大概念视域下信息科技实验教学策略研究

摘要：本研究以大概念为视域，深入探讨信息科技实验教学的实施策略。作者通过对大概念的内涵与特征进行分析，阐述了大概念在信息科技实验教学中的重要意义，并结合实际教学案例，提出了大概念视域下信息科技实验教学的具体策略，旨在提高信息科技实验教学质量，培养学生的信息素养和综合能力。

关键词：大概念；信息科技；实验教学；教学策略

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）24-0072-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）明确指出，信息科技课程旨在培养学生的核心素养，其中主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任，并将“信息技术”课程更新为“信息科技”课程，这不仅是名称上的变化，还标志着课程培养目标由“知识技能”向“学科核心素养”的转化。信息科技课程强调实践应用，2023年，在教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）组织研制并发布的《中小学实验教学基本目录（2023年版）》中，在信息科技部分，小学、初中、高中分别涵盖63、31、81个实验项目，这体现了教育部对信息科技教育的高度重视，以及培养学生信息素养和科技创新能力的决心。

目前，针对信息科技学科的实验教学的相关研究才刚刚起步，实验教学的实际开出率较低，教师实践教学水平不高。新课标强调：从信息科技实践应用出发，帮助学生理解基本概念和基本原理，提升学生知识迁移能力和学科思维水平，体现“科”与“技”并重；将大概念引入信息科技实验教学中，可以为实验教学提供新的思路和方法，提高实验教学的质量和效果。因此，信息科技教师应主动顺应数智化发展浪潮，加大探索信息科技与实验教学的融合创新。

大概念在信息科技实验教学中的意义

1.有助于学生知识体系的系统建构

信息科技学科知识体系庞大，内容繁杂，在课堂教学中，教师更多关注的是知识点、操作实践步骤。大概念能够将零散的知识点整合起来，形成系统的知识体系。通过大概念的引领，能够帮助学生厘清知识之间的联系，掌握学科大概念的基本结构。本文以《数据的组织和呈现》实验课（以下简称“本实验课”）为例展开分析。本实验课的“使用数字化工具收集数据”实验活动将“数据”与“信息”概念性知识转化为具体的信息科技实验活动，让学生体验数据的收集、存储、处理和分析过程以及信息的产生、传播和利用方式，知道数据如何在不同的信息系统中流转以生成不同价值的信息，让学生理解“数据”与“信息”的概念、关系和作用。

2.有利于学科思维的进阶培养

新课标要求学生能够根据实际问题需求，采用计算机科学领域的思想方法界定问题、分析问题、制订解决方案。信息科技实验教学是以问题为导向，从真实情境出发，紧密联系生活实际，创设基于教学目标的新颖的实验情境，通过构建信息素养学习与实际生活间的关联性，让学生回归知识的本源，学生在实验过程中，需要运用大概念来分析问题、解决问题，从而提高综合创新能力。在本实验课中，教师可以设计让学生检验信息科技实验箱与电脑连接实验环节，引导学生自主探究利用开源硬件搭建小型信息系统，以跨学科主题实践活动形式系统培养学生的学科思维。

3.有益于学生知识迁移的能力提升

大概念具有广泛的迁移价值，能够帮助学生将所学的知识应用到不同的情境中，解决实际问题。在信息科技实验教学中，学生通过运用大概念，能够将实验中获得的知识和技能迁移到其他领域，提高自己的知识应用能力。在本实验课中，教师可以引导学生利用信息化工具，如传感器感知外部数据，通过数据在设备端、PC端和移动端的实时交互，以数据交互为抓手，将物联网技术特征实体化，引导学生主动关注并理解信息系统与外部世界的连接方式，激发学生的探究创新能力，促进学生信息意识和数字化学习与创新等核心素养的达成。

大概念视域下实验教学策略

1.确定大概念

新课标是教学的依据，教材是教学的重要资源。教师应认真分析新课标和教材，找出其中的核心概念和关键内容，确定大概念的范围。在本实验课中，与“使用数字化工具收集数据”实验活动相关的数据、信息等就是新课标的逻辑主线。另外，教师要结合学生的生活经验、认知水平、兴趣爱好和学习需求来确定大概念。在本实验课中，在“使用数字化工具收集数据”实验活动中，教师让学生感受身边无处不在的数据，其实就是从学生生活经验出发，让活动指向“数据”这个核心概念。

2.设计实验教学目标

（1）以大概念为核心

信息科技实验教学设计应围绕课程教学目标选择教学实验项目，从大概念出发，进行整体性、系统性的考量，明确学生在实验过程中应掌握的知识、技能和方法，确保教学设计与课程标准的高度契合。本实验课围绕“数据”“信息”设定如下实验教学目标：感受身边数据无处不在；体验数据收集的方法、过程；尝试用数字化工具收集数据；借助信息系统观察分析数据，得出有价值的信息。

