中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A論文編號(hào)：1674-2117（2025）15-0063-05

引言

《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）要求各科目課程要用不少于10% 的課時(shí)，安排跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。

《“十四五”國家信息化規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)，要加強(qiáng)信息技術(shù)基礎(chǔ)研究，支持開展跨學(xué)科、跨專業(yè)研究，強(qiáng)化關(guān)鍵信息技術(shù)創(chuàng)新。2由此可見，我國教育課程改革正積極推進(jìn)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。然而，目前跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)缺乏有效的學(xué)習(xí)支架支持，導(dǎo)致各學(xué)科在內(nèi)容融合過程中存在困難。因此，筆者嘗試運(yùn)用學(xué)習(xí)支架開展初中信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)，并以“人工智能預(yù)測(cè)出行”為例，設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目，旨在更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

文獻(xiàn)綜述

1.跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)從實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為引領(lǐng)，注重提升學(xué)生的知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平。從課程實(shí)施層面來看，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是一種以多學(xué)科知識(shí)相結(jié)合來解決問題的STEM教育形式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的提升。何晉中3分析物理教學(xué)與數(shù)學(xué)的跨學(xué)科銜接問題，認(rèn)為跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)應(yīng)在不同學(xué)科教授過程中形成整體認(rèn)知。從主題設(shè)計(jì)層面來看，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)重視不同的學(xué)科知識(shí)與生活的聯(lián)系，注重真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)。詹澤慧等人認(rèn)為跨學(xué)科主題應(yīng)圍繞中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化等社會(huì)生活情境進(jìn)行設(shè)計(jì)。范韋莉等人從小學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)施要點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為跨學(xué)科主題應(yīng)考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和生活經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)學(xué)科的關(guān)聯(lián)性。從教學(xué)模式層面來看，跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)主要圍繞概念、問題和任務(wù)開展教學(xué)活動(dòng)。詹澤慧等人提出以大概念為基礎(chǔ)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)“C-POTE”模型，以問題鏈促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的深人理解，重視學(xué)生的實(shí)踐參與。許秋璇等人構(gòu)建了基于設(shè)計(jì)的跨學(xué)科教學(xué)流程模型，提出跨學(xué)科核心大概念，融合各學(xué)科內(nèi)容，從而提升學(xué)生的探究解決能力。

2.學(xué)習(xí)支架

學(xué)習(xí)是基于知識(shí)建構(gòu)的發(fā)展過程。為了能夠更好地促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)，學(xué)習(xí)支架在最近發(fā)展區(qū)為學(xué)生的發(fā)展提供恰當(dāng)?shù)闹С?，尊重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。[8-9]從學(xué)習(xí)支架的類型來看，閆寒冰從學(xué)習(xí)支架的表現(xiàn)形式出發(fā)，將其分為范例、問題、建議等類型，在教學(xué)過程中根據(jù)不同的需要提供不同的學(xué)習(xí)支架。易錫添從單元教學(xué)的視角出發(fā)，將學(xué)習(xí)支架分為情境性、目標(biāo)性、任務(wù)性、交流性、資源性和評(píng)價(jià)性，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，改善課堂整體教學(xué)效果。從學(xué)習(xí)支架的應(yīng)用來看，郭炯等人2通過構(gòu)建學(xué)習(xí)支架支持的批判性思維培養(yǎng)模型提升了學(xué)生批判性思維。何文濤等人[13]提出了基于擴(kuò)展FC知識(shí)圖的問題解決類協(xié)作學(xué)習(xí)支架，有效解決了學(xué)生在問題解決過程中出現(xiàn)的思維卡點(diǎn)、思維錯(cuò)路等問題。

學(xué)習(xí)支架支持下的初中信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

新課標(biāo)明確指出“義務(wù)教育課程需要優(yōu)化課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，設(shè)立跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)”。4跨學(xué)科主題教學(xué)應(yīng)選擇科學(xué)原理與實(shí)踐應(yīng)用并重的教學(xué)內(nèi)容，注重運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)融合解決復(fù)雜問題。因此，筆者在學(xué)習(xí)支架支持下將跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的要素融人到教學(xué)當(dāng)中，旨在為信息科技課程以及跨學(xué)科主題教學(xué)的設(shè)計(jì)提供方向指引。

