義教信息科技新課標(biāo)背景下跨學(xué)科案例的實(shí)踐探索

朱宋煜 上海市復(fù)旦五浦匯實(shí)驗(yàn)學(xué)校

信息科技課程的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。四個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)之間的關(guān)系是相互補(bǔ)充的，體現(xiàn)在課程對(duì)學(xué)生影響的四個(gè)不同維度，但最終指向都是為了學(xué)生數(shù)字化素養(yǎng)的提升，因此，在跨學(xué)科主題的選擇上要考慮到與本學(xué)科在核心素養(yǎng)培育上的關(guān)聯(lián)。另外，在設(shè)計(jì)信息科技學(xué)科跨學(xué)科案例的過程中，不是將多個(gè)學(xué)科知識(shí)和技能進(jìn)行簡單的疊加，而是要采用一種新型的教學(xué)方法以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

●跨學(xué)科主題的選擇分析

在跨學(xué)科主題的選擇方面，教師要關(guān)注課程內(nèi)容和學(xué)生生活的結(jié)合。只有和學(xué)生的日常生活有關(guān)聯(lián)才會(huì)讓學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生興趣。同時(shí)，在將信息技術(shù)和其他學(xué)科進(jìn)行融合時(shí)，教師要注意培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生在遇到日常問題時(shí)能用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問題。

本次跨學(xué)科項(xiàng)目，筆者選用的主題是校園植物識(shí)別。植物是校園的重要組成部分，一個(gè)美好的校園環(huán)境是和校園里各色各樣的植物分不開的。植物在校園中不僅能起到凈化空氣的作用，還能提升學(xué)生學(xué)習(xí)植物學(xué)相關(guān)知識(shí)的興趣。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生在學(xué)習(xí)植物有關(guān)的知識(shí)時(shí)都需要查閱各種紙質(zhì)版的書籍，對(duì)于不清楚名稱的植物，在查閱相關(guān)信息時(shí)會(huì)很不方便。但隨著信息科技的發(fā)展，教師可以借助物聯(lián)網(wǎng)編碼技術(shù)，將植物的數(shù)據(jù)以及有關(guān)信息存放在二維碼中。學(xué)生掃描植物附帶的二維碼，不僅能夠認(rèn)識(shí)校園里各種植物，而且能感受到科學(xué)技術(shù)的魅力。

●跨學(xué)科主題案例設(shè)計(jì)與實(shí)施

基于對(duì)跨學(xué)科主題教學(xué)和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的學(xué)習(xí)理解，筆者將“校園植物識(shí)別”作為實(shí)施主題。

1.主題分析

本次“校園植物識(shí)別”是將圖像識(shí)別技術(shù)以及二維碼技術(shù)運(yùn)用到學(xué)科教學(xué)中，學(xué)生可在學(xué)習(xí)過程中，進(jìn)入相應(yīng)的系統(tǒng)通過掃描植物上的二維碼標(biāo)識(shí)，獲取植物信息。除了了解植物有關(guān)的學(xué)科知識(shí)，二維碼還能夠幫助學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識(shí)以及二維碼編碼、解碼技術(shù)。另外，通過溫濕度傳感器還能夠?qū)⒅参锏臏貪穸刃畔⒂涗浵聛?，在掃描植物信息的同時(shí)能夠展示出來，以此判斷校園植物的健康狀態(tài)。

2.目標(biāo)設(shè)計(jì)

本次“校園植物識(shí)別”主題學(xué)習(xí)需要達(dá)到的目標(biāo)是：了解并學(xué)習(xí)二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園植物信息展示；認(rèn)識(shí)溫濕度傳感器以及灌溉系統(tǒng)的構(gòu)成，初步理解數(shù)據(jù)采集在信息系統(tǒng)中的作用；通過數(shù)據(jù)采集及分析實(shí)踐，建立數(shù)據(jù)意識(shí)。

3.過程設(shè)計(jì)

（1）自主學(xué)習(xí)，了解相關(guān)技術(shù)工具

通過這一環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解在校園植物信息識(shí)別過程中所使用的相關(guān)技術(shù)，如二維碼的編碼及解碼技術(shù)。本次“校園植物識(shí)別”主題筆者采用的二維碼技術(shù)是QR碼。具體步驟如下。

第一步：通過查閱資料，了解QR碼基本結(jié)構(gòu)。QR碼的符號(hào)是由正方形模塊組成的，屬于一個(gè)正方形的陣列。筆者通過展示QR碼符號(hào)結(jié)構(gòu)讓學(xué)生了解所用的二維碼編碼技術(shù)，為接下來的編碼和譯碼環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。

第二步：學(xué)習(xí)QR碼編碼解碼設(shè)計(jì)技術(shù)。在編碼環(huán)節(jié)，教師要求學(xué)生去尋找各種校園植物的信息，包含文字信息以及圖像信息，并通過QR碼生成一張二維碼圖片，當(dāng)使用APP去掃描二維碼時(shí)就能夠及時(shí)地得到相關(guān)的植物信息。譯碼的環(huán)節(jié)主要是用手機(jī)的內(nèi)置攝像頭來實(shí)現(xiàn)二維碼的掃描以及解碼功能。

