融合大概念，深化信息科技實驗教學

摘要：在信息科技課程實施中，實驗教學法獲得了廣大教師的認可。然而，在現(xiàn)有實驗教學的實踐過程中，知識常常呈現(xiàn)出碎片化的狀態(tài)，難以融合成一個連貫且有意義的知識體系。鑒于此，本文探索以大概念為核心，深化實驗教學的路徑，通過剖析當前實驗教學的現(xiàn)狀，提出實驗教學新思路，并且以《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》為實例，詳細闡述了實驗教學的實施流程，以期達到知識的系統(tǒng)整合與深度理解的目的。

關(guān)鍵詞：大概念；信息科技；實驗教學；實驗教學設(shè)計

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）06-0050-04

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導通過實驗教學推動“做中學”理念的落地，旨在引導學生在實踐中深化理解。然而，當前實驗教學正處于探索期，部分教師很難將學習內(nèi)容轉(zhuǎn)化為能夠激發(fā)學生主動探索的有效實驗活動，引導學生親身體驗并深刻理解基本概念與原理。在此背景下，筆者認為應(yīng)將學科的核心觀念與核心思想作為引領(lǐng)實驗教學內(nèi)容設(shè)計與實施的方向。換句話說，實驗教學不應(yīng)局限于操作層面的實現(xiàn)，而應(yīng)注重在大概念視角下的深度探索，由此實現(xiàn)對學科核心概念的深刻理解與內(nèi)化。

實驗教學現(xiàn)狀

1.驗證性實驗多，探究性實驗少

當前，信息科技學科實驗教學面臨的主要問題之一在于驗證性實驗占據(jù)主導地位，而探究性實驗相對匱乏。驗證性實驗雖然能夠幫助學生鞏固已學知識，但缺乏對學生探究精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。相比之下，探究性實驗?zāi)軌蚣ぐl(fā)學生的好奇心和求知欲，引導他們主動探索未知領(lǐng)域，深化對信息處理、數(shù)據(jù)分析、算法設(shè)計等核心概念的理解。

2.實驗單設(shè)計缺乏概念挖掘

當前，教師在設(shè)計實驗單時，常停留在對已有實驗方案的搬運與模仿上，缺乏創(chuàng)新和深度。即使部分教師嘗試設(shè)計實驗，也往往過于關(guān)注實驗操作的細節(jié)和流程，而忽視了實驗背后承載的學科核心概念。

3.忽視實驗活動后的理解深化

實驗教學的目標不僅僅是讓學生掌握實驗技能，更重要的是通過實驗活動促進學生對學科知識的深入理解和內(nèi)化。然而，當前的實驗教學往往忽視了實驗活動后的反思與總結(jié)環(huán)節(jié)，導致學生難以將實驗所得與學科知識建立有效聯(lián)系，從而限制了他們知識結(jié)構(gòu)的完整性和深度。

實驗教學的備課思路

1.理解大概念的內(nèi)涵

首先，深入分析新課標和教材，識別出貫穿學科始終、對學生發(fā)展至關(guān)重要的關(guān)鍵大概念。圍繞這些大概念，明確實驗教學的具體目標，確保教學活動能夠針對性地促進學生對大概念的理解和應(yīng)用。以“數(shù)據(jù)”為例，應(yīng)聚焦于數(shù)據(jù)的三大核心維度：一是數(shù)據(jù)來源的可靠性與真實性；二是數(shù)據(jù)的組織與呈現(xiàn)方式；三是數(shù)據(jù)對現(xiàn)代社會的重要意義。

2.明確實驗教學的過程

實驗教學的過程始于對學科大概念的深入理解與剖析，隨后細化至單元層面的大概念，最終聚焦于本節(jié)課的具體概念，從而明確實驗的具體目標與方向。學生在教師的引導下，提出實驗假設(shè)，設(shè)計實驗方案并驗證假設(shè)。在實驗過程中，學生記錄并分析數(shù)據(jù)，最終得出實驗結(jié)論。這一結(jié)論不僅回應(yīng)了實驗?zāi)繕?，而且深化了對大概念的認識。

3.挖掘本課概念，設(shè)計關(guān)鍵實驗

本環(huán)節(jié)需要將本課的具體概念與先前識別出的大概念緊密聯(lián)系起來，并基于這種聯(lián)系設(shè)計出能夠促進學生深度理解的關(guān)鍵實驗。以浙教版七下第11課《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》為例，其關(guān)鍵實驗的設(shè)計如圖1所示。

4.設(shè)計預(yù)設(shè)的深化問題

在實驗結(jié)束后，組織學生進行反思，討論實驗過程中遇到的問題、解決策略及實驗結(jié)果的意義；引導學生總結(jié)實驗經(jīng)驗和教訓，將實驗結(jié)果與大概念相聯(lián)系，加深對大概念的理解，提高應(yīng)用能力；鼓勵學生將所學知識遷移到新情境中，解決實際問題。例如，在上述實驗結(jié)束后可以預(yù)設(shè)深化問題：“在物聯(lián)子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送通常是如何被觸發(fā)的？是基于時間間隔、判斷驅(qū)動，還是外部請求？你認為不同的觸發(fā)機制對系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量有何影響？”

5.基于大概念的多元化評價

在設(shè)計評價表時，應(yīng)明確列出與大概念相關(guān)聯(lián)的具體評價指標，如在《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》一課的評價中，可以列出“能夠準確識別并評估數(shù)據(jù)來源的可靠性與真實性”“能夠合理解釋數(shù)據(jù)組織與呈現(xiàn)方式如何影響數(shù)據(jù)解讀”等與大概念緊密相關(guān)的指標。

