基于信息科技的跨学科主题校本课程设计研究

刘敏聪 刘鹏飞 郑娅峰 傅骞

摘 要：跨学科主题校本课程是以真实问题为载体、聚焦核心素养发展的一种学习内容，主题是多学科内容组织的形式，能够发挥课程协同育人的功能。义务教育信息科技课程是学生认识数字化信息社会的一扇门，具有基础性、实践性和综合性，能够全面支持跨学科主题学习的不同形式和多个环节，促进学生信息科技核心素养、跨学科素养尤其是问题解决能力的提升。因此，基于信息科技的跨学科主题校本课程设计，本文提出了四条导向性原则——采用真实问题的情境导向、面向成果产出的实践导向、体现文化传承的价值导向、支持自主可控的发展导向，并根据成果形式将课程分为科学探究、工程实践和社会调查三大类，总结了信息科技在每一类主题活动中的应用体现，归纳了对应课程的基本设计流程，并辅以课程活动案例加以说明，从而为信息科技跨学科主题校本课程设计提供参考。

关键词：信息科技；跨学科主题；校本课程设计

中图分类号：G4文献标志码：A文章编号：2096-0069（2023）02-0054-08

一、问题的提出

2022年4月，教育部印发了《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》，课程方案首次将信息科技从综合实践课程中独立出来，信息科技课程被正式纳入到义务教育课程体系当中。《义务教育课程方案（2022年版）》明确提出“开展跨学科主题教学，强化课程协同育人功能”，要求各学科课程原则上要用不少于10%的课时设计跨学科主题学习活动[1]。从与其他学科的整合来看，信息科技因其强大而丰富的工具属性备受青睐。从学科内部来看，中小学信息科技学科由数据、算法、网络、信息处理、信息安全与人工智能这六条逻辑主线串起来的内容模块能够基本建构学生对当今数字化信息社会的认识，对应的跨学科主题也可以体现对学生计算思维、探究实践、物化创新、信息社会责任、科技人文素养等核心素养的培养[2]。因此，无论从学科育人的必要性还是课程建设的完备性来讲，信息科技跨学科学习都无疑是重点内容。跨学科学习一般时间周期较长，投入人力、物力较多，因此中小学多采用校本课程的方式开展。校本课程是以学校教师为开发主体的课程形态，发挥着实施核心素养教育、开展个性化学习、促进教师发展、打造校园文化的重要作用。信息科技教育发展初期，不仅依赖国家课程、地方课程给予规范和指导，还需要一线教师积极投入到校本课程开发中，加强课程的综合性、实践性、多元化、特色化建设。

二、跨学科主题学习的内涵

（一）跨学科学习与跨学科主题学习

跨学科学习是相对于传统的分科教学而言的。分科教学有利于学生学习并掌握每个学科的知识逻辑体系，但是真实世界中的很多问题却需要不同学科的联动应用来解决，尤其在知识呈指数增长的现代社会，知识只有在综合的应用情境中才能够被理解、活化和内化。朱莉·汤普森·克莱恩（Julie Thompson Klein）[3]认为跨学科学习是学习者创造性地联结某一个主题的多个学科知识，对主题属性进行多维整合的过程；莫里森·贾尼斯·S （Morrison Janice S）等人[4]认为跨学科学习是为了跨越单一学科的界限，将重心放在特定问题上，对问题有新的、更广泛的视角，对复杂问题间的相互关系有更深的理解；张华[5]认为跨学科学习是整合两种或两种以上学科的观念、方法和思维方式以解决真实问题、产生跨学科理解的课程与教学取向。虽然国内外学者表达观点有所不同，但对跨学科学习的理解存在很多共通之处。跨学科学习从教育目标看，以培养跨学科核心素养和高阶思维能力为主要目标；从学习内容看，以真实问题情境为出发点，注重学习活动的统整性，强调对跨学科的理解与意义建构；从学习过程看，强调以学生为中心，注重实践性、探究性、协作性和开放性；从评价方式看，主张多元评价以及技术支持的评价方式，评价要回归到检验教育目标是否达成。

