義務(wù)教育信息科技課程助力高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

楊梅 王鳳紅

摘要：信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和問(wèn)題解決能力。為確保高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的順利開(kāi)展，學(xué)段之間需要有效銜接，以實(shí)現(xiàn)貫通式培養(yǎng)，達(dá)到最佳的教學(xué)效果，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，為貫通式培養(yǎng)提供了可能。本文以“智能追蹤小車”設(shè)計(jì)為例，分析了義務(wù)教育信息科技課程如何為高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供支撐。

關(guān)鍵詞：義教課標(biāo)；學(xué)段銜接；實(shí)驗(yàn)課；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）10-0019-04

長(zhǎng)期以來(lái)，由于義務(wù)教育階段課程標(biāo)準(zhǔn)的缺失，造成義教與高中課程脫節(jié)，高中信息技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能正常開(kāi)展，達(dá)不到應(yīng)有的效果。而《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“義教新課標(biāo)”）的頒布，為高中、義教實(shí)驗(yàn)教學(xué)的貫通式培養(yǎng)提供了可能。這是因?yàn)榱x教新課標(biāo)中的“遴選科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重的課程內(nèi)容”“倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)”“強(qiáng)化素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)”等課程理念，為高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的支撐。

科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的底色

義教新課標(biāo)和《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》保持了一脈相承的連貫性，反映了數(shù)字時(shí)代正確的育人方向。為了使學(xué)生在數(shù)字時(shí)代能夠更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要從培養(yǎng)學(xué)生基本的信息技術(shù)操作能力和認(rèn)知能力轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和綜合應(yīng)用能力。

義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性的特征，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。高中、義教實(shí)驗(yàn)教學(xué)在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要確保理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，體現(xiàn)“科”與“技”并重，提升學(xué)生知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和能力提升。

以“智能追蹤小車”實(shí)驗(yàn)課為例，課堂不應(yīng)僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作，而應(yīng)將科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用融合在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，即通過(guò)情境再現(xiàn)與理論探究、觀察記錄與實(shí)驗(yàn)操作、算法設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析、問(wèn)題探究與深度討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與梳理總結(jié)、延伸實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)等過(guò)程將科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用融合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)全面發(fā)展。

具體體現(xiàn)：①導(dǎo)入環(huán)節(jié)。用生活情境新聞視頻再現(xiàn)“自動(dòng)識(shí)別，禁止電動(dòng)車上樓”的話題，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立安全意識(shí)，關(guān)注基于傳感與控制機(jī)制的安全守護(hù)，通過(guò)介紹實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)和背景知識(shí)，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的目的、原理和預(yù)期結(jié)果。②實(shí)操環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)智能追蹤小車設(shè)備，觀察現(xiàn)象并記錄數(shù)據(jù)。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)有助于學(xué)生深入理解科學(xué)原理，并將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋，并從中提取規(guī)律和結(jié)論來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和數(shù)據(jù)處理能力。③總結(jié)環(huán)節(jié)。學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，提高科學(xué)表達(dá)能力和文字表達(dá)能力。在通過(guò)基礎(chǔ)活動(dòng)掌握基本實(shí)驗(yàn)技能后，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行延伸實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目設(shè)計(jì)，即運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決更多情境下的實(shí)際問(wèn)題或進(jìn)行創(chuàng)新性研究。

真實(shí)性學(xué)習(xí)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的擔(dān)當(dāng)

義教新課標(biāo)倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)，即創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實(shí)問(wèn)題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過(guò)程、計(jì)算思維過(guò)程和數(shù)字化工具應(yīng)用過(guò)程，建構(gòu)知識(shí)，提升問(wèn)題解決能力；注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引入多元化數(shù)字資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度；支持學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行自我規(guī)劃、自我管理和自我評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，凸顯學(xué)生的主體性。

“智能追蹤小車”實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)指向真實(shí)情境下的問(wèn)題解決，是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活情境應(yīng)用的典型范例，即思考如何更好地通過(guò)智能識(shí)別追蹤技術(shù)節(jié)省人力物力，保護(hù)人類安全。通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提供多元化的課程資源，培育以學(xué)習(xí)為中心的教與學(xué)關(guān)系，幫助學(xué)生借助數(shù)字化資源自主探究，科學(xué)規(guī)劃和管理學(xué)習(xí)路徑，運(yùn)用計(jì)算思維解決不同情境下的問(wèn)題同樣是高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。

1.教學(xué)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕?rùn)學(xué)科素養(yǎng)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情分析，筆者確定了本節(jié)課基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)：

①通過(guò)生活中智能識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用示例，感知信息技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響；能夠根據(jù)實(shí)際問(wèn)題主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)技術(shù)解決問(wèn)題；在設(shè)計(jì)智能追蹤小車的過(guò)程中，能夠有效獲取并分享信息，提升問(wèn)題解決的效率。（信息意識(shí)）

②通過(guò)判斷、分析與綜合運(yùn)用各種資源，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的問(wèn)題解決方案；能夠利用設(shè)備與技術(shù)手段，組建智能追蹤小車，模擬、仿真、驗(yàn)證解決問(wèn)題的過(guò)程，反思、優(yōu)化解決問(wèn)題的方案，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問(wèn)題。（計(jì)算思維）

③利用數(shù)字化工具和資源，自主探究，完成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)過(guò)程。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

