附录
附录1 核心素养学段特征
核心素养在各学段的表现特征如表9至表12所示。
表9 信息意识学段特征
| 学段 | 特征 |
|---|---|
| 第一学段 （1～2年级） | 1. 在教师指导下，体验使用数字设备获取日常学习与生活中所需要的信息。 2. 具有学习与使用数字设备的兴趣与意愿，养成数字设备使用的好习惯。 3. 知道信息有真伪之分，增强保护个人隐私的意识。 4. 乐于使用数字设备与同伴交流、分享信息。 |
| 第二学段 （3～4年级） | 1. 了解获取信息的多种途径，并学会使用这些途径获取信息。 2. 能通过典型的应用实例了解编码在信息社会中的重要价值。 3. 具有寻找有效数字平台、资源的意愿，乐于参与在线方式下的协同学习与活动，体验信息科技在生活中的用途。 |
| 第三学段 （5～6年级） | 1. 初步认识信息处理的作用与价值。 2. 在完成任务过程中，有意识地寻求恰当的算法解决问题，了解算法的优势和局限。 3. 按照任务需求，有意识地应用反馈优化解决问题的过程。 4. 理解科学精神、原创精神，具有将创新理念融入自身学习、生活中的意识。 |
| 第四学段 （7～9年级） | 1. 认识到互联网、物联网和人工智能对社会发展的影响，善于使用信息科技解决学习和生活中的问题。 2. 能根据学习或生活需求，分析数据需求，评估数据来源，有效辨别数据的可靠性和时效性。 3. 具有较强的数据安全意识，能预防个人及他人隐私的泄露。 4. 崇尚科学精神、原创精神，具有自主动手解决问题、掌握核心技术的意识。 |
表10 计算思维学段特征
| 学段 | 特征 |
|---|---|
| 第一学段 （1～2年级） | 1. 喜欢发现问题，乐于用图符的方式进行表达。 2. 能说出使用常见数字设备的基本步骤。 3. 合理使用数字设备，对数字设备与真实情境的关联感到好奇。 |
| 第二学段 （3～4年级） | 1. 感受身边无处不在的数据。 2. 了解信息的呈现和传递方式，合理使用字符编码表示信息。 3. 能将问题进行分解，并用文字或图示描述解决问题的顺序。 |
| 第三学段 （5～6年级） | 1. 通过体验身边的算法，了解算法的特征和效率，会用自然语言、流程图等方式描述算法。 2. 在一定的活动情境中，能对简单问题进行抽象、分解、建模，制订简单的解决方案。 3. 验证解决方案，反思问题解决的过程和方法，并对其进行优化。 |
| 第四学段 （7～9年级） | 1. 能在真实情境中发现问题，提取问题的基本特征，对问题进行抽象、分解、建模，制订解决方案。 2. 能执行问题解决方案，通过对数据的采集与分析，反思和优化解决方案，并将其迁移运用于解决其他问题。 |
表11 数字化学习与创新学段特征
| 学段 | 特征 |
|---|---|
| 第一学段 （1～2年级） | 1. 在教师指导下，选择数字资源开展学习活动。 2. 辨认基本的数字设备、平台和资源，运用给定的数字设备收集学习资源。 |
| 第二学段 （3～4年级） | 1. 了解数字化学习环境的优势，能在数字化学习环境中开展学习活动。 2. 在教师指导下，运用在线工具开展合作学习与创新活动，创作简单作品。 3. 使用数字设备组织并呈现收集的数据，借助思维导图等方式表示数据之间的关系，支撑自己的观点。 |
| 第三学段 （5～6年级） | 1. 在问题情境中，能够利用信息科技开展数字化学习与交流，合作解决学习问题。 2. 根据学习任务，合理选择数字设备、平台和资源，通过任务分解的方式提高学习效率。 3. 按照任务需求，运用信息科技获取、加工、管理学习资源，开展数字化探究和创新活动。 |
| 第四学段 （7～9年级） | 1. 合理运用信息科技获取、加工、管理和评价学习资源，解决学习问题。 2. 能依托网络平台、智能工具开展远程学习、小组交流、协同创新等活动。 3. 按照任务需求，能选择合适的数字设备、平台和资源，合作完成数字化创新活动的创意、规划与实施。 4. 认识到原始创新对国家可持续发展的重要性。 |
表12 信息社会责任学段特征
