關(guān)于義教信息科技過程與控制教學(xué)實(shí)施的思考

王超

摘要：作者對《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的“過程與控制”模塊的內(nèi)容進(jìn)行了梳理，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對如何開展學(xué)科知識教學(xué)提出了實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：信息科技；過程與控制；教學(xué)實(shí)施

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）09-0011-04

課標(biāo)內(nèi)容梳理與學(xué)生學(xué)習(xí)要求

本模塊包括“系統(tǒng)與模塊”“反饋與優(yōu)化”“邏輯與運(yùn)算”三部分內(nèi)容。過程與控制的課標(biāo)內(nèi)容與對應(yīng)教學(xué)實(shí)施中的學(xué)生學(xué)習(xí)要求如下頁表所示。

學(xué)科知識內(nèi)容的教學(xué)實(shí)施建議

“過程與控制”模塊教學(xué)主要圍繞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程與控制的原理展開，教師要根據(jù)六年級學(xué)生的年齡特征和數(shù)字原住民特點(diǎn)，從科技場景中的典型案例入手，整體把握學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，處理好前后模塊內(nèi)容的自然承接和融合滲透，根據(jù)知識的難易程度，由易到難，逐步推進(jìn)，為初中階段學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

1.精選案例，提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性

學(xué)生是伴隨數(shù)字化工具成長起來的，天然具備更快利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息的能力，更適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)。但是，大部分學(xué)生雖然會(huì)使用數(shù)字化產(chǎn)品，卻沒有利用數(shù)字化產(chǎn)品探究知識的意識和習(xí)慣。因此，分析智能家居中設(shè)備的過程與控制，要從設(shè)備的操作步驟淺層認(rèn)識切入，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，將學(xué)生引向認(rèn)識過程與控制的學(xué)習(xí)。在教學(xué)實(shí)施中，要與學(xué)生學(xué)習(xí)和生活中的真實(shí)問題情境相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在解決真實(shí)問題的過程中，感受過程與控制對學(xué)習(xí)與生活產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。

要?jiǎng)?chuàng)設(shè)適合的生活場景，讓學(xué)生從熟悉的生活體驗(yàn)入手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，盡量避免用空洞的概念理解進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)活動(dòng)的開展，也要與學(xué)生學(xué)習(xí)生活密切相關(guān)，通過操作、討論、展示、交流、分享成果等教學(xué)方式，引發(fā)學(xué)生對核心知識的思考和學(xué)習(xí)，促進(jìn)認(rèn)知從感性上升到理性，逐步構(gòu)建核心概念和知識。

2.在體驗(yàn)和認(rèn)識中，引導(dǎo)思考總結(jié)，加深對知識的理解

過程與控制是信息科技課程的新內(nèi)容，圍繞“體驗(yàn)和認(rèn)識過程與控制”，要準(zhǔn)確領(lǐng)會(huì)新課標(biāo)的精神，把握信息科技課程的科學(xué)本質(zhì)和育人使命，引導(dǎo)學(xué)生通過案例分析，積極開展思維活動(dòng)。在生活中，在騎自行車、使用身邊的數(shù)字設(shè)備、學(xué)習(xí)中使用計(jì)算機(jī)查資料、企業(yè)生產(chǎn)中操作流水線等實(shí)例中，過程與控制廣泛存在。在教學(xué)實(shí)施過程中，要根據(jù)不同場景，多采用師生交流、歸納總結(jié)等方法，引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，認(rèn)識身邊存在的過程與控制，夯實(shí)過程與控制的核心知識；在體驗(yàn)過程中，要關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生積極主動(dòng)的探究精神；在教學(xué)內(nèi)容中，要選用機(jī)器人控制等新知識，結(jié)合信息科技學(xué)科的最新發(fā)展，滲透研究意識，幫助學(xué)生開闊學(xué)習(xí)視野，深化學(xué)科知識的理解，培養(yǎng)思維能力，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.理解典型環(huán)節(jié)，達(dá)成知識遷移目標(biāo)，培養(yǎng)良好學(xué)習(xí)習(xí)慣

理解過程與控制的“輸入－計(jì)算－輸出”三個(gè)典型環(huán)節(jié)，重在引導(dǎo)學(xué)生思考，要多選用學(xué)生能夠理解的主題項(xiàng)目，建立良好的思維支架，呈現(xiàn)學(xué)生思維過程，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識。例如，通過家庭生活中常用的電器，設(shè)計(jì)空調(diào)控制房間溫度的主題活動(dòng)。在教學(xué)過程中，在學(xué)生觀察和認(rèn)識空調(diào)工作中的“輸入”“計(jì)算”“輸出”環(huán)節(jié)后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)、網(wǎng)上購票系統(tǒng)、導(dǎo)航等系統(tǒng)中，這三個(gè)環(huán)節(jié)是廣泛存在的；在思考分析基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、歸納，理解“過程與控制可以抽象為包含輸入、計(jì)算、輸出三個(gè)典型環(huán)節(jié)的系統(tǒng)”。

