初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計

作者簡介：朱明（1979—），男，江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)東沙湖實(shí)驗(yàn)中學(xué)。

教師在設(shè)計信息科技教學(xué)時，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際提出問題，綜合運(yùn)用知識和能力探究、解決問題，從而提升學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以蘇科版初中信息科技八年級上冊第二單元探索2“物聯(lián)網(wǎng)的識別技術(shù)”的教學(xué)為例，探討初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計路徑。

一、科學(xué)制訂教學(xué)計劃

科學(xué)合理的教學(xué)計劃是實(shí)驗(yàn)教學(xué)有序開展的前提。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展前，教師要合理確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、重難點(diǎn)、資源等，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序性和科學(xué)性。

首先，教師明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。知識與技能目標(biāo)：了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，知道物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)的種類；通過公交卡充值和扣費(fèi)模擬實(shí)驗(yàn)，知道射頻識別系統(tǒng)的工作流程，掌握射頻識別技術(shù)（RFID，即RadioFrequencyIdentification）的基本原理。過程與方法目標(biāo)：通過小組合作、師生互動、人機(jī)互動等多種交互方式，培養(yǎng)觀察能力和動手操作能力，提升解決實(shí)際問題的能力。情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：在自主探究和解決問題的過程中培養(yǎng)信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)、信息社會責(zé)任；通過合作學(xué)習(xí)開展主題探究活動，培養(yǎng)合作精神和科學(xué)精神，激發(fā)對信息科技的求知欲。

其次，教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重難點(diǎn)進(jìn)行梳理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)是射頻識別技術(shù)，包括基本原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場景等。教師可以通過微課教學(xué)和小組合作探究幫助學(xué)生突破重點(diǎn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)在于讓學(xué)生將射頻識別技術(shù)與其他識別技術(shù)進(jìn)行比較。教師可以讓學(xué)生課前查閱和搜集物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)相關(guān)資料，在課中分享交流、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、總結(jié)反思，從而化解難點(diǎn)。

最后，教師梳理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的資源，包括準(zhǔn)備教學(xué)需要的硬件如平板電腦、手機(jī)、投影儀等，整合教學(xué)所需要的素材，如超市掃碼支付、小區(qū)門禁系統(tǒng)等，以及制作好課件，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展做好準(zhǔn)備。

二、有序安排實(shí)驗(yàn)活動

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引出實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的情境創(chuàng)設(shè)一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生積極主動探究新知，另一方面可以將抽象概念具象化，將復(fù)雜問題簡單化，降低學(xué)生學(xué)習(xí)理解的難度。

例如，在開展“物聯(lián)網(wǎng)的識別技術(shù)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，教師給學(xué)生播放了一段在公交車上使用公交卡付費(fèi)的場景視頻，讓學(xué)生仔細(xì)觀察，用自己的語言描述視頻內(nèi)容。學(xué)生回答：“視頻依次展示老人、孩子、軍人、大學(xué)生等不同乘客上車刷公交卡的場景，他們拿出自己的公交卡接觸讀卡器，接著讀卡器便自動進(jìn)行扣費(fèi)。”教師詢問學(xué)生觀察到哪些細(xì)節(jié)。有的學(xué)生回答：“他們扣費(fèi)的金額不同，有的是免費(fèi)，有的是半價，有的是八折?！苯處熣f：“沒錯，大家觀察得很仔細(xì)。在我們國家，不同人群乘坐公共交通能享受不同的優(yōu)惠政策。比如視頻中，學(xué)生能享受八折優(yōu)惠，軍人以及70歲以上的老人能免費(fèi)乘車等。那么公交車上的讀卡器為什么可以對乘客的公交卡進(jìn)行精準(zhǔn)識別和扣費(fèi)呢？”學(xué)生由此展開了討論，得出結(jié)論：“因?yàn)楣豢▋?nèi)有電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽上記錄了乘客的姓名、年齡、職業(yè)、充值金額等，讀卡器可以識別這些信息并進(jìn)行扣費(fèi)?！苯處熯M(jìn)一步提問學(xué)生：“那么電子標(biāo)簽是如何記錄信息的？”學(xué)生感到迷茫。教師順勢引出“模擬公交卡的充值和扣費(fèi)”實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究答案。

真實(shí)情境中的真實(shí)問題能有效激起學(xué)生的好奇心，促使學(xué)生主動探究知識。學(xué)生通過思考與交流初步了解射頻識別技術(shù)的原理，產(chǎn)生進(jìn)一步了解其工作機(jī)制的意愿，自然而然地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)主題。這樣的教學(xué)導(dǎo)入能讓學(xué)生以強(qiáng)烈的興趣進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，為接下來順利開展實(shí)驗(yàn)活動奠定基礎(chǔ)。