活动主题是跨学科学习的着力点。根据跨学科的程度，主要有所涉学科一主多辅、多学科平行参与、围绕任务的学科交叉三种跨学科学习方式[6]，而组织这些学科的共同着力点就是主题。任学宝[7]辨析了“跨学科教学”和“主题教学”这两个概念，并指出“跨学科主题教学”兼顾学科视角的跨学科性与教学模式的主题统筹性，体现了回归真实生活的价值取向。主题是多学科内容组织的形式，在跨学科整合中发挥着导向性、凝聚性和统领性的作用。基于主题的跨学科学习，能够将学习置于真实的问题情境中，明确靶心问题与外围问题，由此建立由不同学科构成的知识与能力网络。这种网络结构不仅能够体现由学科核心概念和跨学科核心概念统摄的概念层级，而且能够促进深度学习和运用迁移，充分体现学生核心素养的培养要求。

（二）跨学科主题校本课程开发与实践——以信息科技为例

近年来，我国日益重视跨学科主题的学习，倡导实施的学段也体现了下移趋势。2017年发布的《普通高中课程方案》提出“关注学科间的联系与整合”[8]，2022年发布的《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》对跨学科主题学习提出总体要求，各学科课程标准将跨学科学习作为综合实践领域的重要活动，通过主题式学习、项目式学习等方式开展，信息科技新课标更是为每个年段的学习内容都规划了特定的跨学科主题。在实际开展过程中，“一主多辅”的跨学科学习方式较为常见，该方式在一定程度上能够降低各学科教师分别执教的难度，此外还可以通过跨学科的思维方式，突破传统教学中长期存在的难题，如历史跨学科主題学习可以有效解决传统历史教学缺乏实践性和综合性的问题[9]，地理跨学科主题学习可以充分利用特色乡土地理、人文资源，让学生走向自然、深入社会[10]。

信息科技作为一种实用性学科，被应用于学习、生产、生活的方方面面，在跨学科主题学习中广泛存在，而且以多媒体、大数据、物联网、人工智能等为代表的现代信息科技的引入更能彰显时代特征。信息科技一方面可以为各个学科的文字、图片、声音、多媒体视频、交互式电子白板等作品制作与呈现提供技术支持，另一方面可以通过数据处理、软硬件编程、3D建模、原型物化、虚拟仿真等手段，解决复杂多样的现实问题。因此，以信息科技主导的跨学科主题学习在中小学的学科凝聚力、方法适应性和情境延展性方面有很强的优势。一些教育工作者从不同角度对信息科技跨学科学习开展研究：万昆[11]提出信息科技跨学科学习设计的基本要素，并沿着目标—任务—过程—评价的路径提出对应的实现策略；于晓雅[12]以“设计制作智能井盖防丢器项目”为例，介绍了从关注创意物化到关注系统化问题解决的信息科技课程进阶路径；潘春波等人[13]以“龙舟特色”校本课程为例，利用信息技术、科学、数学等多个学科知识与技能，探索了将中国传统优秀文化与学校教育相结合的“D-C-STEAM”项目课程设计框架。不过这些研究多集中在项目式等通用教学教法设计、具体的跨学科校本课程体系设计或跨学科主题教学实践上，而对不同内容载体或成果形式的课程分类设计讨论较少。

三、课程设计的导向

基于信息科技的跨学科主题校本课程既要体现跨学科主题学习的一般特征，又要具有信息科技学科的独特性。基于该理念，本研究提出此类课程设计的四个导向：真实问题激趣的情境导向，面向成果产出的实践导向，体现文化传承的价值导向，支持自主可控的发展导向。图 1建构了课程设计导向的模型图，四个扇形区域构成四个导向，每个导向包括内层扇形和外层扇形两部分内容，内层扇形表示跨学科主题学习的一般特征，外层扇形表示信息科技特有属性，从而达成“一般性与独特性的内在统一”。

（一）真实问题激趣的情境导向

信息科技新课标倡导真实性学习，主张创设真实的情境，以真实问题或任务驱动学生的学习。各个学科的发展都离不开信息科技的催化作用，信息科技不仅可以作为情境内容本体展示其历史和发展，还可以作为情境内容载体，通过教具制作、多媒体制作等手段来呈现问题情境。借助信息科技创设的真实问题情境比传统教学模式下的情境更加生动鲜活，更能調动学生的多种感官参与学习和互动，从而提高学生的学习效果。

