深度學(xué)習(xí)，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)穩(wěn)步深耕讓思維品質(zhì)有效攀升

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）12—0036-04

實(shí)驗(yàn)教學(xué)為本，聚焦深度 學(xué)習(xí)

在初中信息科技課程中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅是踐行《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)的“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”理念的重要舉措，更是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維這一核心教育目標(biāo)的關(guān)鍵抓手。上海師范大學(xué)黎加厚教授認(rèn)為：深度學(xué)習(xí)是指在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌朐姓J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進(jìn)行聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)區(qū)別于淺層學(xué)習(xí)，更注重學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)。在初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，深度學(xué)習(xí)助力學(xué)生深度領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理，在操作實(shí)踐與理論知識之間搭建起穩(wěn)固的橋梁，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。下面，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三個(gè)方面闡述深度學(xué)習(xí)的實(shí)施路徑。

多元要素賦能的實(shí)驗(yàn)資源深度支持

1.搭建實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)習(xí)可視化

初中階段的學(xué)生，正處于從形象思維向抽象思維過渡的重要時(shí)期，其認(rèn)知能力在不斷發(fā)展，但仍存在一定的局限性。在這個(gè)階段，學(xué)生對于直觀、形象的知識接受度較高，而對于過于抽象、復(fù)雜的內(nèi)容理解起來則較為困難。以“人工智能與智慧社會(huì)”模塊中的機(jī)器學(xué)習(xí)教學(xué)為例，初中階段的學(xué)業(yè)要求重點(diǎn)聚焦于學(xué)生對機(jī)器學(xué)習(xí)的理解和應(yīng)用層面?？紤]到初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，在教學(xué)過程中不必過分強(qiáng)調(diào)學(xué)生對每一行代碼的精確編寫，因?yàn)檫@對他們而言可能過于晦澀難懂，容易造成畏難情緒。對此，教師不妨搭建可視化實(shí)驗(yàn)平臺，以動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)效果呈現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的運(yùn)行機(jī)制。例如，在體驗(yàn)KNN分類算法時(shí)，學(xué)生可以通過點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)平臺中的上一步（或下一步），停下來觀察數(shù)據(jù)點(diǎn)如何被逐步劃分到不同類別中，從而清晰地看到算法的底層邏輯。通過這種可視化的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)過程，學(xué)生更容易理解信息科技背后的復(fù)雜原理。

2.提供實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)習(xí)可交互

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)器材能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作的交互中全面深入地掌握知識。美國緬因州的國家訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《學(xué)習(xí)金字塔》報(bào)告表明，單一感官獲取信息，知識留存率較低，而視覺、聽覺、觸覺等協(xié)同運(yùn)作，則能有效提高知識的吸收和記憶效果。以“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新”模塊中家庭小型網(wǎng)絡(luò)搭建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，教師提供網(wǎng)線、平板、無線路由器、光貓等設(shè)備，學(xué)生以小組為單位根據(jù)自主設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D動(dòng)手實(shí)踐，在選擇網(wǎng)口、插拔網(wǎng)線、配置路由器的交互過程中深人認(rèn)識各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在檢測網(wǎng)絡(luò)通斷、診斷故障的調(diào)試過程中深入理解家庭小型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在學(xué)生與實(shí)驗(yàn)器材的充分交互中，深度學(xué)習(xí)自然發(fā)生。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)單，讓學(xué)習(xí)可 推敲

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)構(gòu)清晰的實(shí)驗(yàn)學(xué)單對幫助學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而引導(dǎo)他們從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)規(guī)律、自主建構(gòu)學(xué)科知識框架起著至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)學(xué)單就像是一張知識探索的路線圖，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供清晰的指引，讓整個(gè)學(xué)習(xí)過程有跡可循。

