信息科技“過(guò)程與控制”教學(xué)內(nèi)容的大單元設(shè)計(jì)

張兵 山東省濰坊市濰城區(qū)于河街辦實(shí)驗(yàn)中學(xué)

李永曉 山東省濰坊市教育科學(xué)研究院

郭斌 山東省濰坊第八中學(xué)

● “過(guò)程與控制”教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)背景

2022年4月，教育部頒布了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“義教新課標(biāo)”），課程內(nèi)容由原來(lái)重操作、重知識(shí)的信息技術(shù)，轉(zhuǎn)變成了重科學(xué)、重素養(yǎng)的信息科技。一線教師急需一本義教新課標(biāo)指導(dǎo)下的信息科技指導(dǎo)手冊(cè)來(lái)幫助其轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，落地新課標(biāo)要求。

“過(guò)程與控制”內(nèi)容模塊屬于小學(xué)5～6年級(jí)的課程內(nèi)容。基于對(duì)學(xué)科教育價(jià)值的追求，“過(guò)程與控制”模塊的實(shí)施對(duì)增強(qiáng)學(xué)生自主可控技術(shù)意識(shí)發(fā)揮著非常重要的作用，但也給新學(xué)期信息科技課程實(shí)施帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。在義教新課標(biāo)視野下進(jìn)行“過(guò)程與控制”內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究對(duì)一線教學(xué)具有開創(chuàng)意義。

● “過(guò)程與控制”教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃思路

1.規(guī)劃新課程形式，定位內(nèi)容設(shè)計(jì)方向

義教新課標(biāo)注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，所以課程形式變得至關(guān)重要，其決定了課程內(nèi)容呈現(xiàn)形式與學(xué)生學(xué)習(xí)方式。學(xué)習(xí)手冊(cè)是一種有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的創(chuàng)新形式，在市信息科技教研員的指導(dǎo)下，筆者初步確定將“學(xué)生學(xué)習(xí)手冊(cè)”作為本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容組織形式。

2.以大單元架構(gòu)內(nèi)容，理清學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程

學(xué)生學(xué)習(xí)手冊(cè)是課程與課標(biāo)落實(shí)的重要載體，在編寫學(xué)習(xí)手冊(cè)之前要設(shè)計(jì)一張精準(zhǔn)的建筑圖紙——“大單元架構(gòu)+微項(xiàng)目學(xué)習(xí)”。在義教新課標(biāo)指導(dǎo)下，采用“大單元設(shè)計(jì)”，圍繞信息科技核心素養(yǎng)，通過(guò)大概念、大任務(wù)、大情境展開六個(gè)微項(xiàng)目的學(xué)習(xí)——微項(xiàng)目1：探究智能工作的過(guò)程；微項(xiàng)目2：揭秘電器的組成模塊；微項(xiàng)目3：探索用反饋優(yōu)化控制；微項(xiàng)目4：對(duì)比研究開關(guān)量與連續(xù)量；微項(xiàng)目5：設(shè)計(jì)自動(dòng)控制風(fēng)扇；微項(xiàng)目6：研討自主可控與安全問(wèn)題。

3.設(shè)計(jì)靈活的學(xué)習(xí)進(jìn)程，組織有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)

基于核心素養(yǎng)的信息科技手冊(cè)體例，將微項(xiàng)目學(xué)習(xí)進(jìn)程確定為真實(shí)情境導(dǎo)入（場(chǎng)景人物對(duì)話）、常識(shí)問(wèn)題分析（知識(shí)窗）、重點(diǎn)知識(shí)講解（知識(shí)與圖解）、創(chuàng)新問(wèn)題思考（想一想）、自主評(píng)價(jià)交流（試一試）、能力拓展（練一練）等。

