六年級“過程與控制”教學指南設計思路解讀

摘要： 六年級“過程與控制”教學指南內容包括系統與模塊、反饋與優化、邏輯與運算三部分。該教學指南依據《義務教育信息科技課程標準（2022 年版）》的基本要求和學生的認知規律，構建了總體內容體系，設計了多種類型的學習活動（包括數字化學習環境下的實驗），保證創新活動切實可行，確保學生核心素養得到有效培養。

關鍵詞：過程與控制；教學指南；核心素養；數字化學習環境；實驗

“過程與控制”模塊是義務教育信息科技課程中比較創新的內容，是之前信息技術課程中所沒有涉及的，因此對《義務教育信息科技課程教學指南 過程與控制 六年級全一冊》（以下簡稱“六年級教學指南”）的設計思路進行解讀尤其重要。本文從核心素養、認知規律、創新、數字化學習環境四個視角，解讀六年級教學指南的總體內容設計、內容切入點與案例選擇、學習活動設計、實驗設計等方面的思路，并從總體上提出一些教學建議，為教師更好地理解其設計意圖，在教學中更好地落實《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）精神和指南意圖提供幫助。

一、核心素養視角：總體內容設計

六年級教學指南涵蓋課標中第三學段“過程與控制”模塊的課程內容。本教學指南分為八個單元，按夯實基礎、落到應用、回歸價值三個層次來設計。第一至第四單元緊扣課標內容要求，以基礎知識為主，目的是夯實基礎；第五至第七單元基于課標的教學提示設計綜合實踐，目的是引導學生學以致用，提高綜合應用能力；第八單元強調信息社會責任意識培養，旨在內化學科價值觀。核心素養的培養是滲透整個模塊教學的，但在各個層次有所側重。例如，在夯實基礎層次，信息意識的培養比較顯著；在落到應用層次，計算思維會得到重點發展；在回歸價值層次，信息社會責任意識得到集中強化；數字化學習與創新能力則滲透在整個模塊的內容當中，但在落到應用層次和回歸價值層次有比較顯著的培養時機（如圖1）。

對于信息意識的培養，六年級教學指南首先從學生身邊直觀可見的控制系統引入。這個環節需要學生結合自己的學習生活實際，領悟到自己一直就在使用各種控制系統解決實際問題。這就增強了學生對控制系統的敏感度，以及主動使用的意識和能力，強化對信息科技的認同感。六年級教學指南在計算思維培養方面，延續了課標中“身邊的算法”模塊的要求，并回顧了“數據與編碼”模塊中的內容，由“數據”逐漸過渡到“計算”這個核心概念，幫助學生逐步提升計算思維意識和能力。對于數字化學習與創新的培養，六年級教學指南主要通過一些學習任務來展開，其中有的任務需要學生利用網絡資源來完成，有的任務需要在虛擬仿真工具和編程環境中進行。這種數字化的學習環境，能潛移默化地激發學生對數字化工具運用的主動性，培養他們的數字化學習思維和能力。六年級教學指南對信息社會責任的培養，主要通過兩個渠道落實。一是滲透在大部分學習活動中，引導學生通過了解、分析、感受各種控制系統的工作過程，知道各種控制系統給人們帶來的便利、給信息社會發展帶來的促進作用，從而意識到自己學習和使用這些系統是一種信息社會責任的體現。二是第 28、29、30 課分別從個人、社會、國家三個層面，培養學生具備良好的行為規范、系統安全設計意識和自主可控意識，培養他們的信息社會責任感。

二、認知規律視角：內容切入點與案例選擇

在明確了教什么之后，怎么教是決定教學成敗至關重要的因素。因此，遵循小學生的認知規律，從直觀設備著手，讓學生直接參與到控制的過程中，是六年級教學指南開篇設計的主要思路。

（一）課程內容的切入點符合小學生認知規律

“過程與控制”模塊并不是自動控制等相關專業知識在小學階段的簡單下放，因此選擇什么樣的內容切入本模塊的教學就很關鍵。尤其不能由“什么是過程與控制”切入，這不符合小學生的認知規律。那么，小學生在日常生活中最自然、最常規的一種“控制”是什么呢？是“開與關”操作。因此，六年級教學指南的第一單元，先從學生能直觀感受到或接觸到的設備出發，引導他們結合實際操作設備的經歷逐漸建立對控制系統的感知；然后由觸手可及的開關出發，引發學生思考開與關操作背后觸發了怎樣的一個過程，及時啟發學生：你通過隨手的開與關，正在打開一扇通往控制系統的門，開啟控制系統的探秘之旅。第一單元學習活動的主線是：控制教室、家庭等環境的電氣設備獲得功能服務→關注開與關操作→分析多種狀態的切換，感受控制規則（如三色變光燈以及交通信號燈的控制）→情境活動“把車推到目的地”讓學生實際感受控制的過程→分析人的思維活動以及聲控燈的控制過程，按“輸入—計算—輸出”的模式構建控制系統的工作過程。整個單元的教學，從身邊看得見、摸得著的設備出發，從熟悉的開與關操作著手，從情境體驗展開，逐漸上升到相對抽象的控制系統內部的工作過程（如圖2）。這樣的設計符合學生的認知規律，有利于他們在熟知的生活場景中產生進一步學習的興趣。