案例1：

在浙教版初中信息科技《認(rèn)識TCP/IP》一課的網(wǎng)絡(luò)抓包實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用網(wǎng)絡(luò)嗅探器收到HTTP數(shù)據(jù)包，然后選定其中一個(gè)數(shù)據(jù)包，分析其數(shù)據(jù)的變化過程，記錄在實(shí)驗(yàn)學(xué)單中（如下圖）。計(jì)算可得：TCP包=TCP包頭部+HTTP包，IP包=IP包頭部+TCP包?；跀?shù)據(jù)實(shí)證，以及結(jié)構(gòu)清晰的實(shí)驗(yàn)學(xué)單，學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)HTTPTCP、IP之間自上而下逐層添加頭部數(shù)據(jù)，這一變化過程驗(yàn)證了TCP/IP協(xié)議中的分層思想。巧妙的實(shí)驗(yàn)學(xué)單設(shè)計(jì)為學(xué)生厘清了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，讓學(xué)生從盲目摸索轉(zhuǎn)為主動(dòng)探究，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處激發(fā)學(xué)生思考，為深度學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

綜合策略助推的實(shí)驗(yàn)技術(shù) 深度掌握

1.同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，多步實(shí)驗(yàn)流程

對學(xué)生而言，清晰把握實(shí)驗(yàn)全貌是深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。學(xué)生在面對一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，若能從整體框架入手，建立起系統(tǒng)的認(rèn)知，則能更好地理解每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟在達(dá)成最終目標(biāo)中的作用。這不僅有助于學(xué)生將零散的實(shí)驗(yàn)操作整合為連貫的知識體系，還能培養(yǎng)他們的全局思維和邏輯能力。

在實(shí)驗(yàn)初始階段，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)學(xué)單的引導(dǎo)，針對簡單的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展開探究，憑借基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識和技能得出初步結(jié)論。隨著實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)，步驟難度提升，學(xué)生聚焦核心問題，展開更加深度且全面的探究。在推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，充分整合前序步驟所獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行系統(tǒng)性分析與歸納。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程由淺入深，使學(xué)生在循序漸進(jìn)的探索與思考中，有效鍛煉實(shí)驗(yàn)技能和知識整合能力。

2.同一實(shí)驗(yàn)方式，多元實(shí)驗(yàn)設(shè)備

某些實(shí)驗(yàn)的課堂時(shí)間有限，若要求每個(gè)小組把所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備及各種實(shí)驗(yàn)可能性都完整地嘗試一遍，不僅難以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，還會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程倉促，學(xué)生無法深人探究。同時(shí)，不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果雖存在差異，但其本質(zhì)往往具有相似性。因此，為不同小組分配不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持其進(jìn)行獨(dú)立體驗(yàn)，是一種高效且實(shí)用的教學(xué)方法。一方面，這種方式極大地豐富了實(shí)驗(yàn)的多樣性。不同小組使用不同設(shè)備進(jìn)行同一實(shí)驗(yàn)，有助于獲取多種視角下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，讓學(xué)生從多個(gè)維度加深對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。另一方面，這種方式有效縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。每個(gè)小組專注于一種設(shè)備的操作，無需在多種設(shè)備間頻繁切換，從而提高了實(shí)驗(yàn)效率。當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師應(yīng)組織各小組進(jìn)行交流討論，使學(xué)生全面了解不同設(shè)備在同一實(shí)驗(yàn)方式下的表現(xiàn)。

案例2：

在浙教版初中信息科技《常見的傳感器》一課中，為了探究傳感器的類型和功能，以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組隨機(jī)分配不同的傳感器進(jìn)行測試和記錄。實(shí)驗(yàn)后，教師組織學(xué)生交流。

第一組組長：我們組測試的是距離傳感器，當(dāng)小球放在5cm處時(shí)數(shù)值為3500，當(dāng)小球放在10cm處時(shí)數(shù)值為1700，當(dāng)小球放在15cm處時(shí)數(shù)值為 1000 我們發(fā)現(xiàn)，數(shù)值越大，距離越近，反之越遠(yuǎn)。

第二組組長：我們組測試的是濕度傳感器，當(dāng)傳感器上不沾水時(shí)數(shù)值為0，如果往傳感器上噴水?dāng)?shù)值變?yōu)?095，然后用紙巾擦拭一下數(shù)值變?yōu)?43。我們發(fā)現(xiàn)，數(shù)值越大，濕度越大，反之越小。