4.挖掘生活化實(shí)例，讓學(xué)習(xí)真實(shí)有用

挖掘生活中的真實(shí)案例，更容易引發(fā)學(xué)生共鳴。在手冊(cè)中結(jié)合生活實(shí)例創(chuàng)設(shè)了更貼近學(xué)生真實(shí)生活的案例情境，其中涉及風(fēng)扇、空調(diào)、微波爐、全自動(dòng)洗衣機(jī)、波輪洗衣機(jī)、智能感應(yīng)燈、無(wú)人汽車等。

5.仿真技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，降低硬件資源成本

義教新課標(biāo)對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作非常重視，“過(guò)程與控制”在一定程度上對(duì)硬件的依賴更大。如何應(yīng)對(duì)硬件更迭與成本問(wèn)題呢？筆者選擇使用零成本且較穩(wěn)定的仿真平臺(tái)——Linkboy，此平臺(tái)能滿足全體學(xué)生課堂上對(duì)硬件的需求。

6.針對(duì)學(xué)生年齡特征，手冊(cè)采用“兒童化”語(yǔ)言描述

“過(guò)程與控制”屬于5～6年級(jí)小學(xué)階段內(nèi)容，為讓學(xué)生更易理解內(nèi)容，提高其學(xué)習(xí)積極性，在內(nèi)容描述過(guò)程中，盡量讓語(yǔ)言“兒童化”，將生澀難懂的知識(shí)，采用打比方、舉例子的形式轉(zhuǎn)變?yōu)閮和Z(yǔ)言。

7.立足生活實(shí)際學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)形式豐富有趣

學(xué)習(xí)手冊(cè)設(shè)計(jì)思路注重生活化、趣味化，以“開關(guān)量和連續(xù)量”為例，創(chuàng)設(shè)動(dòng)手設(shè)計(jì)風(fēng)扇的真實(shí)情境，設(shè)計(jì)微項(xiàng)目式研究學(xué)習(xí)，通過(guò)分解風(fēng)扇—做流程圖—選擇硬件—自主編程—匯報(bào)展示—鼓勵(lì)創(chuàng)新等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實(shí)踐中創(chuàng)作各種“趣味”風(fēng)扇，提高學(xué)生對(duì)電器的認(rèn)識(shí)。

● “過(guò)程與控制”的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)施流程

微項(xiàng)目1：探究智能工作的過(guò)程

首先，通過(guò)“小信”和“小科”兩個(gè)人物的情境對(duì)話，引出空調(diào)保持涼爽是基于過(guò)程與控制原理。

小科：小信，夏天太炎熱了，除了吹風(fēng)扇、吃冷飲，有沒(méi)有更好的降溫辦法呢？

小信：小科，當(dāng)然是吹空調(diào)了。設(shè)定好溫度，空調(diào)就能智能自動(dòng)化工作，長(zhǎng)時(shí)間保持涼爽。你知道其中的原理嗎？

通過(guò)“知識(shí)窗”，舉例提出“過(guò)程與控制”的概念。分析全自動(dòng)洗衣機(jī)的過(guò)程與控制（如圖1），引導(dǎo)學(xué)生思考生活中還有哪些電器體現(xiàn)了過(guò)程與控制？然后，通過(guò)圖解介紹過(guò)程與控制的三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖2）。

圖1 生活中常見(jiàn)的過(guò)程與控制

圖2 過(guò)程與控制的基本環(huán)節(jié)

通過(guò)“想一想”，提出問(wèn)題：“根據(jù)上述材料的解釋說(shuō)明，這三個(gè)環(huán)節(jié)可以改變順序嗎？”引導(dǎo)學(xué)生理解這三個(gè)環(huán)節(jié)的邏輯順序是不可逆的。

接著，通過(guò)“微波爐加熱的秘密”和“空調(diào)制冷有訣竅”兩個(gè)案例，分析過(guò)程與控制的三個(gè)環(huán)節(jié)（如圖3）。最后，在課后拓展中用“電飯鍋工作案例”，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)“輸入—計(jì)算—輸出”三個(gè)環(huán)節(jié)。