“過程與控制”模塊并不涉及過多的系統科學、系統論等專業知識，因為這些知識超越學生的認知范疇，過多的系統論知識會對他們現階段的學習造成干擾。因此，六年級教學指南在第1課結束就提出關鍵詞“控制系統”，保證后續的教與學定位在控制系統上，而不被廣義的“系統”所困擾。另外，全書緊扣“輸入—計算—輸出”模式，讓看不見、摸不著的“過程與控制”直觀化和具體化。本教學指南還把課標“過程與控制”模塊第1和第2條內容要求中關于系統的相關知識后移到第四單元，并且緊扣控制系統來展開。這樣的編排順序更加符合小學生的認知規律，同時也合理界定了“過程與控制”模塊與系統論等相關專業課程的關系。

（二）案例立足學生的“身邊”，放眼學生的“未來”

六年級教學指南的案例選擇遵循“緊密結合學生的學習生活實際”的原則，以學生的實際學習生活為出發點，但不是終點。在第一至第四單元介紹新知識時，涉及很多規模較小的學習活動。這些活動大多數基于學生身邊的案例，如各種常見電氣設備的控制、交通信號燈的控制等。但是，教與學的最終目標是引導學生立足身邊，放眼世界，捕捉未來。因此，本教學指南選取了一些大多數學生沒接觸過的案例，如自動送貨機器人、宇宙飛船、智能種植大棚、智能家居、智能汽車等。同時，教學指南所設計的案例符合時代發展的強音，符合國家發展的導向。例如，第六單元的智能種植大棚案例符合國家的鄉村振興戰略，體現智能農業發展主題；第七單元的汽車控制案例，涉及了智能汽車，符合當前新質生產力的發展主題，也屬于中國式現代化的范疇。雖然這些案例遠離學生當前生活實際，但是信息科技就是要引領學生感受什么是科技，就是要把學生從他們認知的“一畝三分地”里帶出來，讓他們知道自己“身邊”之外的世界正在發生什么、即將發生什么，從而緊跟科技發展的步伐，成為信息時代的先行者。這些案例還會引導學生從小就把自己的理想與國家發展方向結合起來，讓自己的人生更有價值。

（三）優化概念學習的思維模式，把握指南中的關鍵詞

概念是人們由感性認識上升到理性認識，把所感知事物的共同本質特點抽象出來加以概括的一種表達方式。但是信息科技學科知識瞬息萬變，尤其是人工智能的發展，甚至會顛覆人們已建立的概念體系。因此，在不影響學生理解和表達的前提下，六年級教學指南不是通過“下定義”的方式引出概念，而是以關鍵詞的形式幫助學生構建“過程與控制”模塊的“概念”體系。指南采用了以下四種方式引出關鍵詞。

1.有嚴格的界定或前提。例如，第1課引出“控制系統”時，將其界定為“在這個學習階段，可以把……看作控制系統”。

2.從直觀、具體的角度對關鍵詞給出解釋。例如，由直觀具體的、實際控制過的各種設備，引出控制系統；由噪聲監測系統采集聲音數據引出連續量與閾值。

3.從生活場景引出關鍵詞。例如，第11課由媽媽叫弟弟起床的場景引出“反饋”。

4.從功能的角度加強對關鍵詞的理解。例如，第11課總結反饋的作用時，提到反饋可以讓系統保證輸出結果符合人們要求，就是從功能的角度引出“控制系統的反饋”。

表1列出了六年級教學指南主要的關鍵詞，有助于師生把握整個模塊的總體內容。

三、創新視角：學習活動設計

創新是信息科技課程學習永恒的主題。課標出現“創新”一詞就有78次，可見培養學生創新意識和創新行為的重要性。六年級教學指南在設計學習活動時，注重創設真實情境，引入多元化數字資源，提高學生的學習參與度，鼓勵“做中學”“用中學”“創中學”，凸顯學生的主體性。六年級教學指南是以學習活動貫穿始終的，因此在設計學習活動時，編者盡可能多地給學生提供創新的機會，讓他們的創新意識得到強化，創新行為得到落實。

（一）通過多種類型的學習活動，激發學生創新的興趣

六年級教學指南的學習活動，除了自主閱讀、分析、討論、思考、實踐等類型，還有很多在數字化環境中開展的實驗、情景劇、角色扮演、辯論等類型。例如，第3課的“把車推到目的地”學習活動，既讓學生在輕松有趣的氛圍中體驗了比較抽象的“過程與控制”，又在這個過程中設計推車路線，增強了學生的創新意識；第30課的辯論賽既讓學生樹立了正確的價值觀，又提升了他們的自我表達能力和思辨能力，為創新奠定了堅實的基礎（如圖3）。

