信息科技實驗教學：價值定位、教學模式與實施策略

俞含盛 浙江省舟山市定海區教師進修學校

徐光濤 杭州師范大學經亨頤教育學院

為進一步提升科學教育質量，強化和規范實驗課開設，教育部教育技術與資源發展中心發布了《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》，其中包括信息科技學科的63個小學實驗活動、31個初中實驗活動和81個高中實驗活動。[1]然而，信息科技學科領域的實驗教學研究才剛剛起步，關于“信息科技實驗”的定義、類型、教學模式及實驗評價標準等問題，有待進一步深入探索。

● 價值定位：開展信息科技實驗教學的意義闡釋

世界主要國家都把數字化作為優先發展的戰略方向，公民數字素養已成為國家競爭力的核心指標，各國紛紛將其提升為戰略重點。在此背景下，提升青少年數字素養已成為全球教育界的共同關切和緊迫任務。我國政府對此亦給予高度重視，在《提升全民數字素養與技能行動綱要》中進行了全面部署[2]，并在《數字中國建設整體布局規劃》中明確了培育目標以強化人才支撐。[3]

信息科技課程承載著培養學生數字素養的重要使命。[4]實驗教學作為學習科學理論與技術工程的高效教學方式，成為連接技術與素養的關鍵橋梁。[5]《教育大辭典》指出，實驗教學是學生在特定的控制條件下，利用儀器設備進行觀察、測量和分析,以獲取知識、培養技能的實踐性教學組織形式。然而，在信息科技學科領域，實驗教學的明確定義仍待學界形成共識。部分研究者已經開始進行諸多有益探索，具體如下頁表所示。

基于以上對照，不難發現，信息科技實驗以科學方法和實驗形式為手段，以信息科學及技術工程領域的內容為范圍，以理解概念原理及思維方法、掌握工程實現過程與技術為目的，融合理論與實踐，體現了“科”“技”并重的學科定位。信息科技實驗教學在數字技術與數據的探究、分析、驗證與創新中，讓學生領悟原理，掌握技術，培養數字素養[12]，其價值體現在以下方面。

第一，實驗教學基于數據處理來提升信息意識。學生收集整理數據、分析數據、表達和傳遞信息，鍛煉信息處理能力。例如，“二維碼”實驗的信息認知、反應和判斷過程，實現了信息意識從“書面理解”向行為和思想轉變。[13]

第二，實驗教學基于數據安全來強化信息社會責任。例如“密碼”實驗，學生從數據安全角度理解加密與解密，思考安全“是什么”“為什么”“怎么做”，延伸到個人隱私保護、知識產權保護等議題，理解信息社會責任，提升數據安全意識。[14]

信息科技實驗的定義與關注點

第三，實驗教學基于數字化技術來培養數字化學習與創新能力。例如《簡易智能倒車雷達》實驗，學生借助開源硬件制作項目，深化對系統結構和設計流程的理解，鍛煉知識建構和技術應用能力，培養創新意識和思辨能力。[15]

第四，實驗教學基于問題解決來發展計算思維。面對各種問題和技術挑戰，學生通過分析尋找解決方案，理解概念與原理，認識信息技術潛力和局限性，培養批判性思維。例如，《簡單網絡系統設計和組建》實驗基于生活問題，通過實踐、驗證和總結提升問題解決能力。[16]

第五，實驗教學基于實驗過程來提升綜合素養。小組合作模式能有效提高效率，培養合作、溝通、妥善處理沖突能力，強化團隊意識。[17]實驗追求真實、準確，有助于培養科學精神。而虛擬仿真實驗以直觀可視化的創建，實現高度人機交互，讓學生身臨其境，激發學習內驅力。[18]

可見，實驗教學在信息科技課程中發揮著舉足輕重的作用，為培養數字素養與技能提供了獨特且富有成效的途徑。

● 模式擷英：信息科技實驗教學的分類實施

信息科技實驗需求豐富多樣，合理分類實驗活動，構建相應教學模式，對促進信息科技實驗教學的“學-教-評”一致性具有積極意義。胡曉升將高中信息技術實驗分為確認、驗證、探索、設計制作、測量及儀器使用等幾類。[19]在義務教育階段，根據魏雄鷹的劃分，實驗類型包括驗證性、探究性、創新應用性以及虛擬仿真實驗。[20]

根據魏雄鷹的分類，筆者對研究者們各具特色的技術實驗相關教學模式進行了梳理，歸納出如下六種模式：

（1）通用模式。如“組建簡單局域網絡”實驗設計分四個步驟：情境導入、實驗操作、討論交流及撰寫報告。[21]該模式通用、靈活，可廣泛應用于各類實驗。

（2）驗證模式。段勇的“智慧家居的構建和實現”跨學科項目實驗包含了感知原理、驗證原理、遷移原理、總結反思等四個環節。[22]賀森則從項目導入，再提出假設、驗證假設、得出結論，最后優化拓展，形成完整的項目成果鏈。[23]