（二）面向成果产出的实践导向

实践性是跨学科学习的核心特征之一，实践成果既包括观点、方案、报告等理念性成果，也包括积木搭建、3D打印等各类形式制品的物化性成果。信息科技是将理念成果创意物化的重要手段之一，通过综合实践，对知识与技能进行理解、整合和应用，设计、制作、测试并优化创意作品，从而发展创新思维、实践能力和物化能力。信息科技同时也是创意成果面向公众分享所依赖的技术手段。

（三）体现文化传承的价值导向

文化传承是信息社会责任的一部分，信息科技是文化理解、表达、传播、创新的重要工具，它既可以让我们回望中华民族璀璨的历史文明，又可以向我们展示当代中国势不可挡的科技崛起之姿，还可以带我们畅想未来中国的创新发展。在一定程度上，信息科技塑造了我们的文化环境，尤其在全球化背景下，在跨学科课程中融入优秀的文化基因，有助于学生更好地应对多元文化冲击，传承与发展优秀传统文化，并增强个人的文化自信。

（四）支持自主可控的发展导向

信息时代离不开对信息网络环境的应用，在网络环境中保护信息安全尤为重要，而信息安全的本质是自主可控[14]。“自主可控”一词在信息科技新课标中共出现了26次，足见国家对自主可控的重视。因此，要从案例学习和技术应用两方面加强引导，让学生充分认识自主可控的意义与价值，发展科技自主创新的信念与能力。

四、课程设计流程及案例分析

本研究根据课程的成果形式，将基于信息科技的跨学科主题校本课程分为科学探究类、工程实践类和社会调查类三大类别。

（一）科学探究类跨学科主题课程

信息科技课程是一门“科”与“技”并重的综合性课程，结合科学学科新课标对“探究实践”核心素养的界定，借助信息科技手段开展数字化科学探究，将探究与实践融为一体，有助于培养学生的科学兴趣，加强学生对科学概念、科学思想的理解、体验与实践，促进深度学习的发生。探究是一个发现问题并寻求问题解决之法的过程，科学探究过程一般包含四大元素：问题、证据、解释和交流[15]，信息科技可以作为获取数据、解释证据和交流展示的手段，以教学内容、教学设备、教学环境、辅助工具等形式出现[16]，支持科学探究的多个环节的开展与管理。例如，运用虚拟仿真环境开展科学探究实验，运用互联网检索科学问题的背景信息，利用物联网技术关联多个物体并获取相关信息，利用办公软件处理实验数据并形成实验报告，使用思维导图、协作学习工具之类的认知工具开展学习等。

在基于信息科技的科学探究类跨学科主题课程中，科学探究和信息科技的关系是“体”和“用”的关系，其一般设计流程可以总结为以下步骤：①创设情境，确定主题。联系学生的社会生活经验，创设问题情境，从中提炼出科学探究的主题，从而激发学生的学习兴趣和好奇心。②明确问题，做出假设。寻找问题是探究的起点。根据科学探究的主题，明确提出要探究的问题，并做出合理的科学假设。③设计实验，技术支持。围绕问题与假设，以小组的形式设计实验方案，包括实验变量、实验步骤、仪器设备等，明确在不同的实验步骤可以应用到的信息科技设备或资源，如在虚拟仿真的环境下观察实验对象、用传感器采集声光电等环境数据、利用网络资源查找支持性证据等。④探究实践，验证假设。小组根据设计好的实验方案和可供选择的技术支持，开展科学探究实践，记录并分析收集到的数据，可视化呈现分析结果，验证或解释所探究的问题。⑤总结交流，评价反思。撰写实验报告，报告实验结论，就探究实践的过程和结果进行交流分享，通过自评、他评等多种方式评价和反思探究学习的效果。

天气是地球系统的重要组成部分，是科学与地理学科的核心概念，与人类生产生活息息相关。气象观测不仅能够反映我国古代人民观天候物的勤劳与智慧，而且能够体现信息科技对气象科学发展的巨大推动作用。在线数字气象站是一种自动气象站，由传感器、采集器、通信接口、系统电源等组成，可以自动观测、存储和传输气象数据，学校可以自主构建校园数字气象站，开展信息科技编程教学和科学探究活动。根据以上科学探究流程和课程设计导向，图 3（见下页）展示了“校园数字气象站”跨学科主题校本课程的一个探究活动样例，可以应用该流程探究多个气象相关子主题。该课程应用到的开源硬件、编程平台、物联网平台均是国产开源产品。