（二）挖掘潛在的“設計”機會，讓創新意識和創新行為落到實處

如何讓創新落到實處？如何讓創新具有可行性？創建更多的“設計”活動，引導學生主動進行設計，通過設計表達自己的創意，就是落實創新的重要途徑。我們知道，隨著人工智能技術的發展，在未來社會，提出問題、設計方案是一種非常重要的能力。面對各種人工智能產品，如果你提不出問題和要求，不知道要讓它幫助你做什么，終將被人工智能時代淘汰。因此，六年級教學指南里創設了不少“設計”類活動，讓學生提出自己的要求，表達自己的創意。例如，第3課讓學生在經歷了推車子的控制過程后，設計一臺符合自己要求的自動送貨機器人；第11課鼓勵學生想象和設計具備反饋功能的微波爐和洗衣機；第14課引導學生設計自己的智能家居，并設計出智能家居App的操作界面；第17課引導學生設計自己的智能種植園，雖然種植園無法真正運行，但要鼓勵學生去構想、去規劃，甚至畫出草圖。

（三）堅持問題導向，增強創新的目的性和可行性

要使創新得到更好的落實，就要堅持問題導向，這樣才保證創新不會走過場，不會落空。例如，在第3課“把車推到目的地”的活動中，最開始設計這個活動時，編者認為要開放性強一些，對學生少一些干擾和約束，于是只要求學生把車推到目的地，體驗這個過程中的控制。但是在試教過程中，編者發現這個活動實施起來略顯倉促，學生推著車子從起點走到終點就結束了，問學生感受到什么，他們覺得只是很簡單的一個過程，好像沒有什么值得思考的。于是，編者細化了活動要求，設計了一些問題，讓學生帶著問題去體驗推車子的過程……在設計自動送貨機器人時，也建議教師關注問題導向，在設計具備反饋功能的微波爐和洗衣機時，也列出具體的問題，給學生更多方向上的指引（如圖4）。緊扣學習目標的問題，會為學生的創新思維發展提供有用的腳手架，讓創新更加可行。

四、數字化學習環境視角：實驗設計

如今，數字化學習環境已成為一種基本的學習環境。六年級教學指南創建了豐富的基于數字化學習環境的“實驗”類活動，旨在引導學生能自主利用各種數字化平臺與工具探索新知識、掌握新技能，從而以比較新穎的視角去思考問題和分析問題，逐漸具備在數字化環境中生存的能力。

通過表2匯總的基于數字化學習環境開展的實驗，師生可以總體把握六年級教學指南實驗的設計思路。

六年級教學指南的“實驗”屬于學習活動的一種，但此類活動需要借助數字化平臺或工具，如虛擬仿真工具、開源硬件、實體機器人等，因此與一般的學習活動有所區別。教學指南秉持“用簡單操作和簡明思路幫助學生理解和體驗”的原則，因此實驗小而精，易操作（如圖5），讓學生在數字化學習環境中體驗控制的過程，理解控制背后的機制，發展計算思維，增強創新的主動性。

為了保證數字化學習環境的多樣性，第五、六、七單元實驗環境的選擇可以有所側重。例如，第五單元建議以開源硬件為主，第六單元以虛擬仿真工具為主，第七單元以Python環境為主。

另外，課標“過程與控制”模塊第5條內容要求明確了“能在實驗系統中通過編程等手段驗證過程與控制系統的設計”，因此，六年級教學指南對編程驗證也有所體現。但是，由于學生的編程基礎參差不齊，教師教學時要根據實際情況靈活處理，采取相應策略，不要讓程序編寫或程序驗證成為學習的障礙。對此，編者在設計虛擬仿真實驗時，為師生順利開展基于編程環境的實驗提供了三個層次的支撐：參數設置面板、圖形化程序和Python程序。

1.部分虛擬仿真實驗可查看圖形化程序和Python程序，部分實驗還提供參數設置面板。

2.對不同編程能力水平的學生，可采取分層的策略幫助他們開展編程驗證實驗：一是在參數設置面板中改參數；二是讀圖形化程序；三是讀Python程序 （如圖6）。對于編程能力較強的學生，要求他們修改或補充程序中的關鍵語句。

這種分層策略，會讓學生的編程能力逐級提高，數字化學習與創新能力得到不斷發展。

總的來說，六年級教學指南通過構建層次分明的內容架構，選取符合學生認知規律的內容切入點，設計豐富的學習活動（包括基于數字化學習環境的多個實驗），讓學生的核心素養得到了有效培養，保證其創新意識和創新能力培養得到真正落實。

（作者系人民教育出版社課程教材研究所信息科技課程教材研究開發中心主任編輯、副編審）

責任編輯：牟艷娜