第三步：教師提問，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況。教師進(jìn)行如下提問，總結(jié)譯碼過程中主要使用的函數(shù)。

①攝像頭管理類_________（CameraManager），它主要用來__________（控制攝像頭的打開和關(guān)閉）；

②用于實(shí)現(xiàn)camera的回調(diào)接口_______（PreviewCallback）；

③（InactivityTimer）______類控制相機(jī)，目的在于如果采集信息失敗則退出；

④（ViewfinderView）________類就是看到的二維碼的掃描框，（Viewf inderResult-PointCallback）__________類的作用是當(dāng)發(fā)現(xiàn)可能點(diǎn)時(shí)，加入到ViewfinderView的vector中。

（2）循序漸進(jìn)，分組設(shè)計(jì)“校園植物識(shí)別”系統(tǒng)

第一步：QR碼的展示以及二維碼掃描界面分析。

第二步：認(rèn)識(shí)溫濕度傳感器。土壤濕度傳感器，主要用于檢測土壤的水分是否達(dá)標(biāo)；土壤溫度傳感器，用于測量溫度。水泵可直接放入水中使用，實(shí)現(xiàn)抽水效果；舵機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制澆水角度。

第三步：了解植物識(shí)別灌溉系統(tǒng)（如圖1）。

圖1 植物灌溉系統(tǒng)

（3）數(shù)據(jù)采集及分析，進(jìn)行系統(tǒng)分析

第一步：數(shù)據(jù)采集。掃描二維碼可顯示該植物在本周的土壤濕度、溫度的基本信息，判斷土壤濕度大于17%且小于44%是適宜范圍，溫度在20℃和22℃之間是適宜范圍，根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷是否需要灌溉，數(shù)據(jù)采集結(jié)果如下頁圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集

第二步：數(shù)據(jù)分析。學(xué)生通過SPSS軟件對(duì)上階段收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出在一星期內(nèi)土壤的濕度和溫度的平均值，進(jìn)而對(duì)植物的生長基本情況有了一定的了解。

第三步：系統(tǒng)分析。本次校園植物識(shí)別系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)分析模塊，記錄了在一周內(nèi)校園植物的溫濕度情況，同時(shí)計(jì)算得出在一周內(nèi)溫濕度的平均水平，得出一周內(nèi)溫度的平均水平在20.79℃，土壤濕度在24.86%，總體上校園的植物生長情況有一個(gè)十分良好的環(huán)境。

4.教學(xué)總結(jié)

在本次“校園植物識(shí)別”主題的學(xué)習(xí)中，使用到了很多編程庫中的函數(shù)，這些不同的庫函數(shù)可以在需要的時(shí)候進(jìn)行直接的調(diào)用，這對(duì)學(xué)生的編程思維有一定的鍛煉。除此之外，通過溫濕度傳感器可以及時(shí)地采集植物的生存情況，進(jìn)而判斷是否需要對(duì)植物進(jìn)行灌溉，提升了學(xué)生使用科學(xué)技術(shù)解決生活問題的信心。學(xué)生在了解學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，感受到科學(xué)知識(shí)的魅力，這正是跨學(xué)科教學(xué)應(yīng)該達(dá)到的效果。

●跨學(xué)科教學(xué)思考

跨學(xué)科教學(xué)是與培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)緊密相聯(lián)的。跨學(xué)科主題教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要教學(xué)模式，能為創(chuàng)新思維奠定基礎(chǔ)，同時(shí)有利于信息科技核心素養(yǎng)培養(yǎng)的落地。例如，本次教學(xué)筆者選擇的主題是“校園植物識(shí)別”，它屬于傳統(tǒng)學(xué)科中的生物學(xué)科，這個(gè)主題的選擇可以很好地為信息科技學(xué)科培養(yǎng)核心素養(yǎng)服務(wù)。學(xué)生在了解校園植物信息的時(shí)候，能夠通過掃描二維碼及時(shí)知道想要查詢的植物信息，這是培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)的一種方式。同時(shí)，數(shù)字化學(xué)習(xí)及創(chuàng)新在本次主題教學(xué)中也有很好的體現(xiàn)，筆者將植物信息集成放到二維碼中，這正體現(xiàn)了一種數(shù)字化學(xué)習(xí)方式以及在學(xué)習(xí)上的創(chuàng)新。另外，在編碼解碼的過程中包含了信息的解密加密，也能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)，在不侵犯他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)保護(hù)好自己的勞動(dòng)所得，做新時(shí)代具有信息社會(huì)責(zé)任的數(shù)字公民。

在未來的教育中，不同學(xué)科之間的融合是需要關(guān)注的重點(diǎn)，教師應(yīng)致力于將信息技術(shù)教育滲透到各個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科中去，讓信息科技在不同學(xué)科中都能夠發(fā)揮強(qiáng)大的作用。