圖1

表1

2.教學(xué)流程

筆者基于國內(nèi)外跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的相關(guān)研究，參考詹澤慧等人提出的跨學(xué)科主題教學(xué)“C-POTE”模型，梳理了學(xué)習(xí)支架支持下的初中信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的教學(xué)流程，如上頁圖1所示。

3.評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)支架支持下的初中信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)采用過程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合、個(gè)人自評(píng)與小組互評(píng)相結(jié)合的方式。根據(jù)跨學(xué)科主題教學(xué)“C-POTE\"模型及相應(yīng)成果要求，設(shè)置分享匯報(bào)評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、制作實(shí)踐評(píng)價(jià)部分，具體的評(píng)價(jià)構(gòu)成如上頁表1所示。

“人工智能預(yù)測(cè)出行”案例分析

“人工智能預(yù)測(cè)出行”作為新課標(biāo)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)“互聯(lián)智能設(shè)計(jì)”的專題之一，整合了信息科技、數(shù)學(xué)、綜合實(shí)踐等多學(xué)科內(nèi)容。

該項(xiàng)目通過多種方式采集溫度、濕度、光照及降水等環(huán)境參數(shù)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)預(yù)測(cè)和優(yōu)化人們出行的方式，既實(shí)現(xiàn)了學(xué)科知識(shí)的融合應(yīng)用，又為智慧城市等拓展場(chǎng)景提供了可遷移的技術(shù)范式。

1.教學(xué)目標(biāo)

① 認(rèn)識(shí)到人工智能在智慧社會(huì)出行預(yù)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。（信息意識(shí)）

② 理解基本的機(jī)器學(xué)習(xí)算法原理，并能夠梳理其在預(yù)測(cè)模型中的應(yīng)用。（計(jì)算思維）

③ 通過搭建各類傳感器，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)訓(xùn)練簡單的預(yù)測(cè)模型，并掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練和評(píng)估的方法。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

④ 通過案例分析和小組討論，能夠客觀看待人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性。（信息社會(huì)責(zé)任）

2.教學(xué)活動(dòng)

（1）創(chuàng)設(shè)情境，明確概念群“人工智能預(yù)測(cè)出行”指向智慧城市的治理和發(fā)展，體現(xiàn)智能化在交通領(lǐng)域的滲透和作用。為了讓學(xué)生更好地理解知識(shí)、發(fā)展能力、體會(huì)創(chuàng)造意義、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，在跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)有場(chǎng)景和暢想未來場(chǎng)景，并將信息科技、數(shù)學(xué)、綜合實(shí)踐等多學(xué)科知識(shí)融入到創(chuàng)想活動(dòng)中，探討模擬和實(shí)現(xiàn)過程中知識(shí)的應(yīng)用和滲透。同時(shí)，教師為學(xué)生提供關(guān)于人工智能預(yù)測(cè)出行的基本概念和原理，并分享出行預(yù)測(cè)案例，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生通過整合不同學(xué)科的知識(shí)，明確學(xué)科知識(shí)概念群（如圖2）。

（2）組織探究，形成問題鏈

教師通過播放未來智慧城市交通的視頻（通過智能設(shè)備實(shí)時(shí)了解交通狀況，選擇最優(yōu)路線），激發(fā)學(xué)生對(duì)智能出行的興趣。在理解“預(yù)測(cè)”這一超學(xué)科大概念基礎(chǔ)上，生成跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的主干問題“人工智能如何進(jìn)行預(yù)測(cè)出行？”，并從這一問題中分解出子問題“預(yù)測(cè)在不同天氣條件下，如何

圖2

選擇交通工具來到學(xué)校？”“如何利用數(shù)學(xué)知識(shí)剖析預(yù)測(cè)出行的原理？”“如何結(jié)合人工智能技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)出行裝置的制作？”等，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問題出發(fā)，思考人工智能在預(yù)測(cè)出行中的潛在應(yīng)用。

