如光、溫度、土壤溫度等主題開展探索活動。在學習與活動過程中，較好地統(tǒng)整信息科技新課標中“過程與控制”“模擬小型系統(tǒng)開關”“物聯(lián)網與人工智能”“智能農業(yè)生產”等內容。在教師的引導與指導下，學生通過集體學習、小組合作探究、仿真模擬、設計與制作、展示匯報等活動方式深入學習與探究、設計，并實現信息素養(yǎng)、數字化學習與創(chuàng)新、真實問題解決、工程設計等能力的培養(yǎng)。

跨學科主題學習的實施應基于學生視角，在教學過程中根據教學環(huán)節(jié)與學生反饋，設計相應的實踐活動[2]。結合跨學科主題學習的特征和學生核心素養(yǎng)的發(fā)展要求，本研究以“主題確立、信息檢索、主題探究、主題展示、評價遷移”為明線，以“過程與控制”模塊知識體系為暗線，進行項目設計。項目實施運用跨學科主題學習的方式，經歷五個階段，具體實施流程如圖1所示。

該項目適合安排在4-6年級開展的跨學科主題學習活動中；在課時安排上，建議集中安排8-10個課時；在項目的實施上，建議提供學習課件、微課、范例等資源。在項目的實踐中，建議進行統(tǒng)一的基礎知識與技能學習后，進行分小組探究，并給予更多時間，讓學生進行沉浸式的實踐探索和合作交流。

四、項目實施過程

（一）項目內容與資源的系統(tǒng)性設計

跨學科方法鼓勵將不同學科的理論和實踐結合起來，以獲得更深入的理解，通過跨學科的合作，可以激發(fā)新的想法和解決方案[3]。教師團隊在確保主題活動真實開展的同時，注重對項目內容體系和學習資源的系統(tǒng)性設計。在主題確立階段，結合人工智能教材五年級上冊《物聯(lián)網與人工智能》《智慧農業(yè)應用》課程、信息科技“過程與控制”模塊，根據校園實際環(huán)境，師生一起確立了研究子主題——設計高新區(qū)廣附的開心農場，通過信息技術干預，研究環(huán)境對作物生長的影響。

根據“設計開心農場”的核心驅動問題，將學習內容分為以下四個板塊：

（1）學習“水稻種植”領域相關知識。學校邀請農科院研究所專家進校園科普水稻種植知識，學生通過觀看種植示范、體驗插秧等活動加深對相關背景知識的理解。

（2）了解物聯(lián)網在智能農業(yè)方面的應用場景與發(fā)展現狀，明確開心農場的職能，設計開心農場智能種植系統(tǒng)。

（3）學習開源軟硬件的相關知識模塊?；陂_心農場的監(jiān)管需求，設計物聯(lián)網遠程檢測與控制平臺。

（4）制作開心農場作品匯報，總結學習成果。

學校組織四五六年級師生以團隊的方式展開學習和探究，參觀高新區(qū)廣附北校區(qū)水稻種植基地，聆聽農科院研究所專家科普水稻種植知識，進校園觀看物聯(lián)網在智慧農業(yè)的應用場景影音資料，通過自助報名，約選擇18名來自不同班級的學生，和課題負責老師共同組成研究小組。

（二）問題解決與學習流程的融合

在現實生活中，許多問題具有多維度特性，要求我們運用跨學科的知識和技能來尋找解決方案[4]。教師團隊將問題解決策略較好地融入主題探索活動中，以培養(yǎng)學生的綜合能力。

例如，在信息檢索階段，教師引導學生共同探討研究主題的可行性，并構建一系列相關問題。通過實地考察、聆聽專家講座以及利用網絡搜索和先進的大語言模型技術，學生們積極搜集有關水稻種植的背景信息。圍繞“設計高新區(qū)廣附的開心農場”這一核心問題，學生們提出了自己感興趣的研究問題，并在小組內交流討論，評估這些問題的可行性。通過集體努力，學生們形成了一系列以水稻種植為核心的研究問題，如：水稻的生長周期是怎樣的？如何提高水稻的產量？哪些因素可以提升水稻的口感？哪些環(huán)境因素會影響水稻的生長？如何有效減少水稻的病蟲害？信息科技如何助力水稻生長的優(yōu)化？

