融合大概念，深化信息科技实验教学

摘要：在信息科技课程实施中，实验教学法获得了广大教师的认可。然而，在现有实验教学的实践过程中，知识常常呈现出碎片化的状态，难以融合成一个连贯且有意义的知识体系。鉴于此，本文探索以大概念为核心，深化实验教学的路径，通过剖析当前实验教学的现状，提出实验教学新思路，并且以《物联网数据的获取》为实例，详细阐述了实验教学的实施流程，以期达到知识的系统整合与深度理解的目的。

关键词：大概念；信息科技；实验教学；实验教学设计

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）06-0050-04

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）倡导通过实验教学推动“做中学”理念的落地，旨在引导学生在实践中深化理解。然而，当前实验教学正处于探索期，部分教师很难将学习内容转化为能够激发学生主动探索的有效实验活动，引导学生亲身体验并深刻理解基本概念与原理。在此背景下，笔者认为应将学科的核心观念与核心思想作为引领实验教学内容设计与实施的方向。换句话说，实验教学不应局限于操作层面的实现，而应注重在大概念视角下的深度探索，由此实现对学科核心概念的深刻理解与内化。

实验教学现状

1.验证性实验多，探究性实验少

当前，信息科技学科实验教学面临的主要问题之一在于验证性实验占据主导地位，而探究性实验相对匮乏。验证性实验虽然能够帮助学生巩固已学知识，但缺乏对学生探究精神和创新能力的培养。相比之下，探究性实验能够激发学生的好奇心和求知欲，引导他们主动探索未知领域，深化对信息处理、数据分析、算法设计等核心概念的理解。

2.实验单设计缺乏概念挖掘

当前，教师在设计实验单时，常停留在对已有实验方案的搬运与模仿上，缺乏创新和深度。即使部分教师尝试设计实验，也往往过于关注实验操作的细节和流程，而忽视了实验背后承载的学科核心概念。

3.忽视实验活动后的理解深化

实验教学的目标不仅仅是让学生掌握实验技能，更重要的是通过实验活动促进学生对学科知识的深入理解和内化。然而，当前的实验教学往往忽视了实验活动后的反思与总结环节，导致学生难以将实验所得与学科知识建立有效联系，从而限制了他们知识结构的完整性和深度。

实验教学的备课思路

1.理解大概念的内涵

首先，深入分析新课标和教材，识别出贯穿学科始终、对学生发展至关重要的关键大概念。围绕这些大概念，明确实验教学的具体目标，确保教学活动能够针对性地促进学生对大概念的理解和应用。以“数据”为例，应聚焦于数据的三大核心维度：一是数据来源的可靠性与真实性；二是数据的组织与呈现方式；三是数据对现代社会的重要意义。

2.明确实验教学的过程

实验教学的过程始于对学科大概念的深入理解与剖析，随后细化至单元层面的大概念，最终聚焦于本节课的具体概念，从而明确实验的具体目标与方向。学生在教师的引导下，提出实验假设，设计实验方案并验证假设。在实验过程中，学生记录并分析数据，最终得出实验结论。这一结论不仅回应了实验目标，而且深化了对大概念的认识。

3.挖掘本课概念，设计关键实验

本环节需要将本课的具体概念与先前识别出的大概念紧密联系起来，并基于这种联系设计出能够促进学生深度理解的关键实验。以浙教版七下第11课《物联网数据的获取》为例，其关键实验的设计如图1所示。

4.设计预设的深化问题

在实验结束后，组织学生进行反思，讨论实验过程中遇到的问题、解决策略及实验结果的意义；引导学生总结实验经验和教训，将实验结果与大概念相联系，加深对大概念的理解，提高应用能力；鼓励学生将所学知识迁移到新情境中，解决实际问题。例如，在上述实验结束后可以预设深化问题：“在物联子系统中，数据发送通常是如何被触发的？是基于时间间隔、判断驱动，还是外部请求？你认为不同的触发机制对系统性能和数据质量有何影响？”

5.基于大概念的多元化评价

在设计评价表时，应明确列出与大概念相关联的具体评价指标，如在《物联网数据的获取》一课的评价中，可以列出“能够准确识别并评估数据来源的可靠性与真实性”“能够合理解释数据组织与呈现方式如何影响数据解读”等与大概念紧密相关的指标。

