義教信息科技教學實施 | “人工智能與智慧社會”模塊-跨學科主題活動的教學

“人工智能與智慧社會”模塊

跨學科主題活動的教學

本期內容

1

課標理解

●立足信息科技，綜合學科要旨

——跨學科主題活動“在線數字氣象站”“人工智能預測出行”的教學

2

教學課例+同步教學資源

●“人工智能預測出行”跨學科主題學習的教學實施策略

●跨學科主題活動“在線數字氣象站”的教學探索

1

課標理解

立足信息科技，綜合學科要旨

——跨學科主題活動

“在線數字氣象站”

“人工智能預測出行”的教學

本文以《義務教育信息科技課程標準日常修訂版（2022年版2025年修訂）》中“在線數字氣象站”“人工智能預測出行”兩個跨學科主題活動為載體，探討信息科技跨學科融合教學的立足點、學科支持路徑與教學策略，以此助力學生構建“知識—能力—素養(yǎng)”的聯動體系，提升適應智慧社會的綜合素養(yǎng)，為九年級信息科技跨學科教學提供實踐參考。

跨學科主題活動該怎么設計？具體到“在線數字氣象站”“人工智能預測出行”又該怎么做？《義務教育信息科技課程標準日常修訂版（2022年版2025年修訂）》（以下簡稱“課標”）指出：天氣預報是我們獲取氣象信息的主要途徑，但是一個城市或區(qū)域的天氣預報對校園這種小氣候環(huán)境來說可能不夠準確，而通過物聯網技術制作在線數字氣象站，可以很好地解決這個問題。人工智能正在對人們的學習、生活與工作，特別是解決問題的思維方式產生深刻影響，人工智能預測出行主題綜合運用信息科技、數學、物理、化學、生物學等知識，貼近學生生活，并能遷移到其他更多相似的場景應用中。

跨學科，立足點在哪里？

信息科技跨學科融合并非多學科知識的簡單拼接，其核心立足點可歸結為三個維度—以真實問題為錨點、以信息科技為核心載體、以素養(yǎng)培育為最終目標，三者相互支撐，共同指向“人—智共生”的智慧社會需求。

首先，真實問題是跨學科融合的起點?！霸诰€數字氣象站”瞄準區(qū)域天氣預報與校園小氣候的偏差問題—校園因建筑物遮擋、植被分布等形成獨特微氣候，常規(guī)區(qū)域預報無法滿足校園運動會、戶外活動等場景的精準氣象需求；“人工智能預測出行”聚焦學生日常通勤痛點—在不同天氣、時段下如何選擇適宜出行方式避免遲到。這些貼近學生生活的真實問題，打破學科壁壘，讓跨學科學習有了明確的應用場景。

其次，信息科技是跨學科融合的核心骨架。兩個主題均以信息科技核心技術為支撐：“在線數字氣象站”依托物聯網技術實現傳感器數據的實時采集、傳輸、存儲與分析，將物理世界的氣象信息轉化為可處理的數字信號；“人工智能預測出行”以機器學習技術為核心，通過構建多維度數據集、訓練預測模型，實現對出行行為的智能化判斷。其他學科知識并非附加內容，而是讓信息科技應用更精準、更科學—地理知識幫助理解氣象數據的空間差異，數學知識支撐數據集的分析與建模，物理知識解析技術背后的科學原理，最終形成“技術+學科”的協(xié)同解決路徑。

最后，素養(yǎng)培育是跨學科融合的最終落點。融合教學不僅要讓學生掌握信息科技技能，更要整合多學科素養(yǎng)，指向課標提出的智慧社會綜合素養(yǎng)：通過“在線數字氣象站”，學生在數據采集與分析中提升信息意識與計算思維，在小氣候探究中強化地理學科的區(qū)域認知與科學探究能力；通過“人工智能預測出行”，學生在模型構建中鍛煉數字化學習與創(chuàng)新能力，在多維度影響因素分析中提升數據分析與綜合決策能力，最終樹立“人—智共生”理念，學會用技術與多學科知識協(xié)同解決社會問題。

