AI赋能下的跨学科实践：以”守护家乡水“项目为例-2025-2026学年九年级化学人教版上册

该初中化学教学设计以“水的净化”为核心，结合吴淞江真实水质数据导入，通过跨学科项目式学习，以手抄报和净水装置设计图为任务支架，整合化学、地理、生物知识，AI辅助数据分析与虚拟实验探究。 特色在于AI赋能（虚拟实验、地理数据分析）与真实情境结合，学生设计净水装置时改进瓶盖漏水（热熔胶密封），体现科学探究与实践、科学态度与责任，激发内驱力，助教师落实核心素养，提升跨学科应用能力与教学效果。

AI赋能下的跨学科实践：以“守护家乡水”项目为例 摘要：在“双新”背景下，学科融合和素养培育是教学的关键。笔者大胆尝试：能否将化学课上“水的净化”知识，真正用来解决身边的环境问题？我选择了流经昆山的吴淞江作为研究对象，带着学生走出课本，以“守护家乡水”为题，探究家乡的水质状况，开启了一场融合地理、生物、信息技术的跨学科之旅。在这个过程中，AI工具成了我们得力的“侦察兵”和“设计师”。最终，孩子们交上来的不只是手抄报和设计图，更是一份对家乡绿水青山的深情承诺。实践证明，以“真实情境+AI赋能+双成果驱动”为核心的项目式学习，能够有效激发学生学习内驱力，促进跨学科核心素养的落地。 关键词：跨学科学习；项目式学习；AI赋能；水质探究；核心素养 活动设计：缘起：从书本里的“水的净化”到吴淞江的“水质体检” （一）设计思路的源头活水 去年备课新教材“水的净化”时，《义务教育课程方案（2022年版）》中“加强课程综合，注重关联”这句话一直在我的脑海里盘旋。如何让“生态文明建设”不再只是新闻里的宏大词汇？笔者想，最好的方式就是让学生从身边的环境开始感知。这个念头，促使我把目光投向了每天上下班都会经过的吴淞江——特别是那个设有水质监测站的赵屯桥断面。 在实践中我深刻感受到，当学生发现要解决的问题真实地存在自己身边时，他们的眼神是有光的。这种真实地、在地化的学习任务，就像为知识接通了“电源”一样，让家国情怀和科学实践能力在观察、思考和行动中自然而然地生长。 （二）我们希望学生走向哪里 课堂的起点，源于两个简单却关键的问题：“吴淞江赵屯桥断面的水质到底是怎么样的？我们能为改善和保护它做点什么呢？”这两个问题像一把钥匙，开启了多学科知识的大门。我们共同设定了这样的学习目标：化学上，不仅要看懂pH值、浊度这些指标，更要亲手测试，弄明白净水装置里每一层材料背后的科学原理。地理层面，我们带着地图去分析吴淞江的水文特征，一起探讨昆山这座工业城市的发展给河道带来了哪些环境压力。生物视角则带我们进入微观世界，观察一滴水里蕴藏的怎样的生态，藻类在富营养化的水体中的角色。最后以《吴淞江水生态保护》主题手抄报和《家庭简易净水装置》设计图展示成果。 行动：四阶探索，AI成为我么守护家乡水的“伙伴” 第一阶段：情境导入——初识家乡水（1课时） 核心活动：“吴淞江水质数据发布会” 1.真实情境：当我打开“江苏省生态环境厅”官网的网页，那个大屏幕上显示出“氨氮：0.98mg/L”并提示处于“Ⅲ类水质”临界状态时，教室里随即炸开了锅。小明同学第一个喊出来：“老师，这个‘氨氮’是化肥吗？它怎么跑到河里去了？”这个问题瞬间点燃了原本安静的课堂——它已不再是课本上的名词，而是与我们家乡河里的一个真实问题。我叫他们把这一问题记录在《学案任务单》上，我们后续的所有探索都是从这个问题开始的。这种由在地化的真实数据引发的求知欲，是最宝贵的培养学生的信息素养与问题意识的动力之源。 2.布置任务：明确手抄报与净水装置设计图的两大核心主题，使学习过程具体化、成果化、可视化。 第二阶段：探究建构——深析家乡水（3~4课时） 活动一：“数据侦探组”——AI赋能的地理信息分析 该组学生利用AI工具辅助分析吴淞江昆山段的主要污染源，并结合地图软件，在手抄报上大致绘制“吴淞江流域图”。 