④認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用；增強(qiáng)安全意識(shí)、知道自主可控技術(shù)對(duì)國(guó)家安全的重要意義；對(duì)智能追蹤技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與局限有一定認(rèn)識(shí)。（信息社會(huì)責(zé)任）

筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，確立了以下實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

①觀察身邊的傳感器（超聲波、攝像頭等）和控制器（主控板），規(guī)劃項(xiàng)目需求。

②通過(guò)分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)程序、調(diào)試運(yùn)行，了解智能化的本質(zhì)。

③利用視覺(jué)傳感器識(shí)別顏色，體驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練的過(guò)程，感受人工智能模式識(shí)別如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳感和控制。

④利用數(shù)字化工具和資源，自主探究，完成實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)過(guò)程。

2.課程內(nèi)容和活動(dòng)路徑彰顯學(xué)科邏輯

義教新課標(biāo)的“課程內(nèi)容”部分指出：依據(jù)核心素養(yǎng)和學(xué)段目標(biāo)，按照學(xué)生的認(rèn)知特征和信息科技課程的知識(shí)體系，圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條邏輯主線，設(shè)計(jì)義務(wù)教育全學(xué)段內(nèi)容模塊，組織課程內(nèi)容，體現(xiàn)循序漸進(jìn)和螺旋式發(fā)展。課程內(nèi)容中的六條邏輯主線串聯(lián)形成學(xué)科邏輯，特別是義務(wù)教育第三學(xué)段的“身邊的算法”“過(guò)程與控制”“小型系統(tǒng)模擬”和第四學(xué)段的“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”“人工智能與智慧社會(huì)”等內(nèi)容模塊同樣為高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)實(shí)施提供了主要知識(shí)及其邏輯關(guān)聯(lián)與層次梯度，每一條邏輯主線既是信息科技知識(shí)體系的內(nèi)在邏輯，又是課程內(nèi)容的主線脈絡(luò)，也成為教學(xué)實(shí)施的重要抓手。以下為基于六條邏輯主線的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單活動(dòng)路徑。

活動(dòng)一：觀察設(shè)備，探究原理（如表1）

設(shè)計(jì)意圖：觀察并分析物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例，知道信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式，了解常見(jiàn)的傳感與控制機(jī)制。

活動(dòng)二：分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法

學(xué)生明確問(wèn)題描述：如何實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別并追蹤不同顏色的物體。選用自然語(yǔ)言、流程圖或者偽代碼中的任意一種方式和同學(xué)們一起交流算法思想，記錄活動(dòng)收獲。

設(shè)計(jì)意圖：從生活實(shí)例出發(fā)，能對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過(guò)設(shè)計(jì)算法形成解決方案；運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡(jiǎn)單算法。

活動(dòng)三：完善程序，調(diào)試運(yùn)行（如表2）

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)方面熟悉程序，不要求每個(gè)算法問(wèn)題都由學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)，閱讀理解、修改運(yùn)行等也都是有意義的體驗(yàn)。用類似科學(xué)課程中觀察實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，也是培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的一種實(shí)踐。

活動(dòng)四（拓展活動(dòng)）：安全第一，緊急制動(dòng)（如下頁(yè)表3）

活動(dòng)五：（自創(chuàng)活動(dòng)）技術(shù)守護(hù)，國(guó)家安全（如下頁(yè)表4）

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生拓寬活動(dòng)視野，關(guān)注國(guó)家安全，增強(qiáng)他們的國(guó)家意識(shí)和安全意識(shí)，借助技術(shù)為維護(hù)國(guó)家安全做出積極的貢獻(xiàn)。

借助實(shí)驗(yàn)報(bào)告單可以更好地提升學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能。電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)需要運(yùn)用更多的數(shù)字素養(yǎng)（數(shù)據(jù)的記錄和呈現(xiàn)、分析和處理），有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力（文字表達(dá)能力、邏輯思維能力和分析解決問(wèn)題的能力）。

素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的追求

信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。這四個(gè)維度有各自的特征，同時(shí)又互相支持、互相滲透，能夠共同促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)應(yīng)該是基于理解的定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)、過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)、自評(píng)與他評(píng)等相結(jié)合的方式。

智能追蹤小車實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)采取提問(wèn)、討論、電子教室考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目作業(yè)等定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)方式。通過(guò)課堂提問(wèn)互動(dòng)答疑等活動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)，通過(guò)電子教室發(fā)送項(xiàng)目反饋測(cè)試、提交撰寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單等活動(dòng)實(shí)現(xiàn)終結(jié)性評(píng)價(jià)，多元評(píng)價(jià)讓實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)更輕松自然地落地。實(shí)驗(yàn)報(bào)告單不僅可以引導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，還能評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進(jìn)交流和合作，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迭代改進(jìn)提供參考。通過(guò)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可以了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握情況，從而評(píng)估其學(xué)習(xí)水平。

義教新課標(biāo)的落地讓高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)有了更好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為高中實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)展提供了更多的支撐和指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)課引導(dǎo)學(xué)生探索和實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)綜合能力培養(yǎng)，注重真實(shí)情境下問(wèn)題的解決，促進(jìn)學(xué)生深入理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化的體系，提升學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的高階思維能力，多維度打造信息科技（技術(shù)）協(xié)同育人生態(tài)。

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