智能平台支撑下的跨学科教学

张迪 李晓庆 李晴 和剑菲

跨学科教学可打破学科间的界限，引导学生运用综合知识解决实际问题，促进学生全面发展。为贯彻落实教育部关于实验教学与多学科融合教育的要求，培养更具创新精神和实践能力的人才，北京师范大学未来教育高精尖创新中心与北京市通州区教师研修中心联合开展深度合作，依托智能教育平台“智慧学伴”，开展了实验微课、评价量表研发与跨学科融合课堂研究。笔者围绕“垃圾去向追踪”的主题，基于化学、生物学、物理三科中“物质循环、元素守恒、能量守恒”概念间的联系，进行了整合设计，紧跟热点时事，引导学生解决垃圾分类及垃圾处理问题，在答疑解惑的同时也在增强学生的社会责任感。教师基于智能平台的可视化数据，实现了精准教学。

一、智能平台支撑跨学科教学的具体设计

智能平台是教师、学生个性化教与学的有效载体。教师可充分利用智慧学伴上提供的资源及数据等内容，更快速、更准确地认识不同学科的知识（体系）并掌握学生的学习情况，有效实施跨学科教学。本节课主题为“垃圾去向追踪”，教学流程如图1所示。

（一）整体设计思路

2020年5月，《北京市生活垃圾管理条例》开始实施，笔者通过智慧学伴前测发现学生对于垃圾分类存在错误认识。教师设置多样的教学活动，引领学生追踪不同垃圾的去向，让他们学习处理垃圾的方法，认识到正确进行垃圾分类的必要性。学生在追踪厨余垃圾去向的过程中，认识化学、生物学、物理三科中“物质循环、元素守恒、能量守恒”概念间的联系。教师引导学生利用多种学科知识，解答学生对于垃圾分类及垃圾处理问题的困惑，增强学生社会责任感，倡导知行合一，让学生成为生活和学习的主人。

（二）教学具体环节解析

1.借助智能平台前测，了解学生基本情况

为了调查学生对垃圾分类的认识情况，笔者借助智慧学伴平台实施了前测1，设置了14道关于垃圾分类的题目;为了调查学生对垃圾处理方法的了解情况，实施了前测2，设置了两道题。前测后，教师借助平台进行数据分析，快速发现学生现阶段存在的问题，使教学“有证可寻”，为接下来的精准教学提供充分且必要的依据。

2.融合多学科思想，解密厨余垃圾处理过程

教师让学生阅读《厨余垃圾大变身》，绘制流程图，培养学生获取信息、构建模型的能力，提高其科学思维能力。基于学生梳理的厨余垃圾处理主线，教师继续引导，例如借助图片和视频让学生对甲烷菌进行分析，体会微生物在自然界物质循环中的作用;介绍沼渣可以制成肥料，让学生理解物质转化的实质是基于化学的元素守恒;组织发电竞赛，让学生认识到热能可以转化为电能，理解什么叫能量守恒。

3.汇报垃圾处理方法，提高协作能力

教师组织学生利用课余时间分组调查“其他、可回收、有害垃圾处理”情况，培养学生自主学习、解决问题、合作交流的能力，使学生真正成为学习的主人，在真实情境中解决实际问题。

4.增强社会责任感，认识正确分类处理垃圾的意义

教师组织学生探究垃圾分类及处理的意义，使学生真正认识到“垃圾其实是放错地方的资源”，重视垃圾分类、处理工作，从自身做起，积极解决社会热点问题，增强社会责任感。

5.借助智能平台后测，评估学生学习效果

课下，教师借助智慧学伴进行后测，分析后测数据，关注学生的进步和发展，评估教学目标达成度，评价教学效果。

二、跨学科教学案例分析

（一）结合学科特点优化目标设计

理化生三科研究方向不同，但也有共通之处，它们都是以实验为基础的自然科学。在学科核心素养方面，它们都是利用各自学科优势，帮助学生拓展知识、加深理解的，以提高学生的应用能力和迁移与创新的本领。

