大概念视角下高中信息技术探究性实验教学策略

摘要：作者尝试以学科大概念为统领，以项目设计为路径，以问题解决为驱动，设计“敬老餐厅”探究性实验，并围绕“分析实验内容，了解学生特点，设计实验方法，预演实验操作，组织实验过程，小结实验结果”六大环节开展实验教学，以期能够有效培养学生的创新思维，提高核心素养。

关键词：大概念；高中信息技术；实验教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）23-0000-03

由于高中信息技术实验教学起步较晚，如何设计符合《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）》（以下简称“新课标”）要求和实际学情的探究性实验教学，成为摆在一线教师面前的难题。它既不能成为综合实验的“大杂烩”，也不能照搬物理、化学、生物等传统学科的验证性实验模式。笔者经过不断实践，提出以学科大概念为统领，以项目设计为路径，以问题解决为驱动，在数字化环境中自主协同进行探究性实验，进而活化学科知识，提高学生的核心素养。

下面，笔者以“敬老餐厅”项目制作为例，围绕该探究性实验的实施过程，呈现开展实验教学的全貌。“敬老餐厅”项目使用开源硬件，设计具有自动清洁、人脸识别、自助计费、自动送餐等功能的自动化智能系统，帮助老人越过数字鸿沟，方便快捷就餐。

提炼学科大概念，引领项目方向

结合新课标和教科版高中信息技术教材，围绕数据、算法、信息系统、信息社会四个学科大概念，笔者提炼了本项目的大概念：

①“数据”大概念：数据存在多种形式，通过一定的规则可以对数据进行组织和呈现。该大概念对应实验中的人脸数据和消费数据的采集、处理和分析过程。

②“算法”大概念：解决问题的一般步骤包括抽象、分解、建模和制订解决方案。该大概念对应实验中分析问题、算法设计、程序编写和调试运行的过程。

③“信息系统”大概念：信息系统在互联网中实现数据采集、处理和反馈控制等基本功能。该大概念对应“敬老餐厅”信息系统的设计与开发。

④“信息社会”大概念：信息社会在创造、分配、使用、整合和处理信息中变革经济、政治和文化。该大概念对应实验中对我国老龄化社会衍生相关问题的分析，用技术创造出更方便、快捷的产品，为老人提供实际的帮助。

设计实验流程，指导教学活动

实验教学设计流程具有六个环节，分别是：①分析实验内容，确定侧重能力；②了解学生特点，分析学生能力特点；③设计实验方法，针对能力目的选择不同实验方法；④预演实验操作，发现可能的问题；⑤组织实验过程，将学生实验操作过程进行详细描述；⑥小结实验结果，认真填写实验过程记录表。围绕学生能力的提高，这六个环节相互影响，相互关联（如上图）。

规划项目内容，明确项目任务

探究性实验的特征是以教师为主导，以学生为主体，通过相互协作，根据研究目标，自行设计实验内容和任务。本项目具体安排如下：第1课时规划设计“敬老餐厅”项目，确认项目的可行性；第2～7课时分三个小组进行项目实现，分别为“免接触自动洗手池”“自助计费”“自助配送”；第8～9课时测试评价，迭代优化；第10课时完成物联网中餐厅数据的采集、分析与可视化。

开展实验教学，完成项目制作

下面，笔者以“自助计费”单项实验教学设计为例进行说明。

1.分析实验内容

实验内容基本源自新课标和现行教材，教师可选取相近项目进行替代与探究，如“敬老餐厅”项目属于以提高综合能力为目标，需要整合开源硬件、人工智能、物联网数据传输的实验内容，结合算法设计、程序运行、外观设计完成实验，开发可以通过人脸识别、餐盘颜色识别完成自助计费的信息系统。

2.了解学生特点

实施“敬老餐厅”实验的是高二年级的学生，他们认知能力较强，尤其在观察和分析方面的能力较强；操作与社交能力较强，能够独立或协作完成任务；创造能力一般，需要教师积极引导。

3.设计实验方法

探究性实验的实验方法是由学生讨论完成的，本实验经过学生讨论，初步设计实验方法为：算法设计、硬件连接、编写程序、调试优化、数据分析。

4.预演实验操作

教师在实验之前需要首先预演整个实验操作过程，发现应该注意的操作点，从而确定教学重难点。

5.组织实验过程

教师给各小组发放实验过程记录表（如42页表1），引导学生通过样表上的相关内容完成探究性实验的分工和思考。

在整个实验过程中，教师密切关注各小组的讨论进展情况，及时进行答疑解惑，尤其需要关注学生以下三个方面的能力。

第一，协作能力。实验更多采用协作的方式，这样可以使学生在完成一项工作的指导性方面得到锻炼，既经历独立完成部分任务又不失对整个项目的了解，学生在此过程中与他人合作，逐步理解协作的内容与意义。