圖3 對(duì)比分析加熱與制冷系統(tǒng)過(guò)程與控制

微項(xiàng)目2：揭秘電器的組成模塊

先由人物“小科”引發(fā)思考：電器有哪些組成模塊？再用“知識(shí)窗”分析洗衣機(jī)、空調(diào)、電飯鍋的主要組成模塊。學(xué)生思考：你還認(rèn)識(shí)哪些電器的組成模塊？舉例總結(jié)過(guò)程與控制的三大系統(tǒng)。為便于理解，借助剖面圖介紹“揭秘微波爐”和“揭秘空調(diào)”兩個(gè)案例。課后拓展，通過(guò)“波輪洗衣機(jī)組成模塊”（如上頁(yè)圖4），讓學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)。

圖4 洗衣機(jī)系統(tǒng)和模塊組成

微項(xiàng)目3：探索用反饋優(yōu)化控制

先用情境對(duì)話引出空調(diào)反饋機(jī)制。再用“知識(shí)窗”對(duì)風(fēng)扇和空調(diào)的比較，突出空調(diào)反饋機(jī)制的優(yōu)勢(shì)。借助空調(diào)案例，引導(dǎo)學(xué)生思考生活中還有哪些電器體現(xiàn)了反饋優(yōu)化。借助圖解，詳細(xì)分析反饋優(yōu)化的全部過(guò)程（如圖5）。通過(guò)“智能的冰箱”和“神奇的恒溫器”兩個(gè)案例分析反饋優(yōu)化。最后借助材料，讓學(xué)生說(shuō)出冰箱和恒溫器反饋控制的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 反饋優(yōu)化控制

微項(xiàng)目4：對(duì)比研究開關(guān)量與連續(xù)量

由真實(shí)情境引起思考：為什么臺(tái)燈功能不同，檔位也不同？通過(guò)圖解，引發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)檔位與“開關(guān)量”和“連續(xù)量”的關(guān)系，配合圖解給“開關(guān)量”和“連續(xù)量”下定義。通過(guò)一道連線題，幫助學(xué)生鞏固本課重點(diǎn)。在“開關(guān)連續(xù)共存”案例中用洗衣機(jī)、空調(diào)驗(yàn)證“開關(guān)量”和“連續(xù)量”可共存。通過(guò)空調(diào)案例講解“開關(guān)連續(xù)可轉(zhuǎn)換”，最后拓展任務(wù)完成流程圖。

微項(xiàng)目5：設(shè)計(jì)自動(dòng)控制風(fēng)扇

本微項(xiàng)目是仿真實(shí)驗(yàn)課，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐做風(fēng)扇。先分解風(fēng)扇，了解結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的傳感器，基于Linkboy平臺(tái)，通過(guò)“開關(guān)風(fēng)扇顯身手”和“旋鈕風(fēng)扇我能行”兩個(gè)案例分別制作“開關(guān)量”風(fēng)扇和“連續(xù)量”風(fēng)扇，這樣既鞏固知識(shí)，又能提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

微項(xiàng)目6：探討自主可控技術(shù)與安全問(wèn)題

首先借助“無(wú)人汽車沒(méi)有自主產(chǎn)權(quán)，受制于人”的案例，引發(fā)思考。通過(guò)“震網(wǎng)病毒，破壞伊朗核計(jì)劃”和“烏克蘭電網(wǎng)入侵”體現(xiàn)不能自主可控的危害，再通過(guò)“我國(guó)發(fā)展自主技術(shù)，曝光蜂巢病毒”和“掌握航天技術(shù)，立于不敗之地”體現(xiàn)了自主可控的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生思考“自主可控與安全問(wèn)題”。

● “過(guò)程與控制”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)反思

1.符合義教新課標(biāo)要求，體現(xiàn)素養(yǎng)導(dǎo)向

學(xué)習(xí)手冊(cè)在編寫時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息、表達(dá)信息的能力，以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、利用多學(xué)科資源探究并解決問(wèn)題的能力，更加著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究能力以及自主可控和國(guó)家安全意識(shí)的提升。

2.改善課后拓展問(wèn)題，提供腳手架幫助