（二）任務(wù)驅(qū)動，深化體驗(yàn)

有效的學(xué)習(xí)任務(wù)可以為學(xué)生深入探究提供清晰的路徑，讓學(xué)生更加專注于實(shí)驗(yàn)的過程，深化實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，激活解決問題的創(chuàng)新思維。教師可以將實(shí)驗(yàn)過程分解成有效的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)安排展開實(shí)驗(yàn)探究。

例如，“模擬公交卡的充值和扣費(fèi)”實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上是對射頻識別技術(shù)工作原理的探究。實(shí)驗(yàn)開展前，教師為學(xué)生準(zhǔn)備計算機(jī)、智能開發(fā)板、NFC擴(kuò)展板、射頻識別模塊、顯卡、數(shù)據(jù)線、編程軟件等，幫助學(xué)生了解射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。接著，教師將整個實(shí)驗(yàn)過程分解成不同的任務(wù)，讓學(xué)生通過查找資料、合作交流、實(shí)踐操作等方式探究任務(wù)，促使學(xué)生有序完成實(shí)驗(yàn)，深化學(xué)生對射頻識別技術(shù)的理解。實(shí)驗(yàn)任務(wù)如下所示。

任務(wù)一：連接設(shè)備

根據(jù)示意圖將NFC擴(kuò)展板和射頻識別模塊進(jìn)行連接。

任務(wù)二：編寫程序

1.在編程軟件的“擴(kuò)展”模塊中添加“RFID（12C）;

2.模擬公交卡的充值過程，在按下按鍵A時，掃描并顯示射頻卡序列號信息，初始化電子錢包，并模擬充值100元；

3.模擬公交卡扣費(fèi)過程，在按下按鍵B時，電子錢包扣費(fèi)2元，并在控制臺上顯示錢包余額。

任務(wù)三：運(yùn)行程序

將智能開發(fā)板與計算機(jī)通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，將編好的程序下載到智能開發(fā)板中進(jìn)行運(yùn)行，并通過射頻識別模塊進(jìn)行驗(yàn)證，觀察依次按下按鍵A和按鍵B時控制臺的變化。

在任務(wù)的層層指引下，學(xué)生有序而科學(xué)地完成了整個實(shí)驗(yàn)，在動手操作和解決問題的過程中對射頻識別技術(shù)的原理和運(yùn)行機(jī)制形成清晰的認(rèn)識，同時訓(xùn)練了科學(xué)思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

（三）梳理總結(jié)，建構(gòu)框架

完成實(shí)驗(yàn)后及時梳理和總結(jié)可以幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺，強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解和記憶，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

例如，在學(xué)生完成“模擬公交卡的充值和扣費(fèi)”實(shí)驗(yàn)后，教師讓學(xué)生回顧整個實(shí)驗(yàn)過程，梳理實(shí)驗(yàn)中涉及的知識點(diǎn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，幫助學(xué)生建構(gòu)完整的知識體系。首先，教師問學(xué)生：“誰能根據(jù)實(shí)驗(yàn)的操作步驟，用自己的話說一說公交卡的充值和扣費(fèi)過程是怎樣的？”學(xué)生通過回顧、梳理、表達(dá)，厘清了射頻識別系統(tǒng)的工作過程。其次，教師問學(xué)生：“什么是射頻識別技術(shù)？”學(xué)生通過閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，歸納射頻識別技術(shù)的定義和基本工作原理，從而深化對射頻識別技術(shù)的理解。再次，教師讓學(xué)生分析射頻識別系統(tǒng)的特點(diǎn)。學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)所得和教材內(nèi)容，提出自己的看法。比如，有的學(xué)生說：“射頻識別系統(tǒng)能借助電子標(biāo)簽來識別物品?！庇械膶W(xué)生說：“射頻識別系統(tǒng)需要通過讀寫器識別和讀取物品的具體信息?！庇械膶W(xué)生說：“承載射頻識別系統(tǒng)的設(shè)備體積通常比較小?！庇械膶W(xué)生說：“射頻識別系統(tǒng)可以重復(fù)使用?！痹谧杂杀磉_(dá)的過程中，學(xué)生形成了對射頻識別技術(shù)的個性化看法。教師整合學(xué)生表達(dá)的內(nèi)容，用信息科技學(xué)科的語言進(jìn)行修改，幫助學(xué)生掌握射頻識別技術(shù)知識的專業(yè)化表達(dá)。最后，教師讓學(xué)生思考射頻識別技術(shù)可應(yīng)用到生活的哪些場景中。學(xué)生經(jīng)過思考和討論，得出“射頻識別技術(shù)可應(yīng)用于物流倉儲、門禁系統(tǒng)、公共交通、醫(yī)療系統(tǒng)等多個場景中”的結(jié)論，由此將本節(jié)課的信息科技知識與生活現(xiàn)實(shí)進(jìn)行連接，深入理解了射頻識別技術(shù)的功能和價值。