（2）体现层次性和递进性

在本实验课中，教师可以从生活中无处不在的数据切入，引导学生感受数据的重要性，并设计问题：如何使用数字化工具快速获取温度数据？让学生使用数字化工具尝试收集数据，体验数字化工具方便快捷的优势。根据学生的认知水平和学习能力，设置递进性问题：如何精准获取当前的温度？如此设定层次性和递进性实验教学目标可以有效激发学生的探究欲望。

（3）凸显可操作性和可评价性

实验教学目标应综合考虑学生、教师、软硬件环境以及时间成本等因素，要从学生的信息科技基础水平、思维和动手操作能力等方面，确保实验目标达成的可行性。在实验教学前，教师要进行充分的前置实验，提高教师对课堂实验过程的掌控能力，从而确保实验目标的可操作性，并要明确具体的实验任务和评价标准，确保实验目标的可评价性。

3.组织实验教学过程

（1）创设问题情境，激发探究兴趣

在实验教学开始前，教师播放一段视频，引发学生思考是什么导致产生北极熊的生存困境——温度（2020年夏天，北极圈出现了38摄氏高温）链接“数据”核心概念，并设计问题：今天的温度是多少？如何获取相关数据？以问题激发学生收集温度数据的兴趣和好奇心。情境的创设贴近学生的生活实际，且具有一定的趣味性和启发性。

（2）明确实验任务，引导自主探究

教师应明确实验任务和要求，引导学生自主探究。在实验过程中，教师应给予学生充分的自主学习空间，让学生自己动手操作、观察现象、分析数据、得出结论。同时，教师应及时给予学生相应的指导和帮助，解决学生在实验过程中遇到的问题。另外，教师还要组织学生进行小组合作，让学生在合作中交流思想、分享经验、共同解决问题，培养学生的沟通交际能力和团队合作精神。具体实验教学过程如下：

①体验温度数据收集方法的多样性。

实验内容1：每个小组选择一个工具（智能手环、平板电脑、手机、笔记本电脑、智能音箱等），收集本地今天的温度数据，并做好记录。

小组讨论，选择工具——收集温度数据，完成实验记录。

小组汇报并分析数据：用不同方式收集的数据一致吗？哪个更准确？

实验结论：中国气象局、中央气象台等提供的数据具权威性、可靠性；不同工具的优势、特点不同，导致收集的数据存在随机性。

设计意图：通过多样化的工具选择，丰富了学生对数字化工具收集数据的感官体验，培养了学生实践操作能力和数据收集技巧。在对比分析中，让学生树立以官方权威数据为参照的科学态度，感受数字化工具的独特优势——使用的便捷性。

②使用信息系统精确收集温度数据。

实验内容2：将信息科技实验箱与电脑连接，使用“xDingAI”软件编写测温程序，收集教室内一段时间区间的温度。

问题引导：如何精准获取当前教室某个位置、不同时间区间的温度数据？

小组讨论1：自主设计一个实验方案。

小组汇报：需要借助一个信息系统装置；测温时要控制变量——位置和时间间隔。

小组自主探究：将信息科技实验箱与电脑连接——用xDingAI搭建脚本，尝试用温度传感器在同一位置连续收集某个时间区间的温度数据。

设计意图：学生小组合作利用信息科技实验箱、电脑、xDingAI软件等自主搭建信息系统，亲身体验数据收集的过程，既学会了数据收集的技术，又在合作中发现温度变化的微妙差异。在数据的测量、观察、对比和思考中，发现温度数据在不同位置的变化情况，在探索中领悟科学的真谛。

③分析温度数据，深度挖掘数据价值。

实验内容3：利用“镜像地球”网站，收集相同位置随着时间变化温度数据的变化规律？

小组合作探究：收集江苏宜兴2015—2024年8月最高气温数据，填写在实验记录单上。

汇总分析：教师协助学生收集、整理这些数据，并以图表形式展示。

设计意图：通过收集和分析江苏宜兴地区近十年8月最高气温数据，让学生在数字化工具的帮助下，感受同一地区温度数据的变化，培养学生运用数字化工具进行数据收集和分析的能力。

实践反思

大概念视域下的信息科技实验教学能够提高学生的信息素养和综合能力，为信息科技教育的改革与发展提供了新的思路和方法。在未来的研究中，笔者将进一步深入探讨大概念视域下信息科技实验教学的策略和方法，不断完善实验教学体系，提高实验教学质量。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].北京：科学普及出版社，2011.