深度學習，讓實驗教學穩步深耕讓思維品質有效攀升

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）12—0036-04

實驗教學為本，聚焦深度 學習

在初中信息科技課程中開展實驗教學，不僅是踐行《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》倡導的“做中學”“用中學”“創中學”理念的重要舉措，更是落實培養學生實踐能力與創新思維這一核心教育目標的關鍵抓手。上海師范大學黎加厚教授認為：深度學習是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入原有認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習。深度學習區別于淺層學習，更注重學生高階思維能力的培養。在初中信息科技實驗教學中，深度學習助力學生深度領悟實驗原理，在操作實踐與理論知識之間搭建起穩固的橋梁，促進實驗教學目標的達成。下面，筆者結合教學實踐從實驗教學的三個方面闡述深度學習的實施路徑。

多元要素賦能的實驗資源深度支持

1.搭建實驗平臺，讓學習可視化

初中階段的學生，正處于從形象思維向抽象思維過渡的重要時期，其認知能力在不斷發展，但仍存在一定的局限性。在這個階段，學生對于直觀、形象的知識接受度較高，而對于過于抽象、復雜的內容理解起來則較為困難。以“人工智能與智慧社會”模塊中的機器學習教學為例，初中階段的學業要求重點聚焦于學生對機器學習的理解和應用層面。考慮到初中學生的認知特點，在教學過程中不必過分強調學生對每一行代碼的精確編寫，因為這對他們而言可能過于晦澀難懂，容易造成畏難情緒。對此，教師不妨搭建可視化實驗平臺，以動態的實驗效果呈現機器學習的運行機制。例如，在體驗KNN分類算法時，學生可以通過點擊實驗平臺中的上一步（或下一步），停下來觀察數據點如何被逐步劃分到不同類別中，從而清晰地看到算法的底層邏輯。通過這種可視化的實驗呈現過程，學生更容易理解信息科技背后的復雜原理。

2.提供實驗器材，讓學習可交互

真實的實驗器材能夠調動學生的多種感官，使學生在實驗操作的交互中全面深入地掌握知識。美國緬因州的國家訓練實驗室發布的《學習金字塔》報告表明，單一感官獲取信息，知識留存率較低，而視覺、聽覺、觸覺等協同運作，則能有效提高知識的吸收和記憶效果。以“互聯網應用與創新”模塊中家庭小型網絡搭建的實驗教學為例，教師提供網線、平板、無線路由器、光貓等設備，學生以小組為單位根據自主設計的網絡拓撲圖動手實踐，在選擇網口、插拔網線、配置路由器的交互過程中深人認識各種網絡設備，在檢測網絡通斷、診斷故障的調試過程中深入理解家庭小型網絡架構。在學生與實驗器材的充分交互中，深度學習自然發生。

3.設計實驗學單，讓學習可 推敲

在實驗教學中，結構清晰的實驗學單對幫助學生記錄實驗數據，進而引導他們從現象中發現規律、自主建構學科知識框架起著至關重要的作用。實驗學單就像是一張知識探索的路線圖，為學生的學習提供清晰的指引，讓整個學習過程有跡可循。

案例1：

在浙教版初中信息科技《認識TCP/IP》一課的網絡抓包實驗中，學生用網絡嗅探器收到HTTP數據包，然后選定其中一個數據包，分析其數據的變化過程，記錄在實驗學單中（如下圖）。計算可得：TCP包=TCP包頭部+HTTP包，IP包=IP包頭部+TCP包。基于數據實證，以及結構清晰的實驗學單，學生很快發現HTTPTCP、IP之間自上而下逐層添加頭部數據，這一變化過程驗證了TCP/IP協議中的分層思想。巧妙的實驗學單設計為學生厘清了實驗目的，讓學生從盲目摸索轉為主動探究，在關鍵節點處激發學生思考，為深度學習奠定了基礎。