在學(xué)生理解三個(gè)典型環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行知識遷移應(yīng)用，理解數(shù)字設(shè)備的使用、智能家居、機(jī)器人行走、機(jī)器學(xué)習(xí)等科技主題內(nèi)容，也可以引入富有中國傳統(tǒng)文化內(nèi)涵的人文類主題內(nèi)容，更好地體現(xiàn)科技智慧，弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的科學(xué)精神，滲透愛國主義教育。

4.系統(tǒng)與模塊教學(xué)，把握整體與部分的辯證關(guān)系，提高問題解決能力

“系統(tǒng)”是過程與控制中基礎(chǔ)性的概念和核心知識，理解什么是系統(tǒng)，是后續(xù)學(xué)習(xí)“反饋與優(yōu)化”的前提。理解系統(tǒng)是強(qiáng)調(diào)整體，是整體功能的抽象，關(guān)注的是工程項(xiàng)目整體，在解決問題時(shí)，會(huì)采用分治思想，把繁雜問題分解，形成獨(dú)立的小系統(tǒng)或獨(dú)立功能模塊，因此，要具體分析大系統(tǒng)分解為若干個(gè)小系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)劃分為多個(gè)獨(dú)立模塊的情境?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生通過觀察生活中的案例去理解“大系統(tǒng)可以分解為幾個(gè)小系統(tǒng)”“一個(gè)系統(tǒng)可以劃分成多個(gè)獨(dú)立的模塊”的原因。系統(tǒng)與要素是一組相對的概念，但難度較大，不在課標(biāo)要求范圍內(nèi)。但“要素”這一概念對學(xué)生掌握系統(tǒng)思維有一定幫助，如果學(xué)生能較好地掌握系統(tǒng)、小系統(tǒng)、模塊等概念，建議可以嘗試在教學(xué)中借助案例帶出要素這一概念。樹立繁雜問題用系統(tǒng)思想分析、全面整體地認(rèn)識事物、解決問題要自頂向下、精益求精等意識，對理解“將問題分解為可處理的子問題”的課標(biāo)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，都具有重要意義。

“過程與控制”模塊教學(xué)時(shí)的難點(diǎn)，一是知識內(nèi)容的理解，二是教學(xué)實(shí)踐。在教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生通過分析具體的案例，理解閉環(huán)、反饋、環(huán)路，初步了解反饋的形成，進(jìn)而了解反饋對系統(tǒng)優(yōu)化的作用。例如，家用空調(diào)、微波爐、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人行走、智能音箱等，都有反饋與優(yōu)化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。教學(xué)中，從這些問題開始討論，學(xué)生有一定的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)，會(huì)積極主動(dòng)地參與活動(dòng)，討論并表達(dá)觀點(diǎn)，從而自然地展開對本內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

5.邏輯與運(yùn)算教學(xué)，依據(jù)特點(diǎn)加強(qiáng)知識銜接，循序漸進(jìn)進(jìn)行

在邏輯與運(yùn)算的教學(xué)中，要注重?cái)?shù)據(jù)意識的培養(yǎng)。開關(guān)量與連續(xù)量是“數(shù)據(jù)”主線的內(nèi)容，教學(xué)中要注意與四年級“數(shù)據(jù)與編碼”的銜接：先從認(rèn)識數(shù)據(jù)來源開始，幫助學(xué)生初步建立開關(guān)量與連續(xù)量的概念。要結(jié)合知識內(nèi)容的關(guān)系，在場景中引導(dǎo)學(xué)生分析知識，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。模擬量是連續(xù)量，要引導(dǎo)學(xué)生分析思考為什么模擬量不適合讓數(shù)字化設(shè)備處理，理解為什么要將連續(xù)量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量。有了將連續(xù)量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量的實(shí)際需要，連續(xù)量經(jīng)由閾值判斷形成開關(guān)量的知識，就可以自然順暢地展開了。教學(xué)中要通過對生活需求案例的分析，知道系統(tǒng)的輸入與輸出可以是開關(guān)量，也可以是連續(xù)量；教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生學(xué)情，以四年級“數(shù)據(jù)”的編碼知識為基礎(chǔ)，結(jié)合五年級“算法”知識內(nèi)容，展開開關(guān)量的邏輯與運(yùn)算內(nèi)容的教學(xué)。

例如，生活中的開關(guān)控制。晚上回到家，按一下開關(guān)，房間的燈亮了，能夠控制開和關(guān)兩種狀態(tài)切換的量，就是開關(guān)量；晚上學(xué)習(xí)時(shí)，扭動(dòng)書桌上臺(tái)燈的按鈕，能夠改變臺(tái)燈的亮度，則是連續(xù)量的調(diào)整；進(jìn)臥室時(shí)按開關(guān)，燈亮了，躺在床上，按床頭邊的另一個(gè)開關(guān)，燈滅了，這是照明的雙開關(guān)設(shè)計(jì)。通過此類例子，讓學(xué)生理解這些設(shè)計(jì)可以通過邏輯量的運(yùn)算控制實(shí)現(xiàn)。教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)電路，完成邏輯運(yùn)算，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。條件好的學(xué)校，可以適當(dāng)配置一些物聯(lián)網(wǎng)器材，也可以通過平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量與連續(xù)量控制的實(shí)驗(yàn)。