大概念視野下的實驗教學實例

1.構(gòu)建大概念框架，明確實驗?zāi)繕?/p>

清晰的大概念框架為教學提供了明確的方向，通過大概念的引領(lǐng)，實驗?zāi)繕说靡郧逦缍?，旨在培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)和解決實際問題的能力。例如，在《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》一課中，大概念引領(lǐng)下的實驗?zāi)繕嗽O(shè)計如表1所示。

2.聚焦大概念理解，創(chuàng)設(shè)實驗情境

在深入探索學科大概念的過程中，設(shè)計實驗情境是至關(guān)重要的一環(huán)。通過構(gòu)建貼近學生生活或具有挑戰(zhàn)性的真實情境可以激發(fā)學生的探索欲和創(chuàng)造力，促使他們在解決實際問題的過程中深化對大概念的理解，并提升知識遷移與應(yīng)用能力。

情境創(chuàng)設(shè)：（回顧并展示上節(jié)課的校園農(nóng)場原型）隨著暑假的臨近，同學們即將短暫地告別熟悉的校園。那么，在無法每天親臨農(nóng)場的情況下，該如何知曉并監(jiān)控農(nóng)場的實時狀況呢？在物聯(lián)網(wǎng)中，我們?nèi)绾螐臄?shù)據(jù)的維度去考慮？通過網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)是從哪一端到哪一端？它們的傳輸可靠、準確嗎？

在真實情境的創(chuàng)設(shè)下，學生思考數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用，以及它是如何從物理世界被采集并傳輸?shù)綌?shù)字世界的。在問題鏈的驅(qū)動下，學生開始深入探討物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取的各個環(huán)節(jié)，思考如何選擇傳感器、如何確保數(shù)據(jù)的準確性和實時性、如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及遠程監(jiān)控平臺的構(gòu)建等問題。這些問題能夠幫助學生將大概念中的抽象概念具體化、實例化，為后面的實驗設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

3.組織實驗活動，促進大概念應(yīng)用

（1）大概念引領(lǐng)實驗設(shè)計

在《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》一課的實驗設(shè)計中（如圖2），大概念明確了實驗的核心目標——掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑怼@這一核心目標，將具體概念細化為數(shù)據(jù)獲取、發(fā)送、傳輸和接收四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與此同時，緊密圍繞這些具體環(huán)節(jié)提出關(guān)鍵問題，它們?yōu)閷嶒炘O(shè)計提供了清晰且明確的方向。在實驗結(jié)束后，通過深化問題的探討，進一步加深學生對大概念的理解。

（2）實驗單支撐實驗過程

實驗單作為實驗過程的實施指南，確保實驗?zāi)軌蚓o密圍繞大概念展開，并順利達成預(yù)設(shè)的實驗?zāi)繕?。在大概念的引領(lǐng)下，教師可以引導學生從數(shù)據(jù)的視角出發(fā)，探究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)過程，以促進對基本原理的理解。

實驗一：采集物聯(lián)子系統(tǒng)原型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。本實驗旨在通過構(gòu)建一個簡單的物聯(lián)子系統(tǒng)原型，采集其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并初步分析這些數(shù)據(jù)以理解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的基本特征（如圖3）。

實驗二：本實驗將探索物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的發(fā)布與接收流程。實驗將構(gòu)建一個完整的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸場景，其中，物聯(lián)子系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將通過MQTT等通信協(xié)議傳送至物聯(lián)網(wǎng)平臺，而接收端則通過訂閱相關(guān)主題來接收這些數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用于實際場景中（如下頁圖4）。

（3）關(guān)鍵問題深化大概念

在實驗結(jié)論得出后，教師仍可通過提出關(guān)鍵性問題來進一步深化、勾連大概念。

師：實驗中物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)定時發(fā)送，這會導致數(shù)據(jù)冗余嗎？除了定時發(fā)送，數(shù)據(jù)還能如何更智能地發(fā)送，以減少冗余？

生：①數(shù)據(jù)會等到某個條件滿足了再發(fā)送，如溫度到了某個程度（閾值數(shù)據(jù)）；②當需要查看數(shù)據(jù)時，再發(fā)送請求去獲?。ㄖ噶顢?shù)據(jù)）。

在此基礎(chǔ)上，師生可共同總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中涉及的三類數(shù)據(jù)——環(huán)境數(shù)據(jù)、閾值數(shù)據(jù)、指令數(shù)據(jù)，并探討其關(guān)系，從而促進對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)大概念的深化理解。

4.實施教學評價，促進自我反思與概念深化

在融合大概念的初中信息科技實驗教學中，教學評價不僅是檢驗學生學習成果的手段，更是促進大概念深入理解和應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計評價指標時，應(yīng)緊密圍繞大概念，確保評價內(nèi)容能夠準確反映學生對大概念的理解和應(yīng)用能力。例如，在《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取》一課中，可以設(shè)計如表2所示的評價指標。

綜上所述，將大概念融合于信息科技實驗教學之中，使兩者相輔相成，形成相互促進的良性循環(huán)。大概念的引入為實驗教學提供了堅實的理論基礎(chǔ)和清晰的學習方向。反過來，實驗教學則為學生提供了實踐探索的平臺，通過動手操作和問題解決，學生得以更深入地理解和應(yīng)用大概念，進一步鞏固和拓展自己的知識體系。因此，融合大概念與實驗教學，不僅能夠提升學生的學習效率，還能夠培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻：

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