例如，教师组织学生阅读科普作品《厨余垃圾大变身》并绘制流程图，提高了学生的模型建构能力;让学生观察显微镜下的甲烷菌（图片），培养他们对微生物的观察及分析能力;开展“手动发电对决外燃机发电”实验活动，提高学生实验操作及实际运用的能力。

教师引导学生基于物质循环（化学）、元素守恒（生物学、化学）、能量守恒（物理）三大概念，建立观点、结论和证据之间的联系，增强学生的证据意识，认识对垃圾进行正确分类的意义。在教学过程中，教师紧密结合学科知识和学科交叉知识，引导学生解决真实情境中的问题，夯实学生的知识与技能，使其养成严谨求实的作风，发展其关键能力和必备品格。

（二）智能大数据技术支撑学情分析

智慧学伴平台上学生学科能力指标均分为“学习理解、应用实践、迁移创新”三大项。不同学科不同级别的要求有所不同，这既体现了学科的共通性，又反映出学科的特殊性。此课例为化学、生物学、物理跨学科融合课，具体学科能力要求如下（如图2）。

教师借助智慧学伴平台实施了前测1，设置了14道题目，每题1分，有34人参与，只有一人获得满分。班级在A学习理解中A1辨识记忆项上的成绩为0.77。系统统计了各分数段人数。14道题仅有4道是全部答对，其余题目均有人答错。题目及数据如下（见表1）。为调查学生对垃圾处理是否了解，教师借助智慧学伴平台实施了前测2，结果：“十分了解”占26%;“完全不了解”占6%;“了解但不全面”占68%。

为了检测教学效果，课后教师借助智慧学伴平台对学生进行了后测1。对比数据发现，学生对垃圾分类有了更清楚的认识，满分率从2.9%升到47.2%。在A学习理解中A1辨识记忆项上，班级平均成绩为0.94，较之前有所提升。系统统计了各分数段人数。

为检测学生的学习效果，教师借助智慧学伴平台进行了后测2，受试班级学生的转化与运用能力从前测的0.26升至后测的0.74，整体有明显提高，说明学生对垃圾处理有了更全面的認识。

智慧学伴平台集成了大数据和人工智能技术，可为中小学提供在线测评、智能作业等教育教学服务。智慧学伴平台教学的核心理念是通过全学习过程数据采集，建构知识与能力结构，发挥并增强学科优势，诊断并分析学生学习中存在的问题，进而实现精准教学^[1]。

（三）教学活动设计兼顾实验学科特点

生物学、化学、物理均是以实验为基础的学科。教师让学生观察显微镜下的甲烷菌（图片），体会生物学实验对观察微生物的重要意义;组织学生参与发电竞赛，体会手动发电和外燃机发电的区别，并对化学和物理现象进行分析，多角度全面认识生活中火力发电的原理，让学生充分理解燃烧过程中的能量转化关系。跨学科教学过程中，教师设计实验活动，将科技知识融入实验，丰富内容，注重实效，强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造，着力提高学生的观察能力、实践能力、创造性思维能力和合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质，促进学生全面发展。

（四）教学资源选择考虑时事背景

为深入贯彻党的十九大精神，努力培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，教师在跨学科教学中以垃圾分类这一社会热点问题为切入点，让学生积极参与社会活动，勇于担当。如今，全学科阅读作为一项重大教育改革举措已深入校园。全学科阅读的实施增强了学生阅读的自觉性、规范性。此活动中，教师让学生阅读《厨余垃圾大变身》就是践行全学科阅读理念。

（五）跨学科课堂评价凸显创意

教师基于智慧学伴平台前测的可视化数据，评价学生课前对于垃圾分类及垃圾处理的认识程度，以数据为参考依据，促进精准教学的发生;在科普阅读环节，组织学生分组绘制流程图，根据小组汇报情况评价学生的交流能力和信息整合及认知能力;组织学生参与实验探究活动，评价学生以学科视角分析问题的能力以及运用学科知识的能力。组织学生分组交流、分享，评价学生搜集信息、加工整合信息，以及针对前测误区进行精准辨析的解决实际问题的能力;根据学生对垃圾分类及处理的认识情况，评价学生的知识习得及社会责任感。最后，基于智慧学伴平台后测的可视化数据，评价教学效果。