（二）工程实践类跨学科主题课程

在以STEM为代表的跨学科主题学习中，工程往往是多学科整合的黏合剂。工程是一门面向现实问题的学科，工程实践是一种解决现实世界开放性问题的有效方法，工程实践的核心在于工程设计。中小学的工程实践重在激发学生的创造力，培养学生对工程设计的兴趣，提升学生对工程职业的向往，养成习惯性的工程思维[17]。

信息科技新课标的课程性质表明了信息科技在工程实现层面的应用。信息科技主导的工程设计课程具有以下核心特征：由真实情境引发问题与需求、系统化设计工程方案、利用信息科技手段构建模型或原型。基于信息科技的工程设计类跨学科主题校本课程的一般设计流程可以总结为以下步骤（见图4）：①明确问题与约束。创设开放性的真实问题情境，明确要解决的工程问题，以及问题中的约束条件与需求。②调研与设计方案。以小组协作的方式，采用问卷、访谈等调查目标群体，获取全面真实的产品需求，然后根据调研结果和同理心设计问题解决方案，绘制工程样图，设计图越翔实越有利于方案的落实与完善。设计图样既可以手工完成，也可以借助计算机辅助设计软件完成。在方案讨论时，可以通过思维导图等工具记录小组成员的想法。③构建原型与测试。根据设计方案，采用搭建、编程、3D打印等对应的信息科技手段构建原型或模型，再对其进行测试，检验能否在约束条件下解决对应的问题，并记录测试结果。④作品分享与交流。展示分享本组的设计成果，学习借鉴他组的问题解决方案，在互动交流中取长补短、共同进步。⑤评价与优化原型。在分享交流的基础上完成对作品的评价与反馈，并据此优化作品，使作品在设计—构建—测试的迭代中更加完善。

应用工程设计理念进行创意作品开发，可以很好地满足信息科技课标中身边的算法、过程与控制、物联网等内容模块对跨学科主题学习的要求。现根据以上工程设计流程和课程设计导向，对“面向工程思维的小学智能硬件”课程中的“多功能手电筒”案例进行解构分析[18]。该课程源自某小学智能硬件选修课，其目的在于培养小学生的工程思维，多功能手电筒是该课程中的一个案例，其他教学案例遵循类似流程。具体分析如图5（见下页）所示。

（三）社会调查类跨学科主题课程

综合实践活动课程是一门跨学科课程，二者在教育理念、目标、内容上具有高度一致性[19]。社会调查是综合实践活动课程中常用的一种学习方式，有助于学生走进现实生活，获取描述事实的真实资料，发现社会问题，解释社会现象，探究事件本质，从而更好地理解社会，形成社会责任意识，发展问题解决能力，做出科学合理的社會决策。信息科技为社会调查提供了强大的技术支持：一方面，科学技术的发展使网络化的社会调查成为主流形式；另一方面，信息科技在调查工具的设计和发放、数据的收集和处理、调查结果的分析和呈现上都必不可少。信息科技的应用有效提升了社会调查的效率。信息科技课程本身也有很多可以应用社会调查方法开展的主题内容，例如学生的信息安全意识、在线学习能力、信息处理能力等，还可以通过社会调研评价学生在信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等学科核心素养上的达成程度。

基于信息科技的社会调查类跨学科主题课程的一般设计流程可以总结为以下步骤：①创设情境，明确主题。联系日常生活经验，创设任务情境，明确社会调查的主题。主题要既能反映学生的学习需求，也能符合学生的认知与兴趣。②确定课题，制订方案。小组围绕相对宽泛的调查主题，确立一个有价值的、可行的、适合的研究课题，并制订具体的调查方案，包括调查目标、调查对象、调查方式、调查工具、成果形式、进度安排等。确定调查课题是学生“问题意识”的延伸。③开发工具，做好准备。根据制订的调查方案，开发对应的调查工具，例如调查问卷、量表、访谈提纲等；提前联系调查对象，做好调查前的准备工作。如果是学生自主设计调查工具，可以对学生做必要的技术培训。④实施调查，收集资料。根据调查方案，使用相应的调查工具，开展调查活动，记录所调查的资料和信息。⑤统计分析，形成成果。借助文字处理软件、数据处理软件等工具对收集的资料信息进行编码、分析、判断、归纳和整理，形成关于调查问题的结论，并撰写调查报告。⑥分享交流，评价反思。分组展示汇报各自的调查成果，通过自评和互评的方式对调查准备阶段、实施阶段和总结阶段进行评价与反思（见图6）。

