基于核心素養(yǎng)的 中小學(xué)信息技術(shù)實驗教學(xué)

管雪沨

《教育大辭典》提出，實驗教學(xué)是指導(dǎo)實踐性教學(xué)的一種組織形式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)使用設(shè)備，進行測試、調(diào)整、分析、綜合和設(shè)計實驗方案、編寫實驗報告等能力。學(xué)生利用相關(guān)設(shè)備，引起實驗對象的變化，通過觀察、測定和分析，獲得知識與發(fā)展能力。當(dāng)前，實驗教學(xué)已經(jīng)成為重要的教學(xué)方法，并在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、地理和生物學(xué)科廣泛應(yīng)用。本文以四個實驗來解讀實驗教學(xué)在信息技術(shù)學(xué)科中的作用。

● “二維碼”實驗提升信息意識

信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。在日常教學(xué)中，信息意識是一個非常抽象的內(nèi)容，很難直觀評價或判斷個體的信息意識，教學(xué)上也一般是以講授、圖文等常見形式開展，效果往往停留在“書面”，并沒有成為學(xué)生思想和行為中的意識。要讓“書面”信息意識向行為和思想轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于如何讓學(xué)生經(jīng)歷對信息的認(rèn)知、反應(yīng)和判斷過程，因此，教學(xué)要積極創(chuàng)造條件讓學(xué)生體驗、經(jīng)歷這樣的過程。

舉例：小學(xué)“二維碼”實驗。

實驗?zāi)繕?biāo)：理解信息呈現(xiàn)、轉(zhuǎn)換的多種方式，了解二維碼的發(fā)展，掌握二維碼的一般應(yīng)用，能根據(jù)不同信息生成二維碼。

實驗準(zhǔn)備：互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、計算機、手機或平板電腦、二維碼圖片若干（古詩、名片、網(wǎng)址、賬號等）。

實驗過程：

1.“掃一掃”小實驗：（1）掃一掃老師提供的二維碼;（2）記錄掃碼結(jié)果（內(nèi)容或手機軟件的反應(yīng)）。

2.“做一做”小實驗：（1）打開網(wǎng)站（http：//cn.bing.com）;（2）搜索二維碼，在搜索結(jié)果中打開“草料二維碼生成器”網(wǎng)站;（3）在編輯區(qū)域輸入姓名，點擊“生成二維碼”;（4）同桌相互掃一掃生成的二維碼，記錄結(jié)果。

實驗小結(jié)：二維碼是信息編碼的一種形式，一段長度較短的文本信息可以轉(zhuǎn)換為二維碼圖片。二維碼表達(dá)的信息一般有文字、網(wǎng)址、郵件、名片、賬號等多種類別，可廣泛應(yīng)用。

教學(xué)建議與拓展：小學(xué)階段的學(xué)生信息化應(yīng)用能力不高，學(xué)生實驗受學(xué)生信息化生活制約，教學(xué)可嘗試學(xué)生實驗和教師實驗相結(jié)合。一般情況下，二維碼辨別度較高，使用二維碼的方式是“掃一掃”，但要進一步提升技能和判斷力，可以做相應(yīng)拓展。比如中學(xué)生的二維碼實驗，可以嘗試“自制（在線）二維碼生成器”，編程能力較高的學(xué)生還可以使用Jupyter或者Flask和第三方庫qrcode試試文本關(guān)鍵字的過濾、在線生成二維碼等。

● “行程”實驗增強計算思維

計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。那么，計算思維如何體現(xiàn)形式化、模型化、自動化、系統(tǒng)化呢？用項目學(xué)習(xí)的方式進行程序設(shè)計學(xué)習(xí)是一種比較常見的方法，如編寫一個程序解決一個問題，這樣做的優(yōu)點顯而異見，但缺點往往被忽略，其中之一即窄化了計算思維的內(nèi)涵，認(rèn)為計算思維就是程序設(shè)計，其實生活中事事可編程，處處能計算。

