信息科技實驗教學探析與實施方略

摘要： 信息科技實驗教學作為中小學科學教育的重要組成部分，旨在通過“科”“技”并重的課程理念，培養學生的實踐能力、創新思維和問題解決能力。針對當前實驗教學面臨的實驗資源不足、教學方法單一、評價機制不完善等問題，提出了基于“過程與控制”模塊的實驗教學實施策略，強調通過系統化分析、分層教學設計和數字化資源整合，優化實驗教學內容與方法。研究結果表明，該策略能有效提升學生的實驗能力和核心素養，為信息科技實驗教學的高質量發展提供實踐路徑，助力培養適應未來社會的創新型人才。

關鍵詞：信息科技；實驗教學；實施方略；過程與控制

2019年，教育部印發的《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確指出“實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑”。2023年，教育部等十八部門聯合發布《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，提出“強化實驗教學”“提高學生科學素質，培育具備科學家潛質、愿意獻身科學研究事業的青少年群體”。作為中小學科學教育的重要組成部分，信息科技課程在培養學生信息素養、發展計算思維、提升數字化學習與創新能力、踐行信息社會責任等方面具有不可替代的作用。高質量的信息科技實驗教學不僅有助于學生理解基本概念和基本原理，還能促進學生形成學科思維，提高綜合運用多學科知識解決實際問題的能力，培養創新精神。本文以“過程與控制”模塊為例，探討信息科技實驗教學的基本遵循，分析當前存在的主要問題，并提出相應的策略，以期為提升教學質量提供參考。

一、信息科技實驗教學的基本遵循

《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確要求：要努力構建與德智體美勞全面培養的教育體系相適應、與課程標準要求相統一的實驗教學體系。作為信息科技課程體系的有機組成部分，實驗教學應注重體現課程性質，反映課程理念，契合課程目標，全面落實課程標準要求。因此，信息科技實驗教學應遵循以下原則。

（一）體現基礎性

體現基礎性是指實驗教學應圍繞課程的基本概念和基本原理展開探究。在這個過程中，教師需關注學生的已有知識基礎和生活經驗，引導他們在日常生活中發現問題、提出問題，設計解決方案，驗證方案并解決問題。例如，“過程與控制”模塊的基本概念有系統、子系統、模塊等，基本原理包括開環控制和閉環控制的工作過程、邏輯與運算對實現控制的作用。在教學中，教師可通過實施“智能種植系統設計與實現”項目式教學，引導學生關注農業生產或植物養護，在設計并實現小型智能種植系統的實驗探究中，對涉及的基本概念以及閉環控制基本原理建立起結構化的整體認知。

（二）突出探究性

實踐性是實驗教學的基本屬性，探究性是其價值屬性。信息科技課程的理念之一就是“倡導真實性學習”^[1]，這就要求信息科技實驗教學要引導學生聚焦真實問題，經歷原理運用、計算思維和數字化工具應用過程，凸顯學生的主體性。例如，探究連續量如何通過閾值轉換成開關量，教師可以讓學生利用水銀溫度計觀測手心或熱水溫度的連續變化過程，引導學生思考為什么夏季空調一般設定在 26 ℃，當室溫高于或不高于26 ℃時，空調的運轉狀態是否有變化，然后組織學生利用實驗設備和算法知識編寫（完善）并測試程序模擬實現空調系統的制冷（吹風）功能。學生在這個實驗中經歷了動腦思考、動手實踐、觀察現象、分析數據、得出結論的過程，在解決實際問題的過程中建構知識體系、形成綜合能力，充分體現了“做中學”“用中學”“創中學”的課程實施理念。

（三）強化綜合性

信息科技實驗教學的綜合性體現在兩個方面。一是“科”與“技”并重，不僅要讓學生掌握技術層面的操作實踐，還要促進學生在深入理解基本概念和基本原理的基礎上運用與創新；二是信息科技和其他學科融合，共同支撐實驗教學。以“智能種植有方法”單元為例，學生為了完成智能種植系統功能，不僅要運用信息科技學科知識，還要整合科學、勞動、數學等學科的知識，如分析環境對植物生長的影響、智能種植模擬環境的結構及美學設計、應用相關數學知識確定閾值等。由此可見，融合多學科的實驗教學既有助于學生把握信息科技的本質，又能拓寬他們的視野，增強其解決復雜問題的能力。

