关注信息科技实验教学 价值定位、教学模式与实施策略

  2022年4月，教育部正式颁布了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，这标志着信息技术课程正式走向了信息科技课程。

  信息科技课程虽然有了课程教学体系，但仍然缺乏系统全面的新教学体系，我们应该探索与新理念、新内容相匹配的新教育学生的方式，才能够真正落实信息科技新课程所倡导的崭新理念。

  实验教学是信息科技课程转型中最值得探索和尝试的教学法之一。在本期专题中，我们邀请了众多一线名师和教研员共同探索信息科技实验教学的价值与实施路径，并给出了具体实践案例。

  为进一步提升科学教育质量，强化和规范实验课开设，教育部教育技术与资源发展中心发布了《中小学实验教学基本目录（2023年版）》，这中间还包括信息科技学科的63个小学实验活动、31个初中实验活动和81个高中实验活动。然而，信息科技学科领域的实验教学研究才刚刚起步，关于“信息科技实验”的定义、类型、教学模式及实验评价标准等问题，有待进一步深入探索。

  世界主要国家都把数字化作为优先发展的战略方向，公民数字素养已成为国家竞争力的核心指标，各国纷纷将其提升为战略重点。在此背景下，提升青少年数字素养已成为全世界教育界的共同关切和紧迫任务。我国政府对此亦给予格外的重视，在《提升全民数字素养与技能行动纲要》中进行了全面部署，并在《数字中国建设整体布局规划》中明确了培育目标以强化人才支撑。

  信息科技课程承载着培育学生数字素养的重要使命。实验教学作为学习科学理论与技术工程的高效教育学生的方式，成为连接技术与素养的关键桥梁。《教育大辞典》指出，实验教学是学生在特定的控制条件下，利用仪器设施进行观察、测量和分析,以获取知识、培养技能的实践性教学组织形式。

  然而，在信息科技学科领域，实验教学的明确定义仍待学界形成共识。部分研究者慢慢的开始进行诸多有益探索，具体如下表所示。

  基于以上对照，显而易见，信息科技实验以科学方法和实验形式为手段，以信息科学及技术工程领域的内容为范围，以理解概念原理及思维方法、掌握工程实现过程与技术为目的，融合理论与实践，体现了“科”“技”并重的学科定位。信息科技实验教学在数字技术与数据的探究、分析、验证与创新中，让学生领悟原理，掌握技术，培养数字素养，其价值体现在以下方面。

  第一，实验教学基于数据处理来提升信息意识。学生收集整理数据、分析数据、表达和传递信息，锻炼信息处理能力。例如，“二维码”实验的信息认知、反应和判断过程，实现了信息意识从“书面理解”向行为和思想转变。

  第二，实验教学基于数据安全来强化信息社会责任。例如“密码”实验，学生从数据安全角度理解加密与解密，思考安全“是什么”“为什么”“怎么做”，延伸到个人隐私保护、知识产权保护等议题，理解信息社会责任，提升数据安全意识。

  第三，实验教学基于数字化技术来培养数字化学习与创造新兴事物的能力。例如《简易智能倒车雷达》实验，学生借助开源硬件制作项目，深化对系统结构和设计流程的理解，锻炼知识建构和技术应用能力，培养创新意识和思辨能力。

  第四，实验教学基于问题解决来发展计算思维。面对很多问题和技术挑战，学生通过一系列分析寻找解决方案，理解概念与原理，认识信息技术潜力和局限性，培养批判性思维。例如，《简单网络系统模块设计和组建》实验基于生活问题，通过实践、验证和总结提升问题解决能力。

  第五，实验教学基于实验过程来提升综合素养。小组合作模式能有效提高效率，培养合作、沟通、妥善处理冲突能力，强化团队意识。实验追求真实、准确，有助于培养科学精神。而虚拟仿真实验以直观可视化的创建，实现高度人机交互，让学生身临其境，激发学习内驱力。

  可见，实验教学在信息科技课程中发挥着举足轻重的作用，为培养数字素养与技能提供了独特且富有成效的途径。

  信息科技实验需求丰富多样，合理分类实验活动，构建相应教学模式，对促进信息科技实验教学的“学-教-评”一致性具有积极意义。胡晓升将高中信息技术实验分为确认、验证、探索、设计制作、测量及仪器使用等几类。在义务教育阶段，根据魏雄鹰的划分，实验类型包括验证性、探究性、创新应用性以及虚拟仿真实验。

  根据魏雄鹰的分类，笔者对研究者们各具特色的技术实验相关教学模式进行了梳理，归纳出如下六种模式：

  （1）通用模式。如“组建简单局域网络”实验设计分四个步骤：情境导入、实验操作、讨论交流及撰写报告。该模式通用、灵活，可大范围的应用于各类实验。

  （2）验证模式。段勇的“智慧家居的构建和实现”跨学科项目实验包含了感知原理、验证原理、迁移原理、总结反思等四个环节。贺森则从项目导入，再提出假设、验证假设、得出结论，最后优化拓展，形成完整的项目成果链。