舉例：小學(xué)“行程”實驗。

實驗?zāi)繕?biāo)：對比常州到北京故宮博物院行程方案，體會計算機在解決生活問題時的思維活動。

實驗準(zhǔn)備：互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境、計算機。

實驗過程：

1.打開百度地圖網(wǎng)址。

2.以公交為方式，輸入出發(fā)地點、到達(dá)地點，獲取時間結(jié)果。

3.以飛機為出行方式，輸入出發(fā)地點、到達(dá)地點，獲取時間結(jié)果。

4.對比兩種方式的出行時間，提出優(yōu)選方案及理由。

實驗小結(jié)：從常州出發(fā)到北京，全天大部分時段優(yōu)先選擇高鐵公交出行，晚上優(yōu)先選擇飛機出行。利用地圖等網(wǎng)站或APP能模擬出行程規(guī)劃，便于人們提前編排行程，達(dá)到最佳出行效率。

教學(xué)建議與拓展：行程實驗既體現(xiàn)了計算機操作，也體現(xiàn)了思維過程。行程實驗以信息的獲取、解讀體現(xiàn)信息的敏感度和判斷力，并以此開展有質(zhì)量的思維活動，形成思維結(jié)果。教師在教學(xué)中，不能以操作技能為主，要把重點引導(dǎo)到信息的判斷力上，引發(fā)思維活動，從而讓學(xué)生體會到應(yīng)用軟件可以高效地解決活動中的問題。

● “視聽轉(zhuǎn)換”實驗促進數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是指學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境下的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，即通過評估并選用常見的數(shù)字化資源與工具，有效地管理學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性地解決問題，從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)，形成創(chuàng)新作品的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已經(jīng)形成了豐富的理論體系和指導(dǎo)思想，如TRIZ、STEM等，在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中，可以參考這些經(jīng)驗，當(dāng)然有一些STEM項目本來就依靠信息技術(shù)來開展，只是項目學(xué)習(xí)的目標(biāo)側(cè)重點不同。而作為信息技術(shù)學(xué)科的實驗項目就應(yīng)凸顯學(xué)科本質(zhì)，如“視聽轉(zhuǎn)換”實驗就是從學(xué)科本質(zhì)——信息的采集、傳輸、表達(dá)等角度來開展。

舉例：“視聽轉(zhuǎn)換”實驗。

實驗?zāi)繕?biāo)：了解常見生活信息的采集、處理方式，用掌控板麥克風(fēng)和光線傳感器獲取信息、處理信息，體驗創(chuàng)造性地表達(dá)信息的樂趣。

實驗準(zhǔn)備：計算機、掌控板。

實驗過程：

1.把掌控板連接計算機，確認(rèn)顯示連接狀態(tài)，找到掌控板麥克風(fēng)、光線圖標(biāo)。

2.在mPython中找到輸入板塊的音量值、光線值命令塊，了解聲音、光亮數(shù)據(jù)的采集方法。

3.應(yīng)用音量值進行編程（如圖1），對聲音進行視覺表達(dá)（可在麥克風(fēng)處進行頻繁的音量大小轉(zhuǎn)換來增加效果）。

4.應(yīng)用光線值進行編程（如圖2），對光亮進行聽覺表達(dá)（可使用光源對光線圖標(biāo)位置進行頻繁遠(yuǎn)近照射以增強效果）。

實驗小結(jié)：利用掌控板自帶聲音、光線傳感器，獲取生活中的自然信息，能體會信息技術(shù)在生活中的作用。掌控兩種（視覺、聽覺）信息直觀表達(dá)方式，有能力的學(xué)生能嘗試更豐富、更細(xì)致、更有創(chuàng)意的表達(dá)方式。