第三組組長：……

教師提問：如果第一組的傳感器數(shù)值是3000，請其他小組推測它所感知的環(huán)境處于什么狀態(tài)。

第二組學(xué)生：說明物體與傳感器的距離在5cm～10cm之間。

由此可見，雖然傳感器種類較多，每組只體驗(yàn)了其中一種，但是通過分享交流，學(xué)生能觸類旁通。分組體驗(yàn)不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備的方法，既提升了課堂實(shí)驗(yàn)效率，又保證了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富多元。

3.同一實(shí)驗(yàn)過程，多組實(shí)驗(yàn) 對照

在實(shí)驗(yàn)過程中，單一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受到多種因素的干擾，如操作誤差、設(shè)備的細(xì)微差異等，導(dǎo)致結(jié)論不準(zhǔn)確。多組實(shí)驗(yàn)對照能有效降低這些隨機(jī)因素的影響，通過對比不同組的數(shù)據(jù)，可以讓學(xué)生更精準(zhǔn)地把握實(shí)驗(yàn)規(guī)律。從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)層面來說，通過小組匯報(bào)互相檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能激發(fā)學(xué)生的批判性思維，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

多維路徑引領(lǐng)的思維能力深度建構(gòu)

1.關(guān)鍵問題勾連，驅(qū)動(dòng)思維生發(fā)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生如果只是機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，其思維難以得到有效鍛煉，無法實(shí)現(xiàn)知識的深度內(nèi)化與能力的提升。而關(guān)鍵問題的提出，不僅能激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，還能驅(qū)動(dòng)他們對知識進(jìn)行整體性理解和深人探究。通過將學(xué)習(xí)任務(wù)劃分為一系列有機(jī)聯(lián)系的問題，為學(xué)生提供了一條逐步深入的學(xué)習(xí)路徑，使學(xué)生在掌握信息科技知識和技能的同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)科綜合素養(yǎng)。此外，問題的設(shè)置應(yīng)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，充分考慮前后環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性，搭建起學(xué)生思維的橋梁。

案例3：

在2024年全國初中信息科技優(yōu)質(zhì)課《讀你所AI——基于個(gè)性化推薦算法的圖書推薦》一課中，教師以一連串的問題鏈組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

問題1：為了實(shí)現(xiàn)班級圖書個(gè)性化推薦，需要采集哪些用戶數(shù)據(jù)？

該問題的設(shè)計(jì)目的：厘清實(shí)驗(yàn)思路，從采集數(shù)據(jù)到算法排序，最終實(shí)現(xiàn)個(gè)性化推薦。為后續(xù)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)設(shè)置內(nèi)容標(biāo)簽打好基礎(chǔ)。

問題2：觀察兩本書的標(biāo)簽信息，猜測人工智能會(huì)推薦哪一本書給老師？

該問題的設(shè)計(jì)目的：通過探究發(fā)現(xiàn)，一本書滿足的標(biāo)簽數(shù)量越多，其推薦的可能性越大。從原理上掌握基于內(nèi)容的推薦算法。

問題3：借鑒好友之間的圖書推薦方式，當(dāng)A和B的興趣愛好相似，且A推薦的書B沒有讀過時(shí)，該書被推薦成功的可能性更大。如何讓系統(tǒng)識別出符合條件的讀友？

該問題的設(shè)計(jì)目的：引出協(xié)同過濾算法，對系統(tǒng)給出的圖書進(jìn)行評分，作為算法判斷依據(jù)。

本課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用了問題鏈層層深入的方法，將教學(xué)環(huán)節(jié)之間勾連起來，最終驅(qū)動(dòng)學(xué)生計(jì)算思維的生發(fā)。

2.真實(shí)情境應(yīng)用，加強(qiáng)思維印證

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值在于持續(xù)深入，并走向真實(shí)場景應(yīng)用。真實(shí)情境中的問題往往具有模糊性、復(fù)雜性以及多維度性，學(xué)生在面對這些問題時(shí)，需要深度運(yùn)用分析思維，從繁雜無序的信息中抽絲剝繭，精準(zhǔn)抽象出核心問題。