  （3）探究模式。组网传输信息实验通过体验自制通信系统、搭建通信网络、合作探究揭示原理形成结论。《信息编码与二进制》从情境导入，穿插两次探究活动和阶段小结，使实验层层递进。

  （4）创新应用模式。王吉的物联网项目实验侧重于创新应用，包括寻找痛点、设计的具体方案、制作模型、优化推广四个环节，呈现了从问题发现到解决的完整过程。

  （5）虚拟仿真模式。基于Packet Tracer物联系统开展的“智能家居物联”实验，包括登录系统、选择设备、搭建物联网络、设置参数、编程调试五个环节。此模式突破时间、空间及条件限制，在模拟场景中强化实践。

  （6）混合模式。郑洁的实验教学聚焦大概念，包括问题启思、经验猜想、方案设计、实验践行、观察“剖析”和提炼增智六个步骤，既验证猜想，又探究原理，强调真实情境中识别并纠正迷思概念。

  实验教学既灵活又创新，没固定模式。教师能根据实验类型、目标及学情进行融合创新，以满足多种实验的需求。具体而言，可以推行项目化实验教学——基于真实问题策划项目，强调以学习的人为中心建构知识体系，组建学习共同体，倡导合作；可以提倡跨学科整合实验教学——融合其他学科设计有创意的跨学科实验项目，建立学科间联系，理解内涵和价值，培养专家思维。

  另外，可以有更丰富的实验形式，如交互式实验教学营造温暖、润泽、彼此平等的课堂环境，促进师生共同参与；虚实结合的混合实验教学构建复杂场景，以虚拟或真实的实践操作帮助学生直观理解抽象概念。

  最后，设计多层次、多样化、开放性的实验任务，既能够完全满足学生兴趣和需求，又给予充分自由度和创造性空间，促进深度学习。

  实验教学设计应涵盖以下关键要素：实验内容、对象分析、实验准备（硬件、软件、素材等）、实验方法、实验原理、实验目的、实验过程、实验结果、撰写“实验报告”、实验评价等。若采用小组合作，应明确“小组成员及分工”。实践操作是本学科教学中的重要一环，但并非所有形式的操作都是实验。教师应明确实验的特性，根据教学目标和内容来确定是不是采用实验方式，并清晰界定实验目的和范围。以传感器的学习为例，实验并非重复操作和简单模仿，而是让学生安装、测试，观摩数据变化，感受传感器工作原理和使用方法。

  在实验前，制订计划明确目标、任务，设计实验记录单记载所有的环节，明确成员职责确保全体深度参与。在实验中，观察现象、探究问题，积极讨论、分享发现。教师要掌控实验节奏，调整进度。在实验后，构建多元实验评价体系，从多重维度（这中间还包括报告质量、操作规范性与熟练度、团队合作表现与效果等）评价实验。

  首先，定期组织教师培训，更新实验教学理念和方法。其次，鼓励教师开展研究，探索实验教学和评价。最后，建立激励机制，激发教师实验教学的积极性和创造性。

  一是配备实验设备，确保有合适的器材进行实验；二是利用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等构建虚拟仿真实验环境，弥补实体实验室不足；三是开发实验教学资源，提供全方位学习支持；四是加强实验平台建设，优化教学服务和管理。

  第一，鼓励家庭实验。以家庭作业、课外探究等形式，引导学生在家庭环境中实验，拓宽空间和时间。第二，激励亲子实验。设计适合家庭参与的实验项目，让家长和孩子一起实践，共同探索科技奥秘。第三，举办实验成果展。通过展览、比赛等形式，让学生展示自我，激发创新热情，促进交流；同时，营造实验与创新的浓厚氛围，为培育更多融合数字素养和创新精神的人才提供助力。

  信息科技实验教学对于培育青少年的数字素养至关重要。随着科学技术环境的日新月异，加强规范实验教学要素、持续完善实验教学评价、提升教师实验教学水平、改善教学资源与环境成为必然之举。同时，家校之间的紧密合作与沟通有助于扩大实验教学的影响力。这些举措共同致力于提升青少年数字素养，为构建未来的数字化社会铸就稳固基石。鉴于实验教学在信息科技教育中的核心地位，以更加开放和创新的视角推动其发展显得很关键。

  关注信息科技实验教学 指向计算思维发展的信息科技实验教学设计——以“足球追踪”实验项目学习为例

  俞含盛，徐光涛.信息科技实验教学：价值定位、教学模式与实施策略.[J].中国信息技术教育，2024（05）：5-8，68.

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