根据以上社会调查流程和课程设计导向，对“解读家庭水费单，合理规划家庭用水”PBL项目式课程进行解构分析。“解读家庭水费单，合理规划家庭用水”由北京联合大学张银霞及其团队设计，成果展现在第一届全国科创项目式学习方案征集活动上。该项目的基本目标是以家庭水费单上的具体数据为出发点，使学生产生对日常家庭用水消耗的直观印象，了解国家层面节约用水的保障措施“阶梯水价”；以小见大，通过家庭—班级—城市的用水情况对淡水资源消耗影响的数据对比，激发学生节约用水的责任感；从家庭用水调查发现不合理用水做起，制订切实有效、具有推广价值的家庭用水合理规划方案报告及宣传海报。围绕“水费”这一主题，本项目包括多个调查课题，因此要完成多轮的调查与分析（见图7）。

五、结束语

跨学科主题学习成为新一轮课程改革的重点发展方向，基于信息科技的跨学科主题课程是将信息科技与相关学科内容融会贯通的一种综合实践课程，是“做中学”“用中学”和“创中学”的具体表现。对此类课程而言，创设激发学生兴趣的真实问题情境是基本要求，保障学生物化成果的产出是核心特征，体现文化传承和自主可控是体现本土特色的内在诉求。以成果形式划分的科学探究、工程实践、社会调查三类课程，在学习内容上各有侧重，在核心能力培养上互为补充。不仅对信息科技课程跨学科教学具有指导意义，还对其他学科教学具有参考价值。

基金项目：2020年国家自然科学基金面上项目“中小学生在线编程自适应学习系统关键技术研究”（62077005）；2022北京教育科学规划优先关注课题“青少年科技后备人才培养研究” （3020-0037）；重庆市教委研究生教改项目“应用型研究生培养模式改革的实践探索与应用推广”（yjg193089）；重庆师范大学智慧教育专项“基于STEAM理论的中小学智慧课堂教学模式设计”（YZH21013）

作者简介：刘敏聪（1974 — ），男，广东兴宁人，中学高级教师，研究方向为课堂教育改革、学生发展等；刘鹏飞（1992 — ），女，河北保定人，科研助理，研究方向为STEM教育、创客教育、科学教育；郑娅峰（1979 — ），女，河南洛阳人，教授、硕士生导师，研究方向为学习分析、教育数据挖掘等；傅骞（1978 — ），男，浙江金华人，教授、博士生导师，研究方向为物联网技术及教育应用、创客教育支持生态、中小学信息科技教育等。

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（责任编辑 李强 孙志莉）

Abstract： The interdisciplinary thematic school-based curriculum is a type of learning content that uses authentic issues as vehicles and focuses on the development of core literacies. The theme is a form of multi-disciplinary content organization that enables the curriculum to function as a synergistic educational tool. The compulsory IT curriculum is a doorway for students to understand the digital information society， which is fundamental， practical and comprehensive， and can fully support different forms and multiple aspects of interdisciplinary thematic learning， and promote students core IT literacy， interdisciplinary literacy and problem-solving skills in particular. Therefore， on the strength of the IT-based design of interdisciplinary thematic school-based curriculum， this paper proposes four guiding principles：contextual orientation of adopting real problems， practical orientation of oriented results output， value orientation of embodying cultural heritage， and development orientation of supporting autonomy and control， and according to the form of results， it divides the curriculum into three types， namely， the scientific inquiry， the engineering practice and the social investigation. The study summarizes the application of IT in each type of thematic activity， and concludes the basic design process of the corresponding curriculum， and illustrates it with cases of course activities， so as to provide a reference for the IT-based design of interdisciplinary thematic school-based curriculum.

Key words： IT; Interdisciplinary theme; School-based curriculum design