| 学段 | 特征 |
|---|---|
| 第一学段 （1～2年级） | 1. 能认识信息科技给生活带来的便利，健康使用数字设备。 2. 能在教师指导下安全文明地使用互联网，并遵守网络道德规范。 3. 在各种在线活动中，能认识到个人信息保护的重要性，尊重数字作品所有者权益。 |
| 第二学段 （3～4年级） | 1. 知道按照规范开展信息活动，认识数字身份的唯一性与信用价值。 2. 知道常用信息保护方法，主动保护个人信息。 3. 了解威胁数据安全的因素，有意识地保护数据，遵守相关法律法规。 |
| 第三学段 （5～6年级） | 1. 了解知识产权的概念，认识知识产权保护和应用的重要意义。 2. 在信息分享与交流活动中，能通过合理的方法辨别与抵制不良信息，尊重他人观点，理性发表个人观点。 3. 初步具备数据安全防护能力，能保护个人及他人隐私，自觉维护网络安全和数据安全。 |
| 第四学段 （7～9年级） | 1. 具有良好的协作意识与习惯，乐于帮助他人开展信息活动，负责任地共享信息和资源，并尊重他人知识产权。 2. 了解网络虚拟身份的作用，保护个人和他人隐私，认识网络法律法规和伦理道德规范对信息社会有序发展的保障作用。 3. 能正确认识人工智能对社会的影响以及对伦理与安全的挑战，合理使用人工智能。 4. 能遵循信息科技领域的伦理道德规范，明确科技活动中应遵守的价值观念、道德责任和行为准则。 5. 能认识自主可控技术的重要意义，树立科技自立自强的意识。 |
附录2 跨学科主题学习案例
在线数字气象站
天气预报是人类记录自然现象、从中获取数据继而预测未来数据走势的一个典型应用。对于复杂的天气现象，天气预报能做到越来越准确，这与技术的发展密不可分。早期，人们建立气象观测点，使用各种自制的仪器记录和同步各种数据。随着数据的累积和对大气环流模型认识的不断更新，气象站的作用从记录数据向预测天气走势的方向发展。如今，人们通过物联网环境下的数字传感器，能更好地比对大尺度、高密度、实时更新的数据，借助人工智能等技术方式展开预测，可以获取更长周期、更为细致、更快反馈的天气预报，为人类生活提供更优质的服务。
（1）育人价值
设计在线数字气象站时，学生要综合运用信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识，获取不同时空分布的相关数据，综合比照网络数据、学校内部数据以及小区域数据，通过物联网技术同步和积累数据，并进行形式多样的结果呈现。本活动主要体现以下几个方面的育人价值。
①在线数字气象站是一个物联网技术的典型应用，是一个综合的、体现信息科技育人价值的项目。学生可以通过项目实践，提升信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。
②通过抓取在线气象数据和采集校园气象站的数据，学生可以提高分析汇总数据的能力，养成数据管理和价值挖掘的习惯。
③学生可以认识传感器在各个场景中的应用，体验计算思维在规划项目中的作用，感受跨学科知识在设计、制作、发布、反思改进等环节中的应用。
④通过建立校际在线数字气象站协作网，或采用开放数据集，学生可以感受数据共享过程中系统集成的价值，提高在线协作能力。
（2）活动目标
学生在教师的引导下通过自主、合作探究，达成以下目标。
①认识传统气象站的各种观测设备，了解电报、电话、互联网、物联网等信息科技在校际在线数字气象站协作网建立过程中所起的作用。
②比较数字气象传感器和传统测量设备，搭建真实或模拟的数字气象站数据采集装置，通过物联网设备汇集多个数字气象站。
③综合运用信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识，在校园内合理选址，搭建多个与周围环境协调的在线数字气象站基站，动态积累数据，并进行数据分析。
④建立校际在线数字气象站协作网，进行系统的二次开发和数据共享，在更大的空间尺度上进行数据探究，尝试将人工智能等技术应用在数据分析和预测上，在协作与展示的过程中能主动地对新问题产生新想法和新设计。
