摘 要：從生活中的植物養(yǎng)護出發(fā)，結(jié)合學生生物學的學習進度和信息科技的學習基礎，確定了以“植物的智能養(yǎng)護”為主題的生物學、信息科技融合課。教學環(huán)節(jié)包括：情境導入，展示探究成果；學習遷移，思辨影響因素；網(wǎng)絡探究，明晰植物特性；基于數(shù)據(jù)，交流互動反饋；作品評價，拓展知識邊界。由此，得到學科融合教學的幾點體會：從課標中來，到目標中去；從課堂中來，到學生中去；從學科中來，到融合中去。

關鍵詞：學科融合；初中生物學；初中信息科技；雙師課堂

2022年，教育部印發(fā)了義務教育課程方案和各學科課程標準，從頂層設計層面對義務教育階段的學科融合（跨學科）提出了新要求。這一要求的核心在于，以學科融合的形式為學生創(chuàng)造一個貼近真實世界的學習場域，提升學生在真實情境中綜合運用知識解決問題的能力。因此，我們從生活中的植物養(yǎng)護出發(fā)，結(jié)合學生生物學的學習進度和信息科技的學習基礎，確定了以“植物的智能養(yǎng)護”為主題的生物學、信息科技融合課。本課時長為60分鐘，由生物教師和信息教師進行雙師教學。

一、課前思考與目標設定

本課的學習內(nèi)容基于蘇教版初中生物學七年級上冊第三單元《生物圈中的綠色植物》和《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“信息課標”）中第四學段（7—9年級）“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”模塊。本課將在生物探究實驗的基礎上，引導學生借助網(wǎng)絡，了解和分析不同植物生長所需的外界條件；進而，設計智能養(yǎng)護系統(tǒng)，并通過簡易智能養(yǎng)護系統(tǒng)的搭建，掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等相關知識。

本課的教學對象是七年級學生，他們屬于數(shù)字時代的原住民，對物聯(lián)網(wǎng)應用并不陌生，但更多地停留在體驗的層面，對于物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的聯(lián)合應用缺乏深入的了解和思考。學生在生物學課程的學習中基本掌握了植物各器官及其功能，了解了植物生長所需的外界條件；而在信息科技課程中，他們學習了DFRobot掌控版和Mind+軟件，制作過呼吸燈、小夜燈等作品，對于“植物的智能養(yǎng)護”這一內(nèi)容具有一定的信息技術(shù)基礎。這個年齡段的學生好奇心強，邏輯思維能力、觀察和總結(jié)能力正在逐步發(fā)展，可以引導他們多思考、總結(jié)、探索。

基于學習內(nèi)容和學生情況，本課的學習目標確定如下：（1）能夠說出植物生長需在適宜的溫度、充足的水和光照下進行；（2）了解不同植物生長所需的溫度、濕度、光照條件，并基于這些條件思考智能養(yǎng)護系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能；（3）能夠借助智能套件和編程，檢測環(huán)境數(shù)據(jù)，并作出有效反饋；（4）通過植物養(yǎng)護系統(tǒng)中的流程圖繪制、系統(tǒng)設計等活動，體驗物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的采集、處理、反饋控制等過程，明晰傳感器與物聯(lián)網(wǎng)的關系；（5）了解當下智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況，感受核心技術(shù)對國家發(fā)展的意義。

二、課中實踐與過程解讀

為實現(xiàn)以上目標，教學團隊先從真實情境導入，引發(fā)學生思考，并請學生聯(lián)系生物學課堂中的實驗進行分組匯報；繼而，將生物學知識進行遷移，引發(fā)學生的思辨；接著，請學生利用網(wǎng)絡開展探究明晰組內(nèi)植物的相關特性；然后，組織學生檢測環(huán)境數(shù)據(jù)，設計互動反饋；最后，開展作品的相關評價，并進行知識的拓展，引發(fā)學生的深度思考。

（一）情境導入，展示探究成果

上課伊始，生物教師首先創(chuàng)設真實的生活情境：由于疏于管理，小智家的盆栽出現(xiàn)了枯萎的情況，他希望設計一個系統(tǒng)來實現(xiàn)植物的智能養(yǎng)護，要從哪些方面入手呢？