教學(xué)建議與拓展：本實驗體現(xiàn)了信息系統(tǒng)的基本概念，除關(guān)注輸入、處理、輸出等基本知識外，更需要為學(xué)生建構(gòu)信息系統(tǒng)模型。從目前各類創(chuàng)新創(chuàng)客競賽情況來看，幾乎所有實物作品都是一個基本的信息系統(tǒng)，因此在教學(xué)中要滲透模型、原型相關(guān)概念。另外，對信息的創(chuàng)新表達(dá)，可以演示或拓展更多形式，如在視覺表達(dá)中可利用圖表、色彩、形狀甚至其他輔助硬件來配合表達(dá)。

● “密碼”實驗體現(xiàn)信息社會責(zé)任

部分地方教材對信息社會責(zé)任的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)不夠充分，對信息社會責(zé)任解讀不深刻，信息社會素養(yǎng)至少應(yīng)體現(xiàn)文化修養(yǎng)、道德規(guī)范和行為自律這三個方面，落實到具體內(nèi)容涉及公共安全和個人安全、網(wǎng)絡(luò)權(quán)益、負(fù)責(zé)任的網(wǎng)絡(luò)生活等。如果用案例或安全軟件的演示等開展教學(xué)，僅處于應(yīng)用技能提升層面，而“密碼實驗”項目，從信息、數(shù)據(jù)處理的角度來理解加密與解密，以及信息技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的保護等，更有利于形成內(nèi)在的信息素養(yǎng)。

舉例：“密碼”實驗。

實驗?zāi)繕?biāo)：掌握基本的位移加密和解密方法，體驗數(shù)字加密、解密思維，提升信息社會責(zé)任。

實驗準(zhǔn)備：計算機、虛谷號。

實驗過程：

1.啟動虛谷號，連接Wi-Fi。

2.用瀏覽器訪問虛谷號的Jupyter服務(wù)，完成ord（）、chr（）數(shù)字和字符的轉(zhuǎn)換實驗（如圖3）。

3.對“Happy New Year”進行加密，代碼如圖4所示，密文結(jié)果：Ibqqz！Ofx！Zfbs。

4.已知位移數(shù)為6，對‘Ngvv□&Tk}&_kgx進行解密，代碼如圖5所示。

實驗小結(jié)：加密、解密是對數(shù)據(jù)按一定規(guī)則進行重新編碼的過程，掌握編碼規(guī)則（也稱密鑰）即可解碼，加密信息可以有效保護信息的安全，解密他人加密數(shù)據(jù)是違法行為。

教學(xué)建議與拓展：密碼實驗是從信息安全的一個側(cè)面來反映信息社會責(zé)任等素養(yǎng)，教學(xué)中需要積極挖掘“加密”“解密”技術(shù)背后的思考，關(guān)注的重點不能放在是否掌握了編程技能上，而要放在安全“是什么”“為什么”“怎么做”上，引導(dǎo)學(xué)生思考，把現(xiàn)實生活中的責(zé)任延伸到網(wǎng)絡(luò)生活中。

其實，實驗教學(xué)在中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科之前已有初步應(yīng)用，但信息技術(shù)的定位只是實驗工具，隨著《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的實施，特別是在每個模塊的“教學(xué)提示”中提出了開展實驗教學(xué)或相關(guān)實踐活動，在基礎(chǔ)裝備中提出了“設(shè)立能滿足各模塊教學(xué)需要的信息技術(shù)教室和信息技術(shù)實驗室”的新要求，同時對信息技術(shù)實驗室提出了數(shù)量、功能、配置等具體要求，信息技術(shù)學(xué)科的實驗教學(xué)將面向本學(xué)科核心素養(yǎng)和育人價值。以上四個實驗從不同的角度對信息素養(yǎng)提供了有效支撐，筆者相信，信息技術(shù)學(xué)科的實驗教學(xué)將不再是零星探索而是成為面向全體學(xué)生、面向?qū)W科的具體要求，并為提升信息素養(yǎng)提供教學(xué)保障，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供本學(xué)科的具體實施途徑。