基于信息科技新课标的跨学科主题教学设计与实施
——以“在线数字气象站”项目为例

朱宋煜 上海复旦五浦汇实验学校

在飞速发展的信息时代，日益复杂的现实问题的解决往往超越了单一学科的知识和方法的范畴。因此，培养学生的跨学科思维能力成为各学科教学活动的重要目标。在20世纪80年代，美国学者Schumacher提出了“跨学科”的概念，即“教学活动应跨越学科界限，将课程的各个方面融合在一起，建立有意义的联系，从而使学生在一个开放、真实的广阔领域中进行学习”。

信息科技课程的主要目标是培养学生的科学精神和科技伦理，增强他们的自主控制意识，培养社会主义核心价值观，树立国家总体安全观，以及提升他们的数字素养和技术技能。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）也强调了跨学科主题的重要性，并提供了相关的案例。然而，设计信息科技的跨学科主题学习活动并不仅仅是多学科知识和技能的简单叠加。它需要以信息科技学科为核心，选择一个恰当的主题，在其他不同学科知识之间寻找并建立有意义的联系，以此构建更为系统的知识网络。这种方法不仅有助于提高学生的跨学科思维能力，还有助于他们对各学科的深入理解和综合应用。

●基于学科核心素养选择跨学科主题

学科核心素养是学科教学的基础和出发点。在信息科技课程中，这些核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。这四个核心素养相互补充，共同指向的目标是提升学生的数字化素养。因此，在选择跨学科主题时，必须考虑到其与学科核心素养培养的关联性。

跨学科主题教学是培养创新型人才的关键教学模式，它能为创新思维的发展奠定基础，并有助于实现信息科技核心素养的实际运用。例如，“在线数字气象站”这一主题关联天气，其在传统学科中属于地理和生物科学的研究范畴。而现代社会对气象站的需求不再仅仅是记录和获取数据，还需要预测未来的气候情况，这就需要具有跨学科的知识和能力。

首先，在收集各类数据的过程中，可以有效培养学生的信息意识，让他们在处理不同类型的数据时，具备敏锐的观察力和分析能力。其次，在数据分析处理的过程中，可以通过如计算一段时间内的最高温度或每日的温差等活动，锻炼学生的计算思维，其中包括数据抽象和计算模型的应用。再次，通过学习和使用各种传感器模块以及数据传输设备，可以激发学生的数字化学习和创新意识。最后，将收集好的数据及时传送给系统，使教师和学生能够及时了解天气情况，这也有助于培养学生的信息社会责任意识。

●设计跨学科主题案例

1.主题分析

根据对跨学科主题教学和新课标的理解，笔者选择“在线数字气象站”作为实施的主题。气象站为我们的生活提供了关于天气的各类数据，如空气温度、湿度及污染指数。然而，传统的数据采集过程需要大量的人力和物力，而且数据的时效性和准确性有所欠缺。因此，“在线数字气象站”的出现成为社会发展的必然趋势。它采用物联网、大数据技术与气象站数据采集相结合，减少人力资源的使用，实现数据的实时收集、服务器汇总和处理，从而形成一套完整的数据分析系统，大大提高了数据的准确性和分析效率。

2.目标设计

通过“在线数字气象站”主题学习，达到以下目标：①了解数字气象站；②掌握数字气象站的基本组成；③学习采集、传输和分析实时气象数据的技能；④掌握登录气象站查询、分析气象数据的能力；⑤能进行气象数据的进一步分析与应用研究。

3.过程设计

（1）感知发展历程，体悟信息技术优势

学生通过书籍、网络等渠道查阅资料，了解气象站的发展历程。在这个过程中，学生可以深入理解从手持设备到现代传感器的变迁过程，以及现代信息技术如何优化数据采集和处理流程。

（2）观察工具使用，思考传感器的工作原理

学生观察各类传感器（如风力传感器、温湿度传感器、雨量传感器等），并尝试将风力传感器与计算机设备连接，通过对比风力变化与数据变化，深入理解传感器功能模块的工作原理。

（3）实践操作，理解数据处理的全过程

本环节旨在让学生了解在线数字气象站如何利用科技手段完成信息收集、传输以及分析的各个阶段，以及这些阶段之间的关系。在分组合作的过程中下，每个小组负责一种类型的数据测量，熟悉在数字气象站中使用的各种传感器设备。最后，将各小组的模块整合，对数据进行汇总和分析，并通过校园广播站将信息传播给全校师生。具体流程如图1所示。

图1

（4）引导学生整理分析各项气象数据

引导学生利用数据分析软件，根据某市10月前10天的数据（如图2），计算出最高温度平均值、最低温度平均值、每日温差，以及风向出现的频率等。这一步骤将深化学生对数据分析处理的理解，让他们亲身体验如何通过计算机软件极大地提升数据分析处理的效率。

图2

（5）多元化评价，动态提升学习效果

通过学生反馈及教师评估，强化评价的多元化，促进学生学习效率的提升。

●以跨学科教学策略提升信息素养

1.针对认知水平，提升学生的信息意识

依据心理学家皮亚杰的理论，儿童的认知发展可被划分为四个阶段：感知运算阶段、前运算阶段、具体运算阶段以及形式运算阶段。在不同的发展阶段，孩子对周围世界的理解有所差异。因此，教师在组织教学时需要根据学生的认知发展水平来组织。例如，7～11岁的孩子处于具体运算阶段，对应小学1～3年级的学生。在提升他们的信息意识时，可以让他们观察生活中信息科技的便利性，如扫码支付、二维码点餐等。

2.解决实际问题，培养学生的计算思维

为跟上现代社会的快速发展，教学中必须提升学生的计算思维。这是一个漫长的过程，并不是一蹴而就的。在智能时代，信息技术教育应追求概念理解的“深度”，而非概念数量的“广度”。计算思维是一种每个人都需要掌握的思维技能，我们要在学习过程中深化认知，磨练素养。在跨学科教学中，教师需要知道如何将计算思维融入学科教学中。面对学生在学习中遇到的难题，应引导他们用计算思维辅助解决问题。

3.跨学科教学，融入数字化学习和创新

数字化学习和创新包括适应数字环境，利用数字资源和工具，提升终身学习效率和生活幸福感，开展创新和协同创新。在跨学科教学中，教师应有意识地培养学生利用各种数字资源和工具，提升生活效率。例如，在本研究中使用的在线数字气象站，学生使用了许多数字化工具进行天气数据的分析。通过实践操作，可以提高学生对数字工具的使用能力和创新能力。

4.了解信息社会的责任，做合格的新时代公民

在传统的学科教学中，教师只是向学生传授相应的学科知识。但随着跨学科教学的引入，可以在各学科教学中融入更多的信息科技知识。在这个过程中，教师需要关注学生的信息社会责任意识，教育学生正确使用信息科技，避免违法犯罪，同时，在日常生活中保护个人信息，不在公开场所泄露个人信息，将学生培养成为具有信息社会责任意识的新时代数字公民。

●结语

教育的最终目标是让学生能自信、负责任地生活在新时代，并有赋能社会的能力。这一目标不仅依赖于对技术能力的掌握，更重要的是转变学生的思维方式，让他们将创新融入生活，运用数字化思维去解决问题。因此，在信息科技教学中，教师不仅要让学生掌握信息科技的使用技巧，还要能理解其背后的逻辑，适应数字化时代的发展。同时，在加强信息科技教育的同时，为实现数字中国、网络强国、智慧社会培养更多适应新时代的高素质人才。