例如，在“物聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目中，學(xué)生首先要面對的是如何依據(jù)不同的監(jiān)測需求，從眾多傳感器中做出恰當(dāng)?shù)倪x擇。以“智慧體育館”項(xiàng)目為例，學(xué)生要綜合考量場館布局、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)、成本預(yù)算等多方面因素，將課堂上學(xué)到的傳感器原理性能參數(shù)等知識，與現(xiàn)實(shí)情境中的具體需求相結(jié)合。不僅如此，學(xué)生還會(huì)遇到數(shù)據(jù)的異常波動(dòng)、格式錯(cuò)誤等問題，需要充分運(yùn)用邏輯思維，從傳感器、網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)中臺、程序代碼等多個(gè)方面進(jìn)行排查。學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中，不斷進(jìn)行思維的碰撞、修正與完善，從而做出正確的判斷。

3.個(gè)性案例創(chuàng)新，助推思維 突破

創(chuàng)新應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生創(chuàng)造性解決實(shí)際問題的能力。例如，在浙教版信息科技八年級下冊的學(xué)習(xí)中，學(xué)生將物聯(lián)網(wǎng)與人工智能結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，碰撞出創(chuàng)意的火花。教師給定如智慧農(nóng)場、校園氣象站等具有現(xiàn)實(shí)意義的主題，各實(shí)驗(yàn)小組自主選擇研究視角，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)部署傳感器收集數(shù)據(jù)，借助人工智能算法分析和預(yù)測，設(shè)計(jì)出如智能化灌溉與施肥系統(tǒng)、氣象信息發(fā)布與災(zāi)害預(yù)警平臺等個(gè)性化的智慧解決方案。

這種自主探索的模式激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新活力，使其跳出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)框架，積極嘗試新技術(shù)的組合應(yīng)用。學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐中，掌握了物聯(lián)網(wǎng)與人工智能核心技術(shù)，思維也實(shí)現(xiàn)從線性到系統(tǒng)性、創(chuàng)造性的轉(zhuǎn)變，高階思維得到有效發(fā)展。

結(jié)語

初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的深度學(xué)習(xí)，是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對知識進(jìn)行批判性理解、主動(dòng)建構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)知識遷移應(yīng)用的學(xué)習(xí)方式。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，超越了傳統(tǒng)淺層學(xué)習(xí)模式，是學(xué)生提升信息科技素養(yǎng)、適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展需求的有效途徑。教師應(yīng)充分認(rèn)識深度學(xué)習(xí)對學(xué)生成長的重要意義，不斷優(yōu)化教學(xué)方法和策略，為學(xué)生持續(xù)提供深度支持的實(shí)驗(yàn)資源，引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，注重學(xué)生思維能力的深度建構(gòu)。相信隨著深度學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的推進(jìn)，學(xué)生將具備更強(qiáng)的學(xué)科實(shí)踐能力，成長為適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1吳海燕，馬玉芳，李學(xué)書.基于深度學(xué)習(xí)的學(xué)生高階思維培養(yǎng)：可能和路徑[J.教育理論與實(shí)踐，2024，44（20）：42-47.

[2]王克志，張良，李小紅.論素養(yǎng)培育的深度學(xué)習(xí)原理——基于知識與方法共在的視角[J.電化教育研究，2024，45（12）.30-36.

[3]張吉.小學(xué)信息科技課堂問題鏈設(shè)計(jì)的思考與實(shí)踐J.中國現(xiàn)代教育裝備，2024（18）：46-48.

[4]郝曉娟.基于關(guān)鍵能力培養(yǎng)的初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐研究——以《互聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)為例[J]中國信息技術(shù)教育，2024（09）：16-19.

[5]魏雄鷹.加強(qiáng)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮信息科技育人價(jià)值[EB/OLJ.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/moe_2082/2023/2023zl24/202311/t20231123_1091836.html.e