第二，探究能力。在实验过程中，教师需要关注实验的过程和方法，在发现问题时，提出假设，并设计实验过程来验证科学结论，帮助学生树立科学研究思想，掌握科学研究方法和提高科学研究能力。

第三，创新能力。实验的目的是通过动手动脑，尤其是通过探究性实验替代“唯验证”实验，利用实验条件去实现一个产品，通过小组成员的头脑风暴，逐步培养学生的发散性思维，从而培养学生创新解决问题方法的能力，达成育人目的。

6.小结实验结果

学生通过梳理实验过程，以小组为单位完成最后的实验报告（如上页表2）。实验报告涵盖实验目的、实验步骤、算法设计、硬件连接、程序编写、外观设计、组装调试、物联搭建、数据处理、完善优化等多个方面，学生回顾实验项目历程，展示项目成果，达成对学科大概念的理解。

教学反思

通过对大概念视角下的信息技术实验教学的探究，笔者认为教师在教学中应该做到以下几点。

一是，制订实验课时目标。大概念视角下的信息技术实验教学，常以项目为载体，存在课时多、周期长的特点，教师需在学生初步设定的实验目标基础上，指导学生将每课时的目标进行分解，尽量做到目标聚焦、简单易行、依标而进、循序渐进、过程可控。

二是，渗透系统安全意识。大概念视角下的信息技术实验教学，覆盖数字素养与技术的各个维度，除了需要关注传统的科学、技术及工程类的相关知识，还需要适当关注社会、技术伦理及安全等方面的因素，做到信息系统的自主可控。

三是，融通学科核心概念。大概念视角下的实验教学，是信息技术学科核心素养达成的重要途径。其在大概念的统领下，整合教学内容，探究问题解决，发生学习行为，融通学科核心概念。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]艾伦.关于中小学实验教学概念的讨论[J].中国现代教育装备，2015（06）：79-81.

[3]艾伦.实验教学论[M].北京：首都师范大学出版社，2018，5.

基金项目：江苏省中小学教学研究第十四期立项课题“UbD理念视域下中学信息技术单元教学实践研究”（课题立项编号2021JY14-L303）。

苍山点题

随着2017年高中信息技术课程标准的颁布，加上2022年义教阶段信息科技课程标准中数字素养的深刻影响，高中信息技术课程一线教学实践已从内容上广泛吸纳更多关于数据分析、算法设计、编程技术及开源设计与人工智能等的新元素，也更多地在教学法、教学策略上基于项目学习、技术实验教学进行了细化与深入，并与本地教学密切结合。本期解码选择的两篇文章，即是从教学方法的区域化研究方面与教学内容变革密切结合的新实践。

第一篇文章，作者基于项目式学习，从大概念、大单元设计的视角，提炼出区域化“12345”项目化教学模型，该模型基于学情和学习支架进行项目教学设计，围绕一核——学科核心素养，立足双基——学情与学习支架，基于三真——真实情境、真实问题、真实生活，遵循四步——需求、分解、交流、拓展，落实五环——情境与需求、分解与任务、方案与实施、展示与评价、总结与拓展，并形成了基于大单元设计的子项目学习的项目教学范式。本文的另一个特色是，基于区域进行全部学校的系统化的共建、共享、共研，成果极具可推广的优点。并且，由此表现出来的针对具体的教学法与教学内容的大教研深耕细作的价值被广泛认可，值得我们学习与借鉴。

第二篇文章，作者基于技术实验，以大概念分解不同的教学内容，以大单元设计整合不同的技术探究实验，系统化设计以技术实验为教学法的“信息系统”开源设计项目的探究教学。作者首先对实验教学设计流程进行了总体规划；然后规划项目内容，明确项目任务，最后开展实验教学，完成项目制作。其中，通过分析实验内容、了解学生特点、设计实验方法、预演实验操作、组织实验过程、小结实验结果六步完成每一次的实验指导，并通过实验过程记录表、实验报告来协助实验的进程，设计全面周密，可操作性强，体现出信息技术特色的技术探究实验的教学功效，另配有基于“信息系统”设计所特有的实验目的、外观设计、硬件连接、物联搭建、组装调试、算法设计、程序编写、系统实验、实验数据分析、完善优化等流程的实验报告模板，这就为我们提供了系统的、可移植技术探究实验的模式。

事作于细是成就研究特色的基础。我们在一线教学变革中应放低眼光，着手实践，在实践中创造成果，并一文、一表、一图地去规范地表达出我们的成果，即所谓课程改革的实践价值表达。相反，如果我们只想着焕然一新或者自我欣赏，那对整体的课程推进仍然是杯水车薪。在此，我们应继续规范、重点、创新地表达出自己的实践成果！