綜合策略助推的實驗技術 深度掌握

1.同一實驗項目，多步實驗流程

對學生而言，清晰把握實驗全貌是深入學習的基礎。學生在面對一個實驗項目時，若能從整體框架入手，建立起系統的認知，則能更好地理解每個實驗步驟在達成最終目標中的作用。這不僅有助于學生將零散的實驗操作整合為連貫的知識體系，還能培養他們的全局思維和邏輯能力。

在實驗初始階段，學生依據實驗學單的引導，針對簡單的實驗現象展開探究，憑借基礎實驗知識和技能得出初步結論。隨著實驗的推進，步驟難度提升，學生聚焦核心問題，展開更加深度且全面的探究。在推導實驗結論時，充分整合前序步驟所獲取的實驗結果，進行系統性分析與歸納。整個實驗流程由淺入深，使學生在循序漸進的探索與思考中，有效鍛煉實驗技能和知識整合能力。

2.同一實驗方式，多元實驗設備

某些實驗的課堂時間有限，若要求每個小組把所有實驗設備及各種實驗可能性都完整地嘗試一遍，不僅難以在規定時間內完成教學任務，還會導致實驗過程倉促，學生無法深人探究。同時，不同的實驗設備所產生的實驗數據和結果雖存在差異，但其本質往往具有相似性。因此，為不同小組分配不同的實驗設備支持其進行獨立體驗，是一種高效且實用的教學方法。一方面，這種方式極大地豐富了實驗的多樣性。不同小組使用不同設備進行同一實驗，有助于獲取多種視角下的實驗數據和現象，讓學生從多個維度加深對實驗內容的理解。另一方面，這種方式有效縮短了實驗時間。每個小組專注于一種設備的操作，無需在多種設備間頻繁切換，從而提高了實驗效率。當然，在實驗結束后教師應組織各小組進行交流討論，使學生全面了解不同設備在同一實驗方式下的表現。

案例2：

在浙教版初中信息科技《常見的傳感器》一課中，為了探究傳感器的類型和功能，以小組為單位進行實驗，每組隨機分配不同的傳感器進行測試和記錄。實驗后，教師組織學生交流。

第一組組長：我們組測試的是距離傳感器，當小球放在5cm處時數值為3500，當小球放在10cm處時數值為1700，當小球放在15cm處時數值為 1000 我們發現，數值越大，距離越近，反之越遠。

第二組組長：我們組測試的是濕度傳感器，當傳感器上不沾水時數值為0，如果往傳感器上噴水數值變為4095，然后用紙巾擦拭一下數值變為543。我們發現，數值越大，濕度越大，反之越小。

第三組組長：……

教師提問：如果第一組的傳感器數值是3000，請其他小組推測它所感知的環境處于什么狀態。

第二組學生：說明物體與傳感器的距離在5cm～10cm之間。

由此可見，雖然傳感器種類較多，每組只體驗了其中一種，但是通過分享交流，學生能觸類旁通。分組體驗不同實驗設備的方法，既提升了課堂實驗效率，又保證了實驗內容的豐富多元。

3.同一實驗過程，多組實驗 對照

在實驗過程中，單一的實驗結果容易受到多種因素的干擾，如操作誤差、設備的細微差異等，導致結論不準確。多組實驗對照能有效降低這些隨機因素的影響，通過對比不同組的數據，可以讓學生更精準地把握實驗規律。從培養學生科學素養層面來說，通過小組匯報互相檢驗實驗結果，能激發學生的批判性思維，有助于培養學生嚴謹的思維習慣和實事求是的科學態度。

多維路徑引領的思維能力深度建構

1.關鍵問題勾連，驅動思維生發

在實驗教學中，學生如果只是機械地完成實驗任務，其思維難以得到有效鍛煉，無法實現知識的深度內化與能力的提升。而關鍵問題的提出，不僅能激發學生的好奇心與求知欲，還能驅動他們對知識進行整體性理解和深人探究。通過將學習任務劃分為一系列有機聯系的問題，為學生提供了一條逐步深入的學習路徑，使學生在掌握信息科技知識和技能的同時培養了學科綜合素養。此外，問題的設置應從實驗現象出發，充分考慮前后環節的關聯性，搭建起學生思維的橋梁