基于這些核心問題和學生自行提出的問題，結合他們的學習水平以及現有的軟硬件資源和平臺，教師指導學生以水稻生長過程中的關鍵影響因素為研究切入點，分組進行深入探索。這些小組將專注于研究光照、溫度、土壤濕度、灌溉水量等環(huán)境因素如何影響水稻的生長，并探索如何通過跨學科的方法來優(yōu)化這些條件，以促進水稻的健康生長。

通過這種跨學科的學習方式有助于培養(yǎng)學生的批判性思維、創(chuàng)新能力和團隊合作精神，為他們未來的學習生涯打下堅實的基礎。

（三）小組合作的指導與質量把控

教師注重對小組合作的指導與質量把控，在跨學科主題探究階段，師生共同規(guī)劃和設計高新區(qū)廣附的開心農場，以實現一個綜合性的學習項目。本階段的核心任務是跨學科協(xié)作探究，制作階段成果，并通過實踐活動深化對相關知識與技能的理解。有質量的跨學科主題探究階段的實施步驟如下：

（1）問題與任務的跨學科整合。根據研究的核心問題，師生共同進行分工，并根據子問題分組討論，明確每個小組的研究重點。各小組共同思考并討論可能會用到的工具和資源，整理形成開展主題學習所需的準備工作清單。

（2）跨學科知識與技能的學習。學習相關的跨學科知識與技能，為協(xié)作探究打下基礎。細化分工，分小組進行探究，經師生討論，形成多個跨學科研究小組，如“溫控組、水控組、光控組、平臺組、外觀組”，每個小組承擔特定的研究任務。

（3）小組的職責分配。溫控組探究溫度對水稻生長的影響，探究過程中需要結合生物學和環(huán)境科學的知識。水控組負責探究土壤濕度和灌溉水位對水稻生長的影響，探究過程中需要結合農學和水資源管理的知識。光控組負責探究光照強度對水稻生長的影響，探究過程中需要結合植物學和光學的知識。平臺組負責搭建可視化數據平臺界面，探究過程中需要結合信息技術和數據分析的知識。外觀組負責設計校園模型沙盤，探究過程中需要結合地理學和藝術設計的知識。

（4）協(xié)作與分工。在組內，各組員分工協(xié)作，安排專人負責學習研究過程的記錄、小組成員自我反思評價研究成果以及成果展示PPT的撰寫等工作。

（5）模擬實驗與數據記錄。教師引導學生通過網絡檢索，了解水稻生長不同階段對各種環(huán)境因素的需求，并用圖文、表格等形式記錄數據。通過模擬實驗，學生體驗模擬仿真的過程，提高數字化創(chuàng)新能力與信息意識。

（6）階段性答辯與反饋。教師組織學生進行小組之間的互相分享、點評，以促進跨學科知識的交流和學習。各小組在傾聽中學習其他小組的成果，并提出自己的問題和建議。答辯后，根據自己組的研究成果進行優(yōu)化和修改。

每次合作學生均能及時總結合作成果并進行答辯分享。通過小組合作，學生能夠學習到團隊工作的重要性，發(fā)展必要的社交技能，并在實踐中學習如何有效地與他人合作。

（四）活動設計注重學生關鍵能力的培養(yǎng)

在主題展示階段，各小組的研究成果將被整合和測試，以展示開心農場智能種植系統(tǒng)的綜合功能。教師在此過程中強調團隊合作的重要性，鼓勵學生將各小組的階段性成果融合運用，形成一個協(xié)同工作的智能種植系統(tǒng)。以下是展示階段的活動設計：