生物教師引導學生聯(lián)想綠色植物生長的相關知識：大家還記得植物生長需要的條件有哪些嗎？學生開始小聲交流：陽光、水、無機鹽、空氣……生物教師請各小組匯報本組對照實驗的研究情況，以達到引導學生理解“科學理論要通過科學實驗來驗證”的道理。

第一大組探究的是“植物生長是否需要水分”。該組利用黃豆種子萌發(fā)箱、基質(zhì)槽、可控補光燈等設備開展對照實驗。學生選用了A1、B1兩個基質(zhì)槽，皆滿足充足光照、適宜溫度（23 ℃）等條件，不同點在于A1基質(zhì)槽中提供了充足的水分，B1則沒有。經(jīng)過數(shù)據(jù)的收集和分析，該組發(fā)現(xiàn)：在前兩天，兩個基質(zhì)槽中的植物長勢相同；隨著時間變化，在第5天時，A1槽中的葉子數(shù)量達到39片，而B1槽中的植物開始出現(xiàn)枯萎情況，葉子掉落至13片；在第7天時，A1槽中的葉子有50片，而B1槽中的幼苗基本毫無生氣。從而，該組得出結(jié)論：植物的生長需要水分，水在種子的萌發(fā)階段起到很大的作用。

第二大組探究的是“植物生長是否需要光照”。該組同樣設置了對照實驗：兩個基質(zhì)槽的水分溫度一致，但一個提供充足光照，一個不提供。通過數(shù)據(jù)的收集分析，該組發(fā)現(xiàn)：提供光照的植物莖的長度變化較為明顯，從9厘米長到了13厘米，而另一個則從8厘米長到了10厘米。由此，該組得出結(jié)論：植物的生長需要光照。

第三大組探究的是“植物的生長是否需要適宜的溫度”。該組采用了兩個水培架來觀察8株黃豆芽的生長變化，一個設定溫度為23 ℃，一個則設定為10 ℃。經(jīng)過9天的對比觀察，該組發(fā)現(xiàn)：23 ℃環(huán)境下的植物長勢較好，而10 ℃環(huán)境下的植物出現(xiàn)了死亡情況。經(jīng)過探究，該組得出結(jié)論：植物的生長需要適宜的溫度；不適宜的溫度，不利于植物的生長，甚至可能導致植物的死亡。

在各組學生分享結(jié)束后，生物教師繼續(xù)追問：所有植物生長需要的條件都相同嗎？在學生疑惑的眼神中，生物教師開始帶著大家進行知識的辯證思考。

（二）學習遷移，思辨影響因素

1. 探究水分對植物生長的影響

生物教師出示小麥和水稻的對比照片，并請學生思考是什么原因?qū)е隆氨狈缴a(chǎn)小麥，南方生產(chǎn)水稻”。學生一致回答“水分”。

然后，生物教師帶領學生繼續(xù)觀察小麥和水稻各生長時期需要的需水量對比圖，并提出了兩個問題。第1個問題是：對比小麥和水稻的蓄水量，你發(fā)現(xiàn)了什么？引導學生得出結(jié)論：不同植物的生長所需水量不同。第2個問題是：對比小麥不同時期的蓄水量，你發(fā)現(xiàn)了什么？引導學生得出結(jié)論：同一植物不同生長周期所需水量也不同。

接著，生物教師請學生思考以上知識對于智能養(yǎng)護設計有哪些啟發(fā)。學生積極思考：要了解不同植物所需的水分、了解植物現(xiàn)在的生長階段……生物教師小結(jié)：智能養(yǎng)護設備要監(jiān)測土壤的濕度，并且不同植物的濕度標準設置要不同。

2. 探究溫度對植物生長的影響

生物教師出示一組蘋果和榴梿的照片，并借助微視頻詳細地解釋氣溫會影響植物的光合作用、呼吸作用等多種代謝活動，如溫度較低，植物的花芽分化就會受到影響，開花就會延遲，有關光合作用的酶活性還會降低，導致光合作用減弱。