大概念视野下的实验教学实例

1.构建大概念框架，明确实验目标

清晰的大概念框架为教学提供了明确的方向，通过大概念的引领，实验目标得以清晰界定，旨在培养学生的核心素养和解决实际问题的能力。例如，在《物联网数据的获取》一课中，大概念引领下的实验目标设计如表1所示。

2.聚焦大概念理解，创设实验情境

在深入探索学科大概念的过程中，设计实验情境是至关重要的一环。通过构建贴近学生生活或具有挑战性的真实情境可以激发学生的探索欲和创造力，促使他们在解决实际问题的过程中深化对大概念的理解，并提升知识迁移与应用能力。

情境创设：（回顾并展示上节课的校园农场原型）随着暑假的临近，同学们即将短暂地告别熟悉的校园。那么，在无法每天亲临农场的情况下，该如何知晓并监控农场的实时状况呢？在物联网中，我们如何从数据的维度去考虑？通过网络，数据是从哪一端到哪一端？它们的传输可靠、准确吗？

在真实情境的创设下，学生思考数据在物联网中的作用，以及它是如何从物理世界被采集并传输到数字世界的。在问题链的驱动下，学生开始深入探讨物联网数据获取的各个环节，思考如何选择传感器、如何确保数据的准确性和实时性、如何实现数据在网络中的传输及远程监控平台的构建等问题。这些问题能够帮助学生将大概念中的抽象概念具体化、实例化，为后面的实验设计奠定基础。

3.组织实验活动，促进大概念应用

（1）大概念引领实验设计

在《物联网数据的获取》一课的实验设计中（如图2），大概念明确了实验的核心目标——掌握物联网数据传输的原理。围绕这一核心目标，将具体概念细化为数据获取、发送、传输和接收四个关键环节。与此同时，紧密围绕这些具体环节提出关键问题，它们为实验设计提供了清晰且明确的方向。在实验结束后，通过深化问题的探讨，进一步加深学生对大概念的理解。

（2）实验单支撑实验过程

实验单作为实验过程的实施指南，确保实验能够紧密围绕大概念展开，并顺利达成预设的实验目标。在大概念的引领下，教师可以引导学生从数据的视角出发，探究物联网系统中数据的流转过程，以促进对基本原理的理解。

实验一：采集物联子系统原型产生的数据。本实验旨在通过构建一个简单的物联子系统原型，采集其产生的数据，并初步分析这些数据以理解物联网数据的基本特征（如图3）。

实验二：本实验将探索物联网数据的发布与接收流程。实验将构建一个完整的物联网数据传输场景，其中，物联子系统产生的数据将通过MQTT等通信协议传送至物联网平台，而接收端则通过订阅相关主题来接收这些数据，并将其应用于实际场景中（如下页图4）。

（3）关键问题深化大概念

在实验结论得出后，教师仍可通过提出关键性问题来进一步深化、勾连大概念。

师：实验中物联网数据定时发送，这会导致数据冗余吗？除了定时发送，数据还能如何更智能地发送，以减少冗余？

生：①数据会等到某个条件满足了再发送，如温度到了某个程度（阈值数据）；②当需要查看数据时，再发送请求去获取（指令数据）。

在此基础上，师生可共同总结物联网系统中涉及的三类数据——环境数据、阈值数据、指令数据，并探讨其关系，从而促进对物联网系统中数据大概念的深化理解。

4.实施教学评价，促进自我反思与概念深化

在融合大概念的初中信息科技实验教学中，教学评价不仅是检验学生学习成果的手段，更是促进大概念深入理解和应用的关键环节。在设计评价指标时，应紧密围绕大概念，确保评价内容能够准确反映学生对大概念的理解和应用能力。例如，在《物联网数据的获取》一课中，可以设计如表2所示的评价指标。

综上所述，将大概念融合于信息科技实验教学之中，使两者相辅相成，形成相互促进的良性循环。大概念的引入为实验教学提供了坚实的理论基础和清晰的学习方向。反过来，实验教学则为学生提供了实践探索的平台，通过动手操作和问题解决，学生得以更深入地理解和应用大概念，进一步巩固和拓展自己的知识体系。因此，融合大概念与实验教学，不仅能够提升学生的学习效率，还能够培养他们的实践能力和创新精神。

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]周正青，陈亚男.大概念下初中信息科技学科实验教学实践——以“智能养花系统”实验项目为例[J].中国信息技术教育，2024（14）：90-93.