（1）系統(tǒng)整合與功能測試。學生小組將各自的研究成果硬件連接、算法理解、編程實現等進行整合，形成一個完整的智能種植系統(tǒng)。同時，進行系統(tǒng)的功能測試，包括硬件的穩(wěn)定性、算法的準確性、編程的可靠性以及遠程控制的可行性。

（2）跨學科問題解決。通過測試結果，評估智能種植系統(tǒng)的設計是否成功，并識別存在的問題。教師提供指導，幫助學生思考和解決實踐中遇到的問題，如通過調整參數來優(yōu)化系統(tǒng)性能。

（3）學習成果的總結與展示。小組根據“創(chuàng)作背景、創(chuàng)作階段、功能實現、作品亮點”等方面，對學習成果進行總結，并匯報展示。展示過程中，學生將分享他們的跨學科學習體驗，包括團隊合作、問題解決和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)等。

（4）評價遷移與反思。師生共同通過流程圖回顧整個項目流程，總結學習經驗，分享學習感受。在反思遷移階段，鼓勵學生思考如何將學習成果應用到其他場景，如將研究成果遷移到其他作物的研究。

（5）建立跨學科評價機制。一是從評價過程、評價主體、評價方法三方面建立評價機制，確保評價的全面性和客觀性。二是在學前、學中、學后設置評價點，以檢測學習產生的增量。三是構建多元的評價主體，包括自我評價、同伴互評、教師評價，以促進學習的優(yōu)化和個人的發(fā)展。四是以目標導向的形成性評價為主，采取課堂觀察、隨堂提問、實驗記錄等方式，對學生在學習過程中逐漸形成的跨學科關鍵能力進行評價。五是借助評價機制，促進學生的知識建構、反思內省，提升信息意識、計算思維、數字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任等關鍵素養(yǎng)。

五、活動反思

通過“開心農場”的主題學習，學生對生活情境中的挑戰(zhàn)性問題進行持續(xù)探究，經歷“做中學”的過程，達到對核心知識與技能的再建構和思維的遷移，從而讓學習真實發(fā)生，讓素養(yǎng)真正提升。學生利用信息科技解決生活中的真實問題，要有豐富的信息科技學科知識，要有較強的動手能力，還要有創(chuàng)意[4]；在項目實施遇到困難時，可利用團隊的力量、借助他人的智慧不斷尋求解決的辦法；調整設計、調整材料、調整組裝方式，在不斷調整中改進和完善；不斷發(fā)現問題、解決問題，從而強化對整個過程與控制系統(tǒng)核心概念的掌握和運用。讓學生真正理解知識和技能與生活的關聯(lián)，意識到科學知識來源于生活，并服務于生活，從而有意識地使用相關知識與技能解決生活中的實際問題。

對教師而言，課程的開發(fā)和實踐本身也是一次類似項目式學習的過程。在教學前期，教師需要對教學內容進行重構，對照課程標準，運用項目式學習的理念，將活動設計為具有項目式學習特征的系列活動。在教學實施過程中，教師需要研讀課標，對方案進行反復設計與調整，指導學生實施項目，提供關鍵環(huán)節(jié)的引導。在學生完成整個項目后，教師要進行反思，評價此次項目開展的亮點和不足，為后續(xù)開展項目式學習明確方向[5]。

“開心農場”的設計與控制過程，體現了“過程與控制”模塊的深度探究，創(chuàng)生了新的課程資源。這些課程資源也可為以后其他學生的主題學習提供支持。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版） [M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]李峰主編.新版課程標準解析與教學指導小學信息科技[M].北京師范大學出版社，2022.

[3]黃榮懷，熊璋主編.義務教育信息科技課程標準（2022年版）解讀[ M].北京師范大學出版社， 2022.

[4]俞莉丹.素養(yǎng)導向下跨學科主題學習的現實困境與實施策略[J].教育與管理，2024（3）：53-57.

[5]張玉華 . 核心素養(yǎng)視域下跨學科學習的內涵認識與實踐路徑[J].上海教育科研，2022（5）：57-63.

（責任編輯：加順花）