活动二：“微观观察组”——虚拟生物与化学实验 该组学生在NOBOOK虚拟实验室中模拟检测水样、观察藻类显微图像。实践中我发现，虚拟实验作为真实实验的有效补充与拓展，不仅能规避安全风险，更能将抽象的微观过程和瞬间的宏观现象可视化，可有效支撑“宏观-微观-符号”三重表征的建立。他们还将虚拟实验室中验证的最佳方案，转化为一份可供他人参考的《家庭简易净水装置设计图》。这张设计图包含了清晰的剖面图、明确的实验清单（空塑料瓶、石英砂（100g）、活性炭（50g）、蓬松棉、纱布等）、分层的功能标注（如：第一层“石英砂层：主要拦截较大颗粒悬浮物”；第二层“活性炭层：吸附色素和异味”；第三层标注“蓬松棉层：过滤）、简要的设计原理、净水效果及应用场景4个部分。当我们的“净水先锋”小组在展示他们的“可更换滤芯”设计时，当时就有部分同学提出质疑：“你们怎么保证瓶盖拧紧不会漏水？”当时就被问住了。但是第二天，他们带来了改进方案：在瓶盖螺纹处加了一圈“热熔胶”。这个来自于生活经验的解决方案，远比任何标准答案都可贵。我还在他们的设计图上看到了“此处施工需爸爸帮忙，注意安全”字样，这种真实的工程思维和安全意识，作为老师，我感到无比欣慰。 活动三：“净水工程师组”——自制净水装置设计与绘图 该组核心任务是完成“家庭简易净水装置”设计图。他们先在虚拟实验室中优化净水方案，再将最佳方案转化为设计草图，并绘制成精美的剖面图。这个过程融合了项目式学习与工程思维。我深刻的体会到，通过“设计制作类”任务驱动，可以让学生在解决真实问题的过程中实现知识融合与能力迁移，是培育学生核心素养最有效的途径。 第三阶段：创作整合——呈现家乡策（课外1周+2课时） 其一，手抄报创作：各小组整合前期研究成果，开始手抄报创作，内容包括四大板块。 板块一：“家乡的水脉”：要求学生结合地理地图，手绘或打印吴淞江流经昆山的示意图，并标注出赵屯桥监测断面以及他们分析出的主要潜在污染源。 板块二：“水质的‘体检报告’”：这是数据可视化的核心区。我要求学生需将查询到的历史水质数据（如近三个月氨氮变化）制作成折线图，并配以“藻类显微观察图”和“水质指标含义解说”，形成一份“体检报告”。 板块三：“水滴的‘净化之旅’”：学生需要图文并茂地解释净水原理。我发现许多小组利用AI绘画工具，输入关键词如“吴淞江、净化”，生成了艺术性很强的图案。 板块四：“守护者宣言”：在此，我要求学生摘录《江苏省太湖水污染防治条例》的核心条款，并写下属于自己的环保倡议书。 其二，AI辅助美化：在美化手抄报时，我们并没有满足于AI生成的第一版素材。有学生觉得一开始的边框“太科技，不够有生命感”。于是我们小组集体讨论，把提示词从“请帮我们生成一个代表水循环和科技保护的边框，风格简洁科技蓝”优化为“请帮我们设计一个包含吴淞江波浪、昆山市花玉兰花、以及水滴净化过程的柔和色彩边框”。你看，其实这个过程本身，就是一次对家乡情感的深化和审美的锤炼。 其三，设计图评审：“净水工程师”们展示设计图，并接受来自其他同学的提问。我和AI工具从科学性、可行性、创新性、绘图规范性四个维度给予一定的反馈。 第四阶段：展示倡导——共享家乡智（1~2课时） 我们举办了“守护吴淞江”公益科普展，我们的想法是将各组的手抄报和净水装置设计图有关的学习成果，尽可能从课堂推向校园与社会。在当天的展览现场，都是学生们在担任“小小解说员”。一位来自“数据洞察组”的同学，不时地向参观的家长自豪地解释：“根据我们这么多天的实验观察，吴淞江氨氮指标在下雨后会有一些升高，这可能与地表径流带来的面源污染有关……”家长们为学生们的专业地讲解点赞。 