6.重視保障系統(tǒng)安全，結(jié)合案例培養(yǎng)國家安全及自主可控意識

理解自主可控的系統(tǒng)在解決安全問題時(shí)起到的重要作用。在教學(xué)中，可以結(jié)合案例，滲透自主可控的系統(tǒng)對保障安全起到重要作用的意識，讓學(xué)生理解自主可控的系統(tǒng)是依靠自身研發(fā)設(shè)計(jì)，全面掌握產(chǎn)品核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)從硬件到軟件的研發(fā)、生產(chǎn)、升級、維護(hù)的全程可控，認(rèn)識到只有自主生產(chǎn)和制造，才能不受制于人。通過生產(chǎn)和科技場景分析，加深理解計(jì)算機(jī)控制是保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要手段，及保障系統(tǒng)自主可控對國家安全的重要意義。教學(xué)中，可以結(jié)合人工智能的發(fā)展，了解如果智能系統(tǒng)不可控會(huì)很危險(xiǎn)的原因，也可以從身邊和生活中的典型事件出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、歸納、總結(jié)，認(rèn)識實(shí)現(xiàn)自主可控的系統(tǒng)對用戶的權(quán)益、開發(fā)者的權(quán)益以及國家的信息安全都有重要意義。教學(xué)中要強(qiáng)化民族的復(fù)興離不開科技發(fā)展的意識，理解核心技術(shù)的發(fā)展、核心產(chǎn)品生產(chǎn)對國家未來發(fā)展的重要性。

開展跨學(xué)科主題活動(dòng)的實(shí)踐

跨學(xué)科主題活動(dòng)是信息科技學(xué)科中的一類實(shí)踐活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)在本學(xué)科基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用其他學(xué)科的知識和方法。第三學(xué)段跨學(xué)科主題的選擇，主要圍繞算法和系統(tǒng)展開，要強(qiáng)調(diào)面向真實(shí)問題的解決。本學(xué)段跨學(xué)科主題活動(dòng)，可采用大單元的設(shè)計(jì)，合理安排好學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)順序。教學(xué)實(shí)施建議采用項(xiàng)目式教學(xué)法，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)支架，使學(xué)生能體驗(yàn)解決問題的完整過程。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生采用分組協(xié)作的學(xué)習(xí)形式，搭建實(shí)物系統(tǒng)。條件好的學(xué)校，可以在特定的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)境下，通過編程手段驗(yàn)證過程與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過修改調(diào)試編程等過程解決算法實(shí)際問題。

“過程與控制”模塊的“輸入－計(jì)算－輸出”等典型系統(tǒng)知識，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，為主題活動(dòng)選擇提供了很多內(nèi)容。學(xué)科開展實(shí)踐活動(dòng)，要注重與社會(huì)和生活的聯(lián)系，從生活中來，到生活中去，突出用信息科技手段解決相關(guān)問題的跨學(xué)科工程技術(shù)思想。例如，設(shè)計(jì)“小型開關(guān)系統(tǒng)”的跨學(xué)科主題活動(dòng)，使用開關(guān)控制照明設(shè)備，結(jié)合二進(jìn)制、邏輯運(yùn)算等與信息科技、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科融合度比較高的知識開展活動(dòng)，達(dá)成實(shí)現(xiàn)小型開關(guān)系統(tǒng)的編程控制，通過控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變化，加深對過程與控制的理解的目的?？鐚W(xué)科主題活動(dòng)要強(qiáng)調(diào)情境的真實(shí)性，主題活動(dòng)的問題或任務(wù)要富有挑戰(zhàn)性，如照明開關(guān)設(shè)計(jì)的必要性，是開放性的問題，既給了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)意的空間，又有利于學(xué)生自主設(shè)計(jì)解決方案、實(shí)施方案和優(yōu)化設(shè)計(jì)，能形成物化的產(chǎn)品、作品。在智能農(nóng)植園等主題活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和云平臺(tái)等教學(xué)設(shè)施，結(jié)合科學(xué)、數(shù)學(xué)、勞動(dòng)等開展跨學(xué)科主題活動(dòng)，學(xué)生能在做中學(xué)、學(xué)中悟，在動(dòng)手實(shí)踐中體驗(yàn)成功的快樂。跨學(xué)科主題活動(dòng)的學(xué)習(xí)小結(jié)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)和路徑，成果的展示、交流、評價(jià)、反思要有一定的標(biāo)準(zhǔn)。教師要提供學(xué)習(xí)小結(jié)的支架，可從主題內(nèi)容與形式、思想方法、學(xué)習(xí)體驗(yàn)、人際交流、情感觀念等維度，采用書面小結(jié)或口頭小結(jié)、個(gè)人小結(jié)、小組小結(jié)等形式，提升學(xué)生跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的能力和水平。