（3）实施过程
| 学习任务 | 学生活动 | 教师活动 | 活动意图 |
|---|---|---|---|
| 查找气象站的相关资料，从时代发展的角度感受气象站的发展历程。 | 1. 查找资料，了解气象站获取各种测量数据的手段。 2. 了解信息科技在气象站应用中的发展历史。 3. 确定稳定可靠的在线气象数据来源。 |
创设气象站发展变迁的情境，适当准备视频或教具，促进学生完成从感知到认知的过程，激发学生设计、改造或创造一款在线数字气象站的兴趣。 | 1. 让学生能主动查找资料，提升数字化学习能力。 2. 让学生能选择合适的数据源，并进行甄别，提升信息意识。 3. 帮助学生初步建立小组，并进行小组协作。 |
| 在线数字气象站基本原理测试。 | 1. 比较数字气象传感器和传统气象仪器的测量值，确认数字气象传感器的可靠性。 2. 进行局域网和广域网环境下的数字气象传感器数据汇总测试。 3. 对数字气象传感器的数据进行初步分析，得出结论，并探讨结论的呈现形式。 |
1. 提供项目技能清单和知识地图，并根据学生学习情况丰富资源库，给予学生检索词，帮助学生搜索相关知识。 2. 帮助学生选用各种不同的软硬件方案，综合考虑各种因素。 3. 参与小组讨论，给予意见或具体的指导。 |
1. 组织实验教学和小组合作探究，借助线上线下的学习资源，帮助学生掌握在线数字气象站的基本原理，让学生初步经历气象数据的感知、传输、处理、呈现过程。 2. 教师参与到分组项目中，营造师生共创的学习氛围。 |
| 综合运用多学科知识，搭建校园在线数字气象站。 | 1. 与数学、物理、地理、艺术等教师协作，确定校园气象站的选址和外观设计风格。 2. 部署物联网气象站，测试整体效果，发现值得研究的新规律。 |
1. 组织跨学科团队为学生提供指导，并提供有效的课程知识支持。 2. 组织学生撰写数字化工程日志。 |
通过小组内的协作和小组间的技术分享，提升学生的项目管理能力。 |
| 反思和改进在线数字气象站的设计，尝试建立校际在线数字气象站协作网。 | 1. 修改和完善小组的设计，尝试运用人工智能、互动媒体等技术手段优化在线数字气象站的设计。 2. 筹建校际在线数字气象站协作网，探索其可行性。 |
1. 引导学生绘制一个项目总结的思维导图，从项目缘起、技术清单、实施过程、实施效果、评价反思几个维度进行总结。 2. 召开项目总结分享会。 |
1. 让学生修正和完善作品，拓展项目的技术深度和应用广度。 2. 以共建项目资源库为纽带，强化学科间教师的协作。 |
（4）主题设计思路说明
在线数字气象站是以“物联网实践与探索”为核心知识设计的具有过程性、总结性和综合性的跨学科主题学习活动，兼顾“互联网应用与创新”和“人工智能与智慧社会”内容模块，涉及信息科技、数学、物理、地理、艺术等知识。在跨学科主题教学中，教师应有意识地从多个角度收集材料，指导学生开展实验探究，完成在线数字气象站的模拟与测试。在项目展示和反思中，注重新技术应用和项目拓展、项目宣传之间的平衡，提升学生的展示交流和项目管理能力。
在教学过程中，该项目适合安排在7～9年级开展的跨学科主题学习活动中；在课时安排上，建议集中安排6～8课时；在项目的实施上，建议提供不同来源的真实开放数据集，并录制微课作为学习资源。项目实践中，应给学生更多的时间，进行更为多样化的开放设计，增加学生之间互动，加强学习反思。
如图3所示，该活动有广泛的延伸空间，从传感器、无线传输数据到卫星信号数据等方面都可以很好地融入。教师应当依据核心素养，挖掘其育人价值，融入跨学科主题的教学。在数字化学习和展示交流的过程中，多学科教师和学生共同设计和创造。
图示文字转录
三层同心虚线圆结构，箭头由左至右依次展开：
- 最左侧独立虚线圆：传统气象基站
- 箭头指向中层虚线圆：在线数字气象站（内含风向标图标）；中层圆内含两项：传感器（温度、湿度、光照、风速）；无线发射模块，时空数据
- 最外层虚线圆在中层圆基础上延伸，含三项：大数据；人工智能预测；通信卫星，多普勒雷达数据