學生看完視頻后，生物教師請他們完善結(jié)論（植物的生長離不開適宜的溫度），并請他們思考這一影響因素對于智能養(yǎng)護設計的相關啟發(fā)。學生能較快實現(xiàn)知識遷移：智能養(yǎng)護系統(tǒng)要監(jiān)測環(huán)境溫度，如果溫度過低或過高，要采取相應的調(diào)整措施。

3. 探究光照對植物生長的影響

生物教師展示帶著燈光的大棚照片，并請學生思考植物在什么條件下要進行補光。學生很快想到在天氣陰暗或者雨雪天氣需要補光。教師繼續(xù)追問：光照是不是越多越好呢？隨后播放視頻“為什么路燈下的黃豆只長高不結(jié)籽”，借以引發(fā)學生的思考。

學生交流后，生物教師總結(jié)：從光照時長來看，有的植物屬于長日照植物，有的植物屬于短日照植物；如果短日照植物的光照時間過長，那它只會進行營養(yǎng)生長，從而影響花芽的分化。引導學生得出結(jié)論：植物的生長離不開適宜的光照。在思考這一結(jié)論對于植物智能養(yǎng)護設計的啟發(fā)時，學生立刻想到了要設置光照時長，并且在光照不足時，采取一些補光措施。

在生物教師的引導下，學生不僅對植物的生長條件有了辯證認識，還將生物學知識遷移到了植物的智能養(yǎng)護設計上。

（三）網(wǎng)絡探究，明晰植物特性

學生對植物的生長條件有了辯證認識后，信息教師開始從信息科技課程的角度引導他們進行實踐探索。課前，生物教師準備了吊蘭、綠蘿、大蒜三種植物，并給各小組發(fā)了盆栽。信息教師首先引導學生借助自制網(wǎng)站，了解植物的生長特性，思考植物冬季生長的最適條件，并完成本組的調(diào)查表格（如表1所示）。經(jīng)過小組合作，學生很快完成了任務，并填寫了學習單。

（四）基于數(shù)據(jù)，交流互動反饋

引導學生明晰了本組植物的生長特點之后，信息教師利用任務驅(qū)動的形式，指導學生用DFRobot套件逐步完成智能養(yǎng)護系統(tǒng)。

任務1：檢測監(jiān)測當前環(huán)境中的溫度和濕度。

為了讓學生能更快地回憶已有知識，信息教師不僅提供了自制網(wǎng)站，還為他們設置了兩個提示：（1）使用Dht11溫濕度傳感器，需要在傳感模塊中先加入；（2） 要注意引角的

相關數(shù)值。由于該任務屬于復習類知識，各小組完成較快，代表任務完成的“星貼紙”很快都亮了起來。

任務2：監(jiān)測當前盆栽中的土壤濕度。

本次使用的是可以接地的土壤濕度傳感器，該傳感器返回的是模擬信號，不同于常識中的百分制讀數(shù)，屬于新授知識。為幫助學生更好地理解數(shù)值對應，信息教師在網(wǎng)頁中增加了一個映射的代碼（如圖1所示）。在小組合作下，學生很快能在屏幕上直觀地看到當前的土壤濕度。

任務3：數(shù)據(jù)設置反饋機制。

根據(jù)植物的特性和設備套件來設置智能養(yǎng)護功能。第1—3小組設置溫度互動，第4—6小組設置土壤濕度的互動。為了讓學生更好地明晰設計算法，信息教師為他們設計了需要填空的流程圖，確保他們能夠根據(jù)之前所學的設備輸出方法，如燈光、屏幕顯示、聲音等，來設置一些互動反饋。

（五）作品評價，拓展知識邊界

在各小組完成了智能養(yǎng)護功能的初步設計后，信息教師組織學生從科學性和功能性兩個角度開展評價與展示。在科學性方面，觀察數(shù)據(jù)監(jiān)測是否正確；在功能性方面，思考功能反饋是否合理。經(jīng)過組內(nèi)評價和組間評價，信息教師請學生推選出設計較為優(yōu)秀的小組并頒發(fā)加分“星貼紙”。