（3）規(guī)劃項(xiàng)目，制訂目標(biāo)層

表2

在規(guī)劃人工智能預(yù)測(cè)出行跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目時(shí)，教師系統(tǒng)分析學(xué)生需求，并在此基礎(chǔ)上制訂科學(xué)合理的目標(biāo)層： ① 通過天氣預(yù)報(bào)選擇出行方式等。學(xué)生可以更直觀地了解人工智能在預(yù)測(cè)出行中的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)應(yīng)的目標(biāo)層是“能夠清晰有條理地闡述日常生活中預(yù)測(cè)出行的案例”。 ② 介紹常見的機(jī)器學(xué)習(xí)算法及其在出行預(yù)測(cè)中的應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)生根據(jù)具體案例選擇合適的算法，并解釋算法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的目標(biāo)層是“能夠講解基本的機(jī)器學(xué)習(xí)算法原理，選擇合適的預(yù)測(cè)算法進(jìn)行訓(xùn)練，以構(gòu)建合適的預(yù)測(cè)模型”。 ③ 解釋人工智能預(yù)測(cè)出行的技術(shù)細(xì)節(jié)和步驟。學(xué)生利用各種傳感器搭建裝置，并掌握數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練和評(píng)估的方法。對(duì)應(yīng)的目標(biāo)層是“能夠規(guī)劃人工智能預(yù)測(cè)出行的項(xiàng)目方案并將其實(shí)現(xiàn)出來”。

（4）提供支架，設(shè)計(jì)任務(wù)簇

任務(wù)簇與問題鏈和目標(biāo)層聯(lián)系緊密，將跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目串聯(lián)起來，通過每一個(gè)項(xiàng)目的達(dá)成，來解決問題與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。首先，將學(xué)生分成若干小組，每個(gè)小組選擇一個(gè)具體出行預(yù)測(cè)案例進(jìn)行深入研究，梳理案例中的關(guān)鍵技術(shù)和方法，并嘗試總結(jié)出行預(yù)測(cè)的一般流程和框架。其次，學(xué)生利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理（強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量和特征提取的重要性）；根據(jù)所選貝葉斯算法構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，并進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整參數(shù)以獲得更好的預(yù)測(cè)效果。最后，學(xué)生利用各種傳感器搭建裝置，連接溫濕度傳感器和水分傳感器等硬件設(shè)備，以實(shí)時(shí)收集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過模型預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果。

（5）多元評(píng)價(jià)，收集證據(jù)集

教學(xué)評(píng)價(jià)采用多元評(píng)價(jià)的方式，根據(jù)學(xué)生的項(xiàng)目成果、自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià)等，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并給出具體的評(píng)價(jià)意見和改進(jìn)建議。

3.學(xué)習(xí)支架

本項(xiàng)目為學(xué)生提供了多樣化學(xué)習(xí)支架（如表2），有助于學(xué)生更好地完成該項(xiàng)目。

結(jié)語

學(xué)習(xí)支架支持下的初中信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)是一種基于具體問題情境的跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題活動(dòng)。本項(xiàng)目以“人工智能預(yù)測(cè)出行”為例，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，充分運(yùn)用信息科技知識(shí)，結(jié)合數(shù)學(xué)、綜合實(shí)踐等學(xué)科知識(shí)，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)踐活動(dòng)的興趣和創(chuàng)新動(dòng)力，充分體現(xiàn)活動(dòng)的綜合性和實(shí)踐性。實(shí)踐表明，按照跨學(xué)科主題教學(xué)“C-POTE”模型有效推進(jìn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生利用跨學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)問題的能力。后期，本研究將進(jìn)一步開展效果驗(yàn)證，并將其應(yīng)用于更多信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)當(dāng)中，以期更好地通過多學(xué)科融合貫通，來提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)信息科技課程教學(xué)改革與創(chuàng)新。

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