（四）注重創新性

人才是國家競爭力的核心要素之一。在數字技術深刻改變人類思維、生活、生產和學習等方式的時代背景下，培養面向未來的創新人才是教育的職責和擔當。信息科技實驗教學重點是引導學生關注技術和社會發展，學會發現有價值的問題，并針對問題提出假設、設計解決方案，鼓勵學生勇于試錯，在不斷探索中解決問題，促進學生形成批判性思維和創造性思維。例如教學“反饋與優化”時，教師可以引導學生結合生活經驗思考：洗衣機洗衣服的過程是開環控制還是閉環控制？在使用過程中是否遇到過不滿意的情況？有的學生認為洗衣機加水的過程屬于閉環控制，因為它需要檢測水位；有的認為設定洗滌時長的洗衣過程是開環控制；有的反映洗完的衣服晾干后仍有污漬；有的提到洗衣液加多時，泡沫會從投放口溢出……針對學生發現的問題，教師追問是否有改進方案。學生可能會提出增加傳感器來檢測衣物的清潔度，或者根據衣物重量和污漬程度自動調整洗衣液用量，甚至在超過最大洗衣重量時發出提示音。如果條件允許，教師可以讓學生嘗試驗證這些改進措施。這類開放性的現實問題，能夠提升學生發散思維和解決新問題的能力，從而為創新人才的培養奠定堅實基礎。

二、信息科技實驗教學的實際問題

信息科技實驗教學對教師而言尚屬新興領域。許多教師常將實驗教學與傳統上機操作或簡單的實踐操作混淆。目前，實驗教學在實施中還存在一些亟待解決的問題。

（一）實驗資源不足

實驗資源不足主要表現在兩個方面：一是硬件資源匱乏，尤其是支撐實體實驗項目的設備配備不足。例如，一些學校的信息科技實驗室配置基本是傳統的機房和互聯網，缺少“過程與控制”模塊實體實驗教學所需的主控板、傳感器等必要設備^[2]。二是軟件資源問題，如軟件或平臺授權許可問題（注冊需手機驗證碼與學生無手機之間存在矛盾）、版本兼容性問題（現有硬件不支持軟件運行）、功能需要付費使用，以及部分平臺中充斥廣告等不可控干擾因素等問題。對很多學校來說，實驗資源不足是制約信息科技實驗教學質量提升的主要因素。

（二）重“技”輕“科”

信息科技課程標準倡導“科”與“技”并重。但在實際教學中，尤其在實驗教學中，很多課堂出現重“技”輕“科”，甚至出現有“技”無“科”的現象。部分教師沿襲傳統教學觀念，將實驗教學簡化為“完成實踐任務的操作步驟”，按部就班地推進實驗教學。這種做法雖然保證了教學的條理性和可操作性，有利于達成操作結果，但減少了學生通過實驗深化理解基本概念和基本原理的機會，忽視了對學生實踐能力的全面培養以及創新潛能的深度挖掘。

（三）教學方法單一

面對信息科技實驗教學豐富多樣的內容和復雜多變的流程，許多教師在授課時，傾向采用自己駕輕就熟的講授法與演示法，以確保實驗順利進行。然而，這種單一的教學方法缺乏靈活性與精準性，無形中為學生設置了一個固定的問題解決框架，限制了他們思維的拓展與深化。這不僅不利于學生數字素養與技能的全面提升，也難以有效激發他們的創新思維。

（四）實驗教學評價機制不完善

信息科技課程標準倡導素養導向的多元評價。但是，在實驗教學中，教師往往難以全面、及時關注每位學生的具體表現、反思過程和個人發展，因此評價焦點往往集中在實驗結果的準確性和實驗報告的完整性，而忽視了對學生的團隊協作能力、實驗設計能力、探究能力和創新思維等素養的綜合評估。這種偏重于結果的評價方式常常導致學生在實驗中過于追求最終成果的呈現，忽視實驗過程中的學習與探索，未能充分發揮評價在促進學生學習和幫助教師優化教學中的作用^[3]。