在展览结束后，我们让学校公众号以“《守护家乡水》昆山学子在行动！”为题进行了微信推送，主要推送的是评选出来的优秀手抄报和设计图，阅读量相当不错，超过3000次，最开心的是我们收到了来自昆山市环保部门的积极评价。就在这时，学生真切地感受到，化学与生活是紧密相连的。 效果评估与证据 怎么样才可以知道这次活动是否成功呢？我和教研组的同事们商量，不能只看一张试卷，而是要看看孩子们的作品、听听他们的心里话。于是，我们设计了这样四种方式来收集证据：一是作品分析证据：对所有提交的手抄报和设计图进行评分。结果显示，90%的小组能在手抄报中有效整合至少三个学科的知识；85%的设计图体现了对净水原理的正确理解和一定的创新性。二是学生反馈证据：在课后无记名问卷调查中，94%的学生表示“比传统课堂更有趣，学到了更多课外知识”；88%的学生认为“现在更有必要关注家乡的环境问题了”；还有学生在反思中写到：化学知识真的可以用来解决生活中的实际问题等。三是教师观察证据：课堂上学生主动提问的次数明显增加，问题的质量也从“是什么”转向“为什么”和“怎么办”。小组合作中的分工更为明确，沟通更有效率。四是知识掌握证据：在接下来的单元素养测评中，本项目所涉及的《水的净化》相关考点，班级平均分较往年传统教学提升了约12%。 反思总结 （一）活动成效 首先是以制作手抄报和设计图成果明确导向，有效驱动了学生主动整合多学科知识。 其次是AI在数据查询、虚拟实验和成果美化，让学生聚焦于高阶思维活动。 最后是活动将智育（科学探究）、劳育（工程设计）、美育（手抄报创作）、德育（环保责任）有机统一，是一次深刻的“五育融合”实践。 （二）特色与创新 其一，“手抄报”与“设计图”结合，全面评价了学生的跨学科素养。 其二，聚焦吴淞江，利用真实数据，使学习具有一定的现实意义。 其三，将AI作为辅助工具，提升了成果的美观度与专业性，培养了学生的数字素养。 （三）实践反思与展望 研究表明，部分学生在将抽象概念转化为直观图示时确实是有困难的，以后教学会引入更多真实案例。同时，如何将优秀的设计图转化为实物模型，是下一步我们探索的方向，因为项目的自然延伸是将优秀的“净水装置设计图”通过3D打印等技术制作成实物模型，并能够进行真实的净水效能测试。这将把“工程设计”环节完整地引入课堂教学，从而将“设计”与“制造”更紧密地结合起来，进一步深化工程教育。 结语 回顾这一个月的项目历程，我最大的感触是：当学习与学生的经验在真实中产生共鸣时，能量是巨大的。我依然记得，在公益科普展上，一位家长看着自己孩子绘制的流域图，感叹道：“我在昆山住了这么多年，今天才第一次真正了解吴淞江。”那一刻，我看到一旁的学生眼里闪烁着从未有过自信的光芒。知识的种子，只有播撒在家乡的土壤里，才能孕育出最坚实的核心素养之树。对于我，我将继续在这条融合真实情境、AI技术与跨学科思维探索的路上，继续前行。 参考文献 [1]李小静,袁冬华.初中化学跨学科实践活动中表现性评价的设计与实施[J].化学教育(中英文),2025,46(21):25-31. [2]薛磊,王伟群.基于核心素养发展的初中化学跨学科主题学习实践——以“从人类社会发展看金属的冶炼与应用”为例[J].化学教学,2023,(07):52-56+97. [3]许晓燕,胡巢生.跨学科融合在初中化学教学中的实践探索[J].化学教与学,2025,(19):27-29. [4]胡林涛.基于跨学科融合建构微粒观的初中化学概念教学——分子和原子[J].化学教育(中英文),2025,46(17):33-40. [5]施卫卫.对初中数学与化学跨学科项目式学习的思考——评《初中化学跨学科项目式学习的实践研究》[J].化学学报,2025,83(08):985. 学科网（北京）股份有限公司 $