學科核心素養視域下小學信息科技“5E”教學模式實踐
——以《設計智能時間管理器》一課為例

鄧海云 重慶市璧山區教師進修學校

●信息科技核心素養與“5E”教學模式的契合

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在提出信息科技課程以培養學生的核心素養為課程總目標的同時，也強調了課程要反映數字時代正確育人方向、構建邏輯關聯的結構、遴選科學原理和實踐應用并重的內容、倡導真實性學習以及強化素養導向的多元評價等五大課程理念。[1]

“5E”教學模式是由美國生物學課程研究會（BSCS）開發出的一種建構主義教學模式[2]，因其5個學習階段，即參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精致（Elaboration）、評價（Evaluation）都是以“E”開頭，所以被稱為“5E”教學模式。“5E”教學模式與新課標提出的素養要求完美契合，成為以培養學生核心素養為目的的新教學嘗試。“5E”教學模式推進核心素養的目標達成，而核心素養目標也指導“5E”教學模式的實踐，其耦合關系如下頁圖1所示。

圖1

●“設計智能時間管理器”例析

1.教學分析

（1）教學內容分析

《設計智能時間管理器》是“自動控制的奧秘”單元的第3課時，在了解“輸入、計算、輸出”典型環節的科學原理基礎上，了解一個大的系統可以分解為幾個小的系統，一個系統也可以劃分出功能相對獨立的多個模塊。主要通過問題引入，分析智能時間管理器的原理，推測其自動控制的秘密，并運用開源硬件設計智能時間管理器進行實驗驗證。

（2）教學目標分析

①通過真實情境、真實問題下的探究學習，了解大的系統是由若干小的系統組成，小的系統也可以劃分出功能相對獨立的多個模塊，培養從整體到局部的思維方式，以及分解、解決問題的能力。②通過探究智能時間管理器的倒計時系統，學會運用系統框圖分析過程與控制的輸入、計算和輸出三個典型環節，理解控制系統的原理。③通過完成倒計時系統的流程圖，編寫程序，驗證解決方案，培養計算思維、數字化學習與創新能力。④通過設計時間管理器，認識時間對個人和國家的重要性，培養時間規劃能力和管理能力，培育社會主義核心價值觀、責任素養，認識自主可控的重要性。⑤總結解決問題的方法，完成作品的2.0版本或者更高版本，更全面地解決實際問題，并將其遷移到其他的問題求解中，以培養知識遷移能力。

（3）學生分析

本課的授課對象為六年級學生，此階段的學生已經具備分析能力，他們會接觸到生活中的各類控制系統，但是對控制系統的工作過程和內部構成并不了解。在前面的學習中，學生已經掌握了“算法和編程”的部分知識，但是對控制系統還缺少了解和認識。

（4）學習資源分析

硬件資源：激光切割機、3D打印機、開源主控板、各傳感器。軟件資源：編程軟件、建模軟件。學習平臺：學科自主學習平臺、百度。預備知識文檔：前測文檔、后測文檔、鞏固文檔、微課、案例文檔、評價文檔。

2.教學流程

筆者基于“5E”教學模式的各個環節，立足核心素養目標，設計了頭腦風暴（參與）、原理探秘（探究）、驗證展示（解釋）、拓展提升（遷移）和綜合評價（評價）五個教學流程（如圖2）。5個環節環環相扣，堅持以教師為主導、學生為主體的方式，并在教學中凸顯評價的作用。

圖2

（1）參與環節

參與環節的目的是激發學生的學習興趣[3]，驅動學生進行主動學習和探究。教師在本環節的情境設定中要堅持情境與現實生活相聯系、與課程內容和教學任務相聯系、與原有知識和概念相聯系等原則。首先，選擇與學生息息相關的“時間”進行導入：播放開學風暴短視頻，該視頻展示了學生即將迎來開學，但是沒有完成作業而進入趕作業狀態的視頻，引導學生思考如何使用智能手段解決這個問題；其次，指導學生針對出現的實際問題隨機分組討論，并要求各組盡量獲得不同解決方案；最后，引導學生通過歸納總結解決方法，明確本節課的課題—設計智能時間管理器。

（2）探究環節

該環節是“5E”教學模式的核心環節，在本環節教師主要負責引導學生進行自主學習和探究，并在學生自主學習的過程中進行巡視指導，及時提出針對性的問題，引導學生有效、正確地開展探究。