（3）探究模式。組網傳輸信息實驗通過體驗自制通信系統、搭建通信網絡、合作探究揭示原理形成結論。[24]《信息編碼與二進制》從情境導入，穿插兩次探究活動和階段小結，使實驗層層遞進。[25]

（4）創新應用模式。王吉的物聯網項目實驗側重于創新應用，包括尋找痛點、設計方案、制作模型、優化推廣四個環節[26]，呈現了從問題發現到解決的完整過程。

（5）虛擬仿真模式。基于Packet Tracer物聯系統開展的“智能家居物聯”實驗，包括登錄系統、選擇設備、搭建物聯網絡、設置參數、編程調試五個環節。[27]此模式突破時間、空間及條件限制，在模擬場景中強化實踐。

（6）混合模式。鄭潔的實驗教學聚焦大概念，包括問題啟思、經驗猜想、方案設計、實驗踐行、觀察“剖析”和提煉增智六個步驟，既驗證猜想，又探究原理，強調真實情境中識別并糾正迷思概念。[28]

實驗教學既靈活又創新，沒有固定模式。教師可以根據實驗類型、目標及學情進行融合創新，以滿足不同實驗的需求。具體而言，可以推行項目化實驗教學——基于真實問題策劃項目，強調以學習者為中心建構知識體系，組建學習共同體，倡導合作；可以提倡跨學科整合實驗教學——融合其他學科設計有創意的跨學科實驗項目，建立學科間聯系，理解內涵和價值，培養專家思維。另外，可以有更豐富的實驗形式，如交互式實驗教學營造溫暖、潤澤、彼此平等的課堂環境，促進師生共同參與；虛實結合的混合實驗教學構建復雜場景，以虛擬或真實的實踐操作幫助學生直觀理解抽象概念。最后，設計多層次、多樣化、開放性的實驗任務，既可以滿足學生興趣和需求，又給予充分自由度和創造性空間，促進深度學習。

● 實施策略：信息科技實驗教學的優化舉措

1.規范要素：實驗教學設計與實施的準備

實驗教學設計應涵蓋以下關鍵要素：實驗內容、對象分析、實驗準備（硬件、軟件、素材等）、實驗方法、實驗原理、實驗目的、實驗過程、實驗結果、撰寫“實驗報告”、實驗評價等。若采用小組合作，應明確“小組成員及分工”。實踐操作是本學科教學中的重要一環，但并非所有形式的操作都是實驗。教師應明確實驗的特性，根據教學目標和內容來確定是否采用實驗方式，并清晰界定實驗目的和范圍。以傳感器的學習為例，實驗并非重復操作和簡單模仿，而是讓學生安裝、測試，觀摩數據變化，感受傳感器工作原理和使用方法。

2.嚴謹管理：實驗過程管理與評價的完善

在實驗前，制訂計劃明確目標、任務，設計實驗記錄單記載各個環節，明確成員職責確保全體深度參與。在實驗中，觀察現象、探究問題，積極討論、分享發現。教師要掌控實驗節奏，調整進度。在實驗后，構建多元實驗評價體系，從多個維度（其中包括報告質量、操作規范性與熟練度、團隊合作表現與效果等）評價實驗。

3.師資為本：教師實驗教學能力的提升

首先，定期組織教師培訓，更新實驗教學理念和方法。其次，鼓勵教師開展研究，探索實驗教學和評價。最后，建立激勵機制，激發教師實驗教學的積極性和創造性。

4.資源先行：實驗教學資源與環境的優化

一是配備實驗設備，確保有合適的器材進行實驗；二是利用虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等構建虛擬仿真實驗環境，彌補實體實驗室不足；三是開發實驗教學資源，提供全方位學習支持；四是加強實驗平臺建設，優化教學服務和管理。

5.家校協同：實驗教學共同體的構建

第一，鼓勵家庭實驗。以家庭作業、課外探究等形式，引導學生在家庭環境中實驗，拓寬空間和時間。第二，激勵親子實驗。設計適合家庭參與的實驗項目，讓家長和孩子一起實踐，共同探索科技奧秘。第三，舉辦實驗成果展。通過展覽、比賽等形式，讓學生展示自我，激發創新熱情，促進交流；同時，營造實驗與創新的濃厚氛圍，為培育更多融合數字素養和創新精神的人才提供助力。

● 結束語

信息科技實驗教學對于培育青少年的數字素養至關重要。隨著科技環境的日新月異，加強規范實驗教學要素、持續完善實驗教學評價、提升教師實驗教學水平、改善教學資源與環境成為必然之舉。同時，家校之間的緊密合作與溝通有助于擴大實驗教學的影響力。這些舉措共同致力于提升青少年數字素養，為構建未來的數字化社會鑄就穩固基石。鑒于實驗教學在信息科技教育中的核心地位，以更加開放和創新的視角推動其發展顯得尤為關鍵。