教師借助問題引導(dǎo)，從射頻識別技術(shù)的概念、原理、特點(diǎn)、應(yīng)用場景等多個方面幫助學(xué)生梳理知識，促使學(xué)生構(gòu)建射頻識別技術(shù)的知識框架，強(qiáng)化了學(xué)生對射頻識別技術(shù)的掌握。

三、拓展遷移實(shí)驗(yàn)知識

遷移能力指學(xué)生能夠利用所學(xué)知識和方法解決課堂上的問題，并能夠在其他場景中運(yùn)用這些知識和方法解決新問題[1]。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，要給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會，讓學(xué)生遷移運(yùn)用實(shí)驗(yàn)所得知識、經(jīng)驗(yàn)、方法解決新的問題，從而拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力，促進(jìn)學(xué)生的成長。

例如，完成上述實(shí)驗(yàn)后，教師為學(xué)生延伸講解近場通信技術(shù)（NFC，即NearFieldCommunication）的相關(guān)知識，并引導(dǎo)學(xué)生梳理射頻識別技術(shù)與近場通信技術(shù)的區(qū)別，讓學(xué)生進(jìn)一步了解物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)。具體而言，教師提問學(xué)生：“在之前的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)了解了公交卡是如何進(jìn)行充值和扣費(fèi)的，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們可以直接對公交卡進(jìn)行充值嗎？”學(xué)生回答：“不可以，我們需要去到充值點(diǎn)為公交卡充值?！苯處熣f：“是的，以前我們需要去指定的充值點(diǎn)給公交卡充值。但是現(xiàn)在隨著物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)的發(fā)展，我們可以用自己的手機(jī)直接對公交卡進(jìn)行充值了?！苯又?，教師通過多媒體設(shè)備為學(xué)生演示如何通過手機(jī)對公交卡進(jìn)行充值，并提醒學(xué)生注意觀察。展示完畢，教師讓學(xué)生說一說自己的發(fā)現(xiàn)。有的學(xué)生說他注意到此過程使用了手機(jī)上的“NFC”功能。教師順勢給學(xué)生科普近場通信技術(shù)，并告訴學(xué)生近場通信技術(shù)不僅支持手機(jī)給公交卡充值，還支持手機(jī)直接當(dāng)作公交卡使用?；诖耍瑢W(xué)生基本了解近場通信技術(shù)。教師讓學(xué)生思考近場通信技術(shù)與射頻識別技術(shù)有什么聯(lián)系與區(qū)別。學(xué)生結(jié)合之前的學(xué)習(xí)方法和所得知識，通過查閱資料、開展實(shí)驗(yàn)等方式梳理二者的聯(lián)系與區(qū)別，得出以下結(jié)論。

聯(lián)系：近場通信技術(shù)是射頻識別技術(shù)的演進(jìn)版本，二者都是通過射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)短距離通信。

區(qū)別：1.在結(jié)構(gòu)上，射頻識別技術(shù)依賴閱讀器、標(biāo)簽、天線等設(shè)備，而近場通信技術(shù)將非接觸讀卡器、非接觸卡、點(diǎn)對點(diǎn)功能整合到一個芯片上。2.在功能實(shí)現(xiàn)方面，射頻識別技術(shù)能實(shí)現(xiàn)信息的讀取和識別，而近場通信技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)信息的雙向交互。3.在優(yōu)勢上，射頻識別技術(shù)的工作范圍更遠(yuǎn)，而近場通信技術(shù)的安全性更高。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用射頻識別技術(shù)的學(xué)習(xí)方法、知識理解近場通信技術(shù)，并通過對比這兩種物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)，進(jìn)一步內(nèi)化、吸收、遷移、拓展本節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課的知識，完善了學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)的知識結(jié)構(gòu)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)信息科技知識的能力[2]。

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以直觀呈現(xiàn)信息科技知識，激發(fā)學(xué)生的探究意識，鍛煉學(xué)生的思維方法，提升學(xué)生的問題解決能力。在初中信息科技教學(xué)中，教師要重視實(shí)驗(yàn)的開展，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證自己的想法，掌握信息技術(shù)背后的原理，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，發(fā)展學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)、信息社會責(zé)任。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]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（9）：16-19.