作品評價之后，信息教師拋出一個任務：請大家結(jié)合不同顏色光的功能，為本組植物補光。如果將設備中的一秒等價為一小時，那么，在室內(nèi)種植時，本組植物需要補光多長時間？此時，學生對生物學中光的作用又有了進一步了解，并且能夠根據(jù)給出的條件，判斷出當前植物在生長期需要補充藍光或紫光，來促進植物的生長，提升植物的光合作用效率。

接下來，信息教師繼續(xù)追問：智能養(yǎng)護系統(tǒng)還可以具備哪些功能？學生紛紛回答：希望可以實現(xiàn)自動灌溉、手機控制、播放音樂等功能。然后，信息教師引導學生了解數(shù)據(jù)反饋與物聯(lián)網(wǎng)的關系，即要獲得當前的數(shù)據(jù)就要用各類傳感器進行信息的采集，從而引出物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、處理、反饋控制等相關知識。信息教師表示在后期的各種學習中，會組織學生繼續(xù)探索物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，了解感知層、網(wǎng)絡層、應用層等三層架構(gòu)，掌握更多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

最后，信息教師通過視頻，展示當前在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加持下智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況，促進學生對技術(shù)更深一步的了解，并引導他們明白：只有掌握核心的科學技術(shù)，才能促進國家的發(fā)展。

三、課后思考與路徑探索

結(jié)合上述實踐，我們有如下三點思考：

（一）從課標中來，到目標中去

學科融合的理論內(nèi)核在于建構(gòu)主義，需要師生基于現(xiàn)象、主題、項目等重新建構(gòu)知識，理解并加強學科之間的關聯(lián)。

因此，設計本課例之初，我們從兩個學科的課標入手，尋找適合學生的學科融合點?！读x務教育生物學課程標準（2022年版）》有明確的提示：植物栽培和動物飼養(yǎng)可以綜合運用多學科的知識和方法，考慮“結(jié)構(gòu)與功能”“物質(zhì)與能量”“因果關系”等跨學科概念，設計恰當?shù)难b置，以滿足生物生長的需要。^［1］信息課標則對互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的學習有明確的要求：理解萬物互聯(lián)給人類信息社會帶來的影響、機遇和挑戰(zhàn)；了解物聯(lián)網(wǎng)（特別是傳感器系統(tǒng)）是連接物理世界與數(shù)字世界的紐帶和媒介。^［2］

基于課標分析和教材研究，本課的學習目標從學科融合的角度出發(fā)，既包含對植物生長的相關認識，如能夠說出不同植物生長所需的溫度、濕度、光照條件；又包含開源硬件的知識，如借助智能套件和編程，檢測環(huán)境數(shù)據(jù)；還關注從植物特性到智能養(yǎng)護系統(tǒng)的反饋設計等，確保學生既能感受到學科的成長要求，又能發(fā)現(xiàn)學科之間的關聯(lián)。從方法論角度來看，學科融合的實踐之初，教師團隊可以先從本學科的課程標準出發(fā)，梳理本學科的課程目標和知識結(jié)構(gòu)，然后借助對生活情境的整體性思考，將課標的要求轉(zhuǎn)換為學習目標的達成，借以使課堂教學結(jié)構(gòu)清楚，讓教學活動有的放矢。

（二）從課堂中來，到學生中去

學科融合有利于學生在活動過程中對不同學科的知識進行重構(gòu)，進而內(nèi)化為自己的核心素養(yǎng)。但在準備學科融合教學時，一些教師將課程有關的知識臨時拼湊在一起，沒有深入地研究這些內(nèi)容，導致融合學習與學生本身的學習進度脫節(jié)，融合課成為“臨時展示活動”，不能走進學生的內(nèi)心。為了避免出現(xiàn)這樣的情況，我們在融合之初，一直關注學科的授課進度，關注學情的實際發(fā)展情況。

本課授課前，恰逢七年級生物學正在教學《植物的生長條件》章節(jié)?；诖耍谠撜n授課前兩周，生物教師特別布置了影響植物生長的探究實驗，組織學生以小組為單位，利用學校的數(shù)字實驗室開展對照實驗，定量分析水分、光照、溫度對綠豆萌發(fā)和生長的影響。從單學科角度來看，實驗探究是生物學課堂的延伸，深化了學生對植物成長條件的理性認識；從學科融合角度來看，學生能感受到知識的聯(lián)系與學習內(nèi)容的順延，也會增加對學科融合學習的熟悉感和熱情。