三、智能技术支撑跨学科教学的思考

（一）教学寻证需发挥技术价值

此次跨学科教学，以智慧学伴平台前测为教学起点，应用大数据分析技术，帮助教师精准掌握学情，实现对学生认知特征与学习规律的深入理解与精准诊断，使教师在设计教学策略时有证可寻。课堂教学结束，以智慧学伴平台后测为教学终点，不仅能为今后的教学指明方向，而且能促进教师反思，助力职业发展。在课堂教学的前、后，充分利用智能技术，可实施课堂教学育人成效评价，既能提高教师的教学效率，又能激发学生的学习动力，使得教与学皆有证可寻。

（二）数据分析应精准到个体

教师利用智慧学伴平台的数据分析功能，不仅能了解班级整体的学习水平，而且能深入教与学的微观层面，大幅度提升教学的针对性和有效性^[2]，实现个性化精准教学。笔者建议：课中的活动环节，关注到位，关注前测数据中的个体学生及个体问题，适时改变教学策略，提高教学的有效性;课后在设置后测内容时，根据学生课堂表现及前测成绩，设计有针对性的题目，精讲精练;最后根据后测数据，认真核实，反思教与学。

学生的有效学习体现在进步和发展上。学生是教学的主体，教师除了关注学生的学习效果，还要关注学生未来的发展以及继续探索学习的愿望。智能技术平台在教学中的科学运用，可协助教师更客观、具体且动态化记录学生个体发展水平，体现“以学生发展为本”。

（三）跨学科选题要寻找学科间联系

跨学科教学的第一步就是选题。在选题过程中，不同学科的教师可以先从自身学科角度思考几个选题，然后交流讨论，不断挖掘同一主题下的不同学科的知识切入点，找到学科间的联系。为选好题，教师需要不断交流、相互听课，这样不仅可以加深教师对跨学科内容的理解，还能增进教师对于学情的掌握。只有充分了解学情，才能顺利开展教学。

跨学科教学的选题范围广，教师在选择时可通过跨年级教材串联知识，从跨学科课堂上学习不同学科教学理念，将教学与美育融合^[3]，培养学生优秀品格，使教学主题既能切合学生所学，又符合综合性、社会性的课程要求。

课程改革要求教师革新教育教学观念，摒弃单一教学范式，重视学生核心素养的提升。

跨学科教学具有很强的综合性，是现今教学模式变革的趋势。跨学科教学中，各学科教师应全力沟通配合，设置合理的教学目标，将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观相互融合，培养学生严谨的科学态度，提高品格修养，使其成为可为社会服务的人才。

此次跨学科融合课程借助智慧学伴在线智能教育平台开展，基本实现教学的信息化、智能化，顺应时代需求，促进了教师与学生的个性化发展，提高了课堂教学的有效性。在应用智慧学伴平台的过程中，教师可基于对学生的综合性评价，优化教学策略，提高教学质量;基于数据分析情况，因材施教，制定精准教学目标，实现个性化教学;借助平台教学资源，提升教师的数据素养，助力教师专业化成长^[4];运用可视化学习视图，帮助学生自我调节，查漏补缺，提高学生认知能力。

总之，在新的教学形势下，教师要充分利用线上教学资源，不断探索、创新，与时俱进，善思巧教，让学生学得有兴趣、有效果、有价值。

参考文献

[1] 裴志新，李珍琦.基于在线智能学习平台的道德与法治课堂教学实践——以“根本政治制度”一课为例[J].中小学数字化教学，2019（12）：45-48.

[2] 余胜泉.数据赋能的未来教育评价[J].中小学数字化教学， 2021（7）：5-10.

[3] 李响.以“项目式学习”为途径提升学生学科综合能力的方法探究[J].考试周刊，2021（66）：13-15.

[4] 刘宁，王琦，徐劉杰，余胜泉.教育大数据促进精准教学与实践研究——以“智慧学伴”为例[J].现代教育技术，2020（4）： 12-17.

（作者张迪、李晴、和剑菲系北京市通州区第六中学教师;李晓庆系北京师范大学未来教育高精尖创新中心学科教育实验室常务主任）

责任编辑：祝元志