摘要：本文以“制作遠程自動澆灌系統”為例，闡述了如何通過跨學科主題教學實踐有效提升學生的綜合素養與創新能力。此教學過程不僅激發了學生的學習興趣與探索未知的熱情，還通過項目式學習的方式，有效促進了知識的遷移與應用。關鍵詞：跨學科主題教學；物聯網；信息科技；新課標《義務教育課程方案（2022年版）》提出“義務教育課程標準要優化課程內容結構，設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互關聯，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求”。[1]針對此要求，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中提出了向世界介紹我的學校、無人機互聯表演、在線數字氣象站、人工智能預測出行、未來智能場景暢想等跨學科主題內容。[2]信息科技跨學科主題教學的必要性“跨學科主題教學”是在保持學科特色的同時，打破學科界限，圍繞特定主題整合多學科內容，通過中心主題指導教學全過程，并采用問題導向的方法，促進學生全面發展的教學理念與實踐。在信息科技課程中，跨學科主題教學具有重要的意義。[3]首先，跨學科主題教學能夠拓寬學生的學習視野，讓學生從多維度深層次地探索與掌握知識。其次，跨學科主題教學能夠激勵教師不斷地去學習新的知識，有助于提升教師團隊的專業素養與知識儲備能力。最后，跨學科主題教學有助于培養學生的綜合素養與創新能力。通過項目式學習的方式，學生能夠在解決實際問題的過程中鍛煉自己的思維能力、實踐能力以及團隊協作能力，從而全面提升自己的綜合素養與創新能力。信息科技跨學科主題教學實踐筆者所在學校校園內植物種類繁多，且每間教室都有學生精心照料的綠植。因此，筆者構想以“智慧農業”為核心主題，設計一場跨學科的信息科技教學活動。通過融合信息技術、生物等多學科知識，讓學生了解物聯網技術在智慧農業中的發展，同時，在實踐中培養他們的觀察力、實驗設計能力、數據分析能力以及跨學科綜合素養。可以將智慧農業主題細分為多個小項目，如智能補光系統、智能灌溉系統、智能施肥系統等。下面，筆者以“制作遠程自動澆灌系統”為例，進行具體剖析。1.案例背景筆者所在學校有一個小型農場，里面種植著許多農作物，其日常養護工作由學生自主承擔。由于農場的管理較為煩瑣，學生提議將農場升級為智慧農場。經過實地調研與走訪，學生發現農場目前面臨的最大挑戰在于“如何有效管理灌溉”。因此，本案例將開發植物的遠程自動灌溉系統作為智慧農場建設的第一步，這樣既能確保植物能得到適當的水分滋養，又能減輕學生的管理負擔。本學期學生正在學習物聯網知識，這為將理論知識轉化為實踐應用提供了很好的契機。2.學情分析本次授課對象是七年級的學生，他們好奇心旺盛，渴望探索新知。學生了解了物聯網基礎架構、行空板使用及Mind+編程，并在生物實驗中展現出觀察力、實驗設計、數據分析等素養，因此有能力勝任本案例的挑戰。然而，物聯網是一項新興技術，學生對其的認知往往僅停留在概念理解的層面，他們容易混淆物聯網與互聯網的概念，同時缺乏足夠的實踐經驗，學習困難在于物聯網技術的跨學科性和復雜性。此外，初中生在硬件搭建與編程實踐中可能會遇阻，需加強實踐技能培訓。3.學習目標①理解物聯網的基本架構（感知層、網絡層、應用層），并清楚每一層在遠程自動澆灌系統中的作用。（計算思維）②通過搭建遠程自動澆灌系統探索物聯網中數據采集、處理、反饋控制等基本功能。（計算思維）③體驗物聯網應用的便捷，樹立運用信息科技造福人類的價值觀。（信息意識、信息社會責任）④通過制訂并實施方案、分析實驗現象等科學探究方法，解決真實情境中的問題，初步形成基于證據與邏輯的思維習慣。（科學思維、探究實踐）4.實施過程本案例融合了生物實驗知識與物聯網技術基礎，應提前分析學生的現有知識水平和學習能力，以便達到更好的教學效果。本案例具體的教學實施流程如上頁圖1所示，具體課時規劃如上頁表1所示。（1）信息科技與生物之間的跨學科整合策略為了構建遠程自動澆灌系統，首先需要獲取植物的水分需求，要求學生能科學設定土壤濕度閾值。