綜合應用，學科對主題活動的支持

9年級的學生已完成多學科的基礎學習，具備一定的知識遷移與實踐能力，各學科知識能為兩個主題活動提供分層、立體的支撐，讓跨學科學習從“概念”落地為“實踐”。

1.“在線數字氣象站”的多學科支持

（1）信息科技：技術實現的核心載體

信息科技學科承擔“技術搭建與數據處理”這一核心任務：指導學生完成物聯網系統(tǒng)選型與搭建，包括溫度、濕度、風速等氣象傳感器對接，Arduino開發(fā)板編程調試，云端平臺數據存儲與可視化展示；教授數據采集、清洗、分析流程，如通過Python工具剔除氣象數據異常值、分析變化趨勢，讓學生理解數字氣象站“物理信息數字化—數據傳輸—數據分析”的核心邏輯，培養(yǎng)計算思維與數字化創(chuàng)新能力。

（2）地理：氣象邏輯的認知基礎

地理學科提供“氣象認知”支撐：講解校園小氣候形成機制，如教學樓遮擋導致局部氣溫偏低、校園湖泊提升周邊濕度；指導學生繪制校園氣象監(jiān)測點分布圖，依據地形、植被選擇最優(yōu)監(jiān)測位置；引導學生對比校園與區(qū)域氣象數據，分析差異成因，建立“宏觀氣候—微觀小氣候”的關聯認知，提升區(qū)域素養(yǎng)與地理實踐能力。

（3）物理：技術原理的科學支撐

物理學科幫助學生理解“數據背后的科學邏輯”：解析熱敏電阻、電容式濕度傳感器、風速傳感器的工作原理，如熱敏電阻阻值隨溫度變化的特性是溫度數據采集的基礎；指導學生校準傳感器，通過對比標準氣象數據調整參數，讓學生明白技術基于物理原理的科學應用，培養(yǎng)科學探究與實證精神。

2.“人工智能預測出行”的多學科支持

（1）信息科技：智能建模的技術核心

信息科技學科主導“智能預測全流程實踐”：教授多維度數據集構建方法，確定天氣狀況、家校距離、出行時間等特征維度，指導學生通過問卷、實地記錄采集班級出行數據并標注；介紹決策樹、樸素貝葉斯等簡單機器學習模型，借助圖形化工具或Python機器學習庫完成模型訓練與驗證；引導學生調整參數優(yōu)化準確率，并嘗試將模型遷移到社區(qū)居民出行預測場景，培養(yǎng)數字化學習與創(chuàng)新能力。

（2）數學：數據分析的邏輯支撐

數學學科提供“量化分析”工具：講解頻數分析、相關性分析等統(tǒng)計方法，幫助學生篩選影響出行選擇的關鍵特征，如通過相關性分析發(fā)現“降雨概率”與“選擇公共交通”關聯度最高；指導學生將非量化特征（如天氣狀況）轉化為可計算數值（晴天=0、小雨=1、大雨=2），為模型訓練提供標準化數據；通過折線圖、柱狀圖展示數據分布，讓學生直觀理解特征與出行方式的關聯，提升數據分析與邏輯推理能力。

（3）物理、生物、化學：多維因素的拓展支撐

物理學科分析不同交通工具力學特性，如共享單車速度受路況影響、公共交通準點率受擁堵程度影響，完善出行選擇的影響因素；生物學科從人類行為習慣切入，依據不同性別、身體狀況的學生出行偏好差異，為數據集增加“個體特征”維度；化學學科關注空氣質量因素，當PM2.5濃度較高時，學生更傾向選擇封閉性交通工具，拓展模型應用場景，讓預測更貼近真實生活。

教學策略——明確主題，跨界應用

結合九年級學生認知特點與學習需求，以“真實主題錨定+跨學科任務協(xié)同+多元實踐拓展+跨維度評價”為核心策略，推動跨學科融合教學有效實施。

1.真實情境錨定，明確主題目標

為兩個主題創(chuàng)設沉浸式真實情境，讓學生感知跨學科學習價值。

“在線數字氣象站”以“校園春季運動會氣象保障”為情境，明確活動目標是搭建小時級精準氣象站點，為運動會賽程安排、應急措施提供依據，而非單純學習物聯網技術。

“人工智能預測出行”以“‘告別遲到’通勤優(yōu)化計劃”為情境，聚焦如何通過智能預測幫助班級學生選擇最優(yōu)出行方式，激發(fā)學生的參與動機與責任感。

2.跨學科任務拆解，協(xié)同推進學習

將每個主題拆解為模塊化跨學科子任務，組織跨學科協(xié)作小組。

“在線數字氣象站”拆解為三個子任務：地理學科主導的“校園小氣候調研與監(jiān)測點規(guī)劃”、物理學科主導的“傳感器原理探究與校準”、信息科技學科主導的“氣象站搭建與數據可視化”三個子任務，小組包含不同學科特長學生，在分工完成子任務后將其整合為完整項目。