三、信息科技實驗教學的實施策略

為體現實驗教學的基本遵循，解決現存問題并提高實驗教學質量，我們在實踐研究基礎上提出實驗教學實施策略：采用系統化方法，全面分析模塊在整個學段中的地位和內容結構特點，基于“科”“技”并重課程實施理念，聚焦實驗涉及的基本概念和基本原理，合理設計實驗目標和實驗內容，整合實驗資源以確定實驗類型和實驗方法；同時，注重實驗過程中的反饋調整機制建設，以及時優化和調整教學內容和方法，確保實驗教學服務于教學目標達成和學生核心素養發展（如圖1）。

下面結合《義務教育信息科技教學指南》（以下簡稱“教學指南”）“過程與控制”模塊對該實施策略進行闡述。

（一）分析模塊地位

信息科技課程標準明確提出課程內容應圍繞數據、算法、網絡、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線進行構建。“過程與控制”模塊在課程體系中起到了橋梁的作用，既是對小學前兩個學段知識技能的深化與提升，又為初中階段，特別是物聯網實踐與探索模塊的學習奠定了堅實的基礎。在該模塊的實驗教學中，學生能夠加深對如連續量、開關量、閾值等數據的理解，并能將數據與輸入、計算、輸出等環節，算法與控制功能，信息處理、信息安全與過程控制的工作流程等建立聯系，以及利用網絡資源和生成式人工智能開展學習。因此，在設計和實施實驗教學時，教師需要高度重視對六條邏輯主線的綜合處理與整合，體現各知識點之間的內在聯系，逐步引導學生深入理解并掌握該模塊的核心概念與技能，確保學生能夠在整個學習過程中形成完整、系統的知識體系和問題解決能力。

（二）把握模塊內容組織架構

教學指南的編寫理念強調內容的基準性及廣泛的適切性，對具體的實施環節或過程采取了留白處理，為教師進行二次開發提供了一定的空間。因此，教師需要準確地把握模塊的內容組織架構，以利于系統地設計并實施相應的實驗教學。教學指南中“過程與控制”模塊的內容架構特點如下。

1.主題單元筑基礎

“過程與控制”模塊一共有8個單元，前4個單元側重于基本概念和基本原理的理解和簡單運用，體現了基于學科核心知識的主題教學理念，與之對應的主要是驗證型實驗教學^[4]。第1—4單元主要內容梳理見表1。

在實際教學中，教師可以遵循主題學習特點對單元主題做適當的調整，如可將四個單元主題對應調整為生活中的過程與控制、控制系統中的數據與運算、控制系統的類型、控制系統的分解與集成。

2.項目單元強能力

“過程與控制”模塊中的第5—7單元側重于綜合實踐，體現了項目式學習的理念，旨在讓學生基于場景提出問題，設計問題解決方案，并進行驗證與優化，以形成學科思維和方法，提升綜合運用學科知識解決較復雜問題的能力，與此相匹配的是探究型或創新應用型實驗教學（見表2）。

上述三個單元不僅促進了學生對第1—4單元內容深化理解和綜合運用，還突出了數據檢測、模塊、計算機程序在控制系統中的重要作用。在實踐中，對于有硬件條件的學校，教師可以結合本校條件設計2—3個單元項目；而在缺乏硬件支撐的學校，教師可以利用人教信息科技數字資源平臺提供的虛擬仿真實驗展開教學。此外，如果學生編程能力一般，可以適當降低編程難度，側重于通過對照功能閱讀程序或適當改寫程序來觀察系統控制效果，以此促進學生理解計算機程序在控制系統中的作用。如果學生學習基礎比較好，教師可以從增加和優化系統功能的角度擴展學習內容，體現項目的開放性，以此培養學生的創新意識和創新能力。

3.綜合育人價值

促進學生形成信息意識、發展計算思維、提高數字化學習與創新能力、踐行信息社會責任是信息科技課程育人價值的集中體現。學生核心素養的形成與發展需要持之以恒的培育過程。綜觀每一課中的案例情境、6條邏輯主線的融會貫通以及第8單元“自主可控與安全”這一主題教學，無不滲透著課程的育人導向。因此，教師在設計實驗教學時，可以與時俱進、因地制宜、立足學情深挖實驗教學載體或內容素材，滲透國家和民族基本價值觀，立體化塑造課程育人價值。例如，在教學第5單元“智能種植有方法”時，教師可以從糧食安全問題切入，引導學生思考“為什么我們國家要設定18億畝耕地紅線”“寒冷的北方在冬天如何生產糧食和經濟作物”“怎樣設計智能大棚的系統及子系統”“如何實現系統和子系統的功能”等問題。通過這一系列的問題鏈，將單元實驗完整串聯，提升實驗教學的育人功能。再如，在第7單元“汽車里的小奧秘”的教學中，教師可以將我國新能源汽車飛速發展的背景有機融入實驗教學，突顯我國工業的自主研發和創新精神，激發學生“強國有我”的責任感和使命感。