首先，引導學生組建團隊，在進行分組時教師要充分考慮學生的實際情況，確保每位學生在小組內都有事可做，分組后要求學生填寫“項目分組單”。

其次，引導學生分析設計智能時間管理器的必要性，并通過相關視頻探究智能時間管理器是單一的系統，還是由多個小系統組成的大系統，如果是由多個小系統組成，包含了哪些小系統。教師以智能體育器材回收系統為例進行系統的分解，引導學生借此分析出智能時間管理系統具體包含哪些小系統。在學生調查的過程中，教師指導學生使用信息技術工具如相關自主學習平臺、百度等查閱資料。學生通過自主探索初步了解智能時間管理器的工作原理，了解大的系統包含小的系統，小的系統可由若干模塊組成，形成系統思維和工程思維，培養自主可控意識。此外，通過跨學科融合引導學生用多學科視角觀察、分析、解決問題，通過分析系統原理，掌握分析的工具系統框架圖，培養學生分析問題的能力，為下一步的功能模擬奠定基礎。

最后，引導學生分析智能時間管理器中的倒計時系統，并通過小組合作分析出倒計時系統的原理和系統框架圖，完成任務單。

通過本環節，學生的知識遷移能力、計算思維、自主學習能力等都得到一定的培養。教師在和學生一起探索的過程中將使學生的數字化學習真正落到實處。

（3）解釋環節

該環節是“5E”教學模式的關鍵環節，在本環節中，教師引導學生對上一環節的理論知識進行實踐驗證并形成最終作品。學生在已有數據的基礎上，完成倒計時系統的實現流程：按鍵啟動→按A執行顯示倒計時5秒→時間到了發出提示音→按B健重新開始。教師指導學生進行組內交流討論，講解制作中出現的問題及解決方法。同時，引導學生思考如何讓預想的功能實現，并要求學生編程完成作品功能和如圖3所示的任務單。在作品完成后，教師組織小組進行展示交流，以便進行作品迭代。

圖3

在這個環節中，學生利用本課學習的知識和已有的知識結構，完成模型搭建和功能實現。通過解決實踐中遇到的問題，學生的綜合能力和知識儲備都得到加強，計算思維和數字化創新能力得到鍛煉，提升了綜合素養。

（4）遷移環節

設計本環節的目的是引導學生將新學習的內容運用到新的或者相似的場景中，以進一步鞏固相關知識，這是一個新知識不斷獲得深入理解、精致、內化和應用的過程。在本課的學習中，教師引導學生任選一種智能時間管理器的功能模塊進行創新設計，并完成本小組的創新設計計劃以及相關的系統圖和編程流程圖。在本環節中，學生將已有知識運用到新的環境中，并對新環境中的內容進行解釋，信息意識、計算思維以及數字化學習與創新的核心素養都得到發展。

（5）評價環節

本環節采用多重評價方式來檢驗學生的學習情況，評價主要分為教師評價和學生評價。首先是教師評價，教師根據已有的評價標準在小組展示后進行評價，重點關注小組的合作情況以及作品本身的完成度、實用性、智能性等。教師評價以鼓勵性評價為主，以激發學生迭代作品的興趣，提升學生的學習自信心。[4]其次是學生評價，學生評價分為組內評價和組間評價，組內評價可以從多方面來進行闡述，如本小組遇到問題的經典解決辦法、本小組的合作經驗等，而組間評價多以意見性評價為主，小組間互相提出修改意見（教師進行補充），以幫助小組對作品進行優化。除了作品展示后的評價，過程性評價也貫穿始終，學生通過填寫學習量表與評價表，進行自評、他評、師評。本環節的評價順序應是“組內評價—組間評價—教師評價”，其中教師評價需要提前向學生公布評價標準，并對學生是否達成核心素養目標進行評價。通過評價環節激發學生的學習熱情，將過程性評價、終結性評價、自評、小組評價相結合，提升了學生學習管理意識。

●結束語

“5E”教學模式的五個環節環環相扣，將其運用到小學信息科技課堂中可以有效培養學生的遷移能力、自主學習能力、探究能力、合作能力等綜合能力。在本課的學習中，學生通過對時間的理解，了解時間對個人生活和學習的價值，學會管理和規劃時間，通過前后的重新認識，明確了時間和創新對國家的強大和民族的偉大復興的重要性，培養了社會主義核心價值觀。