將“人工智能預測出行”拆解為“出行數據采集與統(tǒng)計（數學）”“影響因素挖掘（物理/生物/化學）”“預測模型構建與驗證（信息科技）”三個子任務，小組成員共享成果，共同完善模型準確性。

3.多元實踐活動，深化跨界應用

設計遞進式實踐活動，讓學生在持續(xù)實踐中深化跨學科知識應用。

在“在線數字氣象站”活動中，組織學生進行一個月連續(xù)數據采集，每周對比校園與區(qū)域氣象數據，撰寫小氣候分析報告，并用信息科技工具制作動態(tài)可視化頁面；邀請地理教師點評，深化氣象知識理解。

在“人工智能預測出行”活動中，引導學生采集一學期班級出行數據，每月更新數據集、優(yōu)化模型特征，對比不同階段預測準確率；嘗試將模型應用于社區(qū)居民出行預測，通過問卷驗證通用性，培養(yǎng)知識遷移能力。

4.跨維度評價體系，落實素養(yǎng)達成

建立涵蓋多學科、多維度的評價體系，確保素養(yǎng)目標落地。

過程性評價：關注學生跨學科小組協(xié)作表現、問題解決能力，如是否主動整合其他學科知識解決技術難題。

成果性評價：“在線數字氣象站”評價信息科技技術完整性、地理氣象分析合理性、物理傳感器校準準確性；“人工智能預測出行”評價信息科技模型有效性、數學數據分析科學性、多學科影響因素挖掘全面性。

素養(yǎng)評價：重點評價信息意識、計算思維、數字化創(chuàng)新能力，以及跨學科解決真實問題的綜合素養(yǎng)，如是否理解“人—智共生”內涵，學會用技術服務生活。

總之，跨學科主題活動是落實義務教育信息科技課程標準的重要載體，其核心是立足信息科技，整合多學科知識與能力，以真實問題為驅動，實現學生“知識—能力—素養(yǎng)”的聯動提升。針對九年級學生的跨學科教學，需緊扣其學科基礎，通過真實情境錨定目標、跨學科任務協(xié)同推進、多元實踐深化應用、跨維度評價落實素養(yǎng)，幫助學生理解信息科技與其他學科的內在關聯，樹立“人—智共生”理念，提升適應智慧社會的綜合素養(yǎng)，為未來學習與發(fā)展奠定堅實基礎。

本文作者：

李維明

四川省教育科學研究院

文章刊登于《中國信息技術教育》

2026年第10期

引用請注明參考文獻：

李維明.立足信息科技，綜合學科要旨——跨學科主題活動“在線數字氣象站”“人工智能預測出行”的教學[J].中國信息技術教育，2026（10）：12-14.

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教學課例+同步教學資源

“人工智能預測出行”

跨學科主題學習的教學實施策略

作者：

楊柳 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊八一中學

資源：

（1）教學論文：“人工智能預測出行”跨學科主題學習的教學實施策略點擊閱讀

（2）教學設計及課件：《KNN預測出行》——基于導學網頁的任務驅動式學習點擊下載

課例介紹：以“人工智能預測出行”跨學科主題學習為案例，理解KNN算法和機器學習及其基本過程，通過分析已有的數據信息來預測未知信息，體會信息價值的挖掘和利用，創(chuàng)新性地運用KNN算法編寫Python代碼解決出行預測問題，實現簡單的預測模型，培養(yǎng)利用算法解決問題的計算思維。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

跨學科主題活動

“在線數字氣象站”的教學探索

作者：

趙永濤 寧夏回族自治區(qū)教育廳教學研究室

楊炳會 寧夏回族自治區(qū)吳忠市第五中學

資源：

（1）教學論文：跨學科主題活動“在線數字氣象站”的教學探索點擊閱讀

（2）教學設計及課件：跨學科主題活動：校園氣象站點擊下載

課例介紹：綜合運用信息科技、地理、數學等知識，讓學生通過氣象站中的各種傳感器實時描繪校園氣象的信息狀態(tài)，在項目化學習的驅動下，通過實踐體驗和探究學習等活動，小組協(xié)同完成項目活動，激發(fā)學生主動合作的意識，提升團隊合作能力。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

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