（三）整合實驗資源

堅持實體硬件實驗與虛擬仿真實驗相結合原則，充分挖掘數字資源，可以解決硬件實體實驗資源不足、教學評價低效等問題。以下以“過程與控制”模塊第5單元“智能種植有方法”為例，闡述借助人教信息科技數字資源平臺開展實驗教學取得的成效。

1.實驗環境搭建方便

人教信息科技數字資源平臺提供的虛擬仿真實驗支持在線和本地運行兩種方式。在線方式注冊成功后憑賬戶、密碼即可登錄平臺免費使用；本地方式的資源下載、安裝、運行簡便易行。

2.有利于強化基本概念和基本原理理解

在“土壤濕度控制好”和“光照溫度要適宜”兩課的虛擬仿真實驗中，學生可以通過拖動鼠標設置濕度傳感器和光敏傳感器閾值，點擊“+”“-”可以改變土壤濕度和環境光照度。通過這種互動方式，學生能夠觀察并理解澆水與否或燈光（光照）狀態變化的過程，進而通過實驗現象對比分析程序，深入理解閉環控制過程及閾值在控制中的作用。有硬件實驗條件的教師也會在教學中利用這些虛擬仿真實驗，并認為它們不僅有利于學生理解基本概念和基本原理，還能有效提升學生在實驗中的問題解決能力和實驗效率。

3.有利于提高教學評價實效

信息科技實驗教學應充分發揮學科特色和優勢，利用數字化教學平臺開展評價。人教信息科技數字資源平臺在教師端集成了教學中心，為教師提供了備課授課、管理班級、查看教學數據等功能。除平臺預置資源外，教師還可以通過創建或上傳的方式添加實驗任務單、練習和試題，以供課堂教學時調用。教學過程中，教師可通過平臺與學生實時互動，實現問答、搶答、練習推送、仿真實驗、批改講評和獎勵等功能。平臺能夠動態監測學生的實驗過程，通過多種指標全程記錄學生實驗數據，描摹學習畫像，形成可視化的實驗報告，全面評價學生知識、原理以及技能掌握情況，以促進學生學習。此外，平臺的“數據中心”功能允許教師從多個維度統計和查看不同年級、班級和課堂的學習進度、授課情況和隨堂練習數據，為教師評估學生表現、及時調整實驗教學和優化教學方案提供數據支持。

四、結語

信息科技實驗教學是實現課程育人價值的重要途徑。信息科技教師需深入理解實驗教學的深層含義與精髓，緊扣教學指南的脈絡，精準錨定實驗教學目標，以“科”“技”并重理念引領，不斷豐富實驗教學形式和方法，從而提升學生實驗能力和素養。唯有如此，信息科技實驗教學才能真正成為落實育人理念、培育時代新人的堅實陣地，為學生全面發展注入強勁的數字動力，推動信息科技教育走向成熟與卓越。

注：本文系人教數字教育研究院2023年度重點課題“信息科技課程數字教材建設實踐研究”（課題編號：RJA0323002）、遼寧省教育學會2024年度課題“基于信息科技學科發展學生核心素養的過程性增值評價研究（課題編號：XH2024866）的階段性研究成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022：1-5.

[2] 李鋒.新版課程標準解析與教學指導.小學信息科技[M].北京：北京師范大學出版社，2022：222-223.

[3] 黃榮懷，熊璋.《義務教育信息科技課程標準（2022 年版）》解讀[M].北京：北京師范大學出版社，2022：11-12.

[4] 黃應會.六年級“過程與控制”教學指南設計思路解讀[J].中小學數字化教學，2024（10）：18-22.

（作者趙春芝系遼寧教育學院教研員；陳東升系遼寧省沈陽市東北育才學校教師）

責任編輯：李媛