在與生物教師的深入交流中得知，在設定閾值的過程中，不能直接照搬文獻中推薦的土壤濕度范圍，因為這些結論是基于特定環境條件得出的。為了確保數據的準確性，必須通過實驗來驗證這些數據。只有當實驗結果與預期相符時，這些數值才能被采納應用。這一過程不僅能加深學生對植物生長內在機制的理解，還能為物聯網系統提供可靠的數據支撐。文獻研究表明，番茄苗對土壤水分的變化表現出高度的敏感性。因此，本案例采用番茄苗進行實驗，探究適合番茄苗生長的最佳土壤濕度范圍。本實驗通過六個活動推進，這個活動分別是前期調研、實驗設計、小組分工、實驗操作、數據分析、實驗結果，如上頁表2所示。經過為期3周的實驗，學生對比了不同小組在不同土壤濕度條件下培育的番茄苗。實驗前后的對比圖清晰地展示了番茄苗的生長狀況。實驗的總負責人對各小組收集的數據包括葉片數量、莖干分支數量以及植物高度等關鍵指標進行了詳盡的可視化分析。這些數據的分析結果以圖表形式呈現，進一步揭示了番茄苗的生長趨勢，如上頁圖2所示。通過分析，學生得出了初步的結論：適合番茄苗生長的土壤濕度范圍為60%～80%。在實驗過程中，學生不僅能掌握生物實驗從前期準備到最終數據分析的每一個關鍵環節，還能初步構建以實證為基礎、邏輯為導向的思維模式，完美契合生物學科培養學生科學素養與邏輯思維能力的核心教學目標。在實驗結束后，學生能得出適合番茄苗生長的最佳土壤濕度范圍，這一成果直接回應了實驗初期的核心問題“如何判斷植物需要澆水”。基于此結論，當檢測到番茄苗的土壤濕度值低于該臨界值時，便能觸發自動灌溉機制，確保番茄苗得到適時的水分滋養。（2）遠程自動澆灌系統原理梳理過程在之前的磨課中，筆者意識到直接呈現物聯網系統原理及程序流程圖的方式，雖然能讓學生快速獲取知識，但卻限制了學生計算思維的發展，導致小組在項目執行的過程中缺乏討論與思考。為了改善這一狀況，筆者對教學設計進行了如下優化：首先，在教學中采用問題導向的學習策略。通過一步步提出問題引導學生主動進行思考，如在各小組思維碰撞的過程中逐漸理解遠程自動澆灌系統的原理，這一過程有助于學生知識框架的搭建，還能培養學生分析并解決問題的能力。接著，鼓勵學生小組之間進行合作，完成程序設計流程圖的繪制（如圖3）。在此期間可能會存在一些問題，如部分學生不熟悉流程圖的繪制技巧或難以有效梳理思路。教師可以細心觀察各小組的進展情況，及時為遇到困難的學生提供指導與講解。由于初中生已具備良好的自主學習能力，所以在硬件搭建階段教師承擔指導者的角色，可提前為學生提供硬件操作說明書作為輔助資源，讓學生在搭建遠程自動澆灌系統的過程中，習得新的知識。[4]信息科技跨學科主題教學實踐的思考1.創設沉浸式真實情境，增強學生的學習代入感新課標背景下的真實情境教學，不僅強調情感體驗還強調思維發展，不僅將情境作為課堂教學中的某一環節還將其貫穿教學始終。[5]在跨學科主題教學中，情境教學不僅能激發學生的學習欲望，讓學生主動投入到對知識的探索中，還能促進學生對復雜知識體系的理解并且有能力將此遷移到日常生活中，進而訓練學生的跨學科綜合思維能力。2.如何在跨學科主題教學中體現本學科的核心地位起初，筆者分配了大量課堂時間來詳細講解生物實驗的基礎知識，并用半節課的時間讓學生進行實驗操作和結果分析。顯然，這樣的安排過于偏向生物學科，沒有彰顯信息科技學科的核心地位。通過與生物教師的溝通，了解到了學生已具備良好的生物實驗基礎技能。因此，筆者調整了教學策略，將實驗操作以及結果分析放在課后，在課堂上則更多地聚焦于信息科技的應用，提升了信息科技學科的主體地位。3.案例存在的問題及思考在生物實驗的過程中，在采用土壤濕度測量儀監測土壤濕度時，可能會出現結果偏差的風險。這主要由兩個原因導致：①儀器本身存在精準度與耐用性問題，學生在實驗過程中可能會因為操作不慎損壞儀器，影響測量準確性；②操作過程不當，如未將土壤濕度測量儀埋入土壤至少3厘米，或等待的時間過短等，均可能導致誤差產生。為提高測量的精準性與操作的便利性，未來可探索采用土壤濕度傳感器結合LED顯示屏的方案，實現濕度值的直觀顯示。當然，該方案也要求學