學科融合教學不僅需要融合不同的學科內(nèi)容，還要融合不同的教學方式。它改變了傳統(tǒng)教學中“師講生聽”的知識灌輸模式，為學生提供了更加多元的參與課堂互動的機會。而學生作為課堂教學的主體，只有激發(fā)他們的學習積極性，才能實現(xiàn)其在課堂中茁壯成長，從“要我學”變成“我要學”。因此，本課通過小組分享對照實驗、協(xié)作完成學習單、開展網(wǎng)絡探究、制作小組作品等多種學習活動，調(diào)動學生的積極性和參與度，確保學生在學科融合的課堂中感受到學習的快樂，進而發(fā)展綜合實踐能力。

（三）從學科中來，到融合中去

生物學作為初中階段一門重要的人文與科學課程，其意義在于引領學生觀察自然界的現(xiàn)象，以此發(fā)現(xiàn)自然界生命的本質(zhì)。^［3］隨著素質(zhì)教育的不斷推進，現(xiàn)階段初中生物學教學十分注重學生在課堂中理論與實際融合的情況，且趨向于學科融合教學模式。教師需要貼合這一教學特點，才能讓學生從多角度理解生物學的有關知識，深化對生物學內(nèi)容的認識。同時，教師也需要依據(jù)學生的實際情況設置相關的學科融合學習內(nèi)容，以便強化學生在融合學習過程中的效果。

信息科技課程旨在培養(yǎng)科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。^［4］信息課標倡導真實性學習，“以真實問題或項目驅(qū)動，引導學生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力。支持學生在數(shù)字化學習環(huán)境下進行自我規(guī)劃、自我管理和自我評價，鼓勵‘做中學’‘用中學’‘創(chuàng)中學’，凸顯學生的主體性”。^［5］

基于兩個學科的特點和要求，我們確定了“植物的智能養(yǎng)護”主題。雖然植物養(yǎng)護這一情境貼近學生的生活，但是如何在課堂中較好地滲透兩門學科的知識，提升學習效率，成為我們思考的主要問題。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)，單一學科教師缺少相關的學科融合教學經(jīng)驗，無法應對多學科的知識，甚至可能會打亂原本的學科學習節(jié)奏。

因此，在學科融合的基礎上，我們開始嘗試雙學科教師協(xié)同教學，以發(fā)揮各自學科優(yōu)勢，提升綜合教學效果，同時也能有效提高教師的課堂組織與配合能力。課前，兩位教師同時負責課的開發(fā)，根據(jù)學科專長，一起完成教學設計、課件、學習單等。如生物教師負責梳理教學設計、學習單和準備盆栽，信息教師則負責制作課件、學習網(wǎng)站和準備物聯(lián)網(wǎng)套件。在各自任務的初稿完成后，結(jié)合兩個教研組的思考成果完善教學內(nèi)容。課中，兩位教師結(jié)合教學內(nèi)容，一教一輔，一人負責主講時，另一人負責協(xié)助，如引導學生填寫學習單，協(xié)助解決各小組出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)學生典型問題并開展集中講解等。兩位教師都作為課堂的引導者和學生的學習助手，引導學生關注學科之間的聯(lián)系，使整個課堂成為兩個學科教育內(nèi)容、思維、工具的融匯場域，有效助力學生綜合素養(yǎng)的提升。

在義務教育階段，開展學科融合實踐可以從學生的經(jīng)驗出發(fā)，整合學科、學生、時空等多種元素，拓寬學生的知識面，擴大學生的思維空間，促進學生能力的發(fā)展，幫助學生形成更有深度的思維模式，發(fā)展解決實際問題的能力。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務教育生物學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：28.

［2］［4］［5］ 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）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：37，1，3.

［3］ 張莎戚，范麗仙，劉嫻.跨學科視域下初中生物學教學實踐活動探索——以“制作流光溢彩的壓花小夜燈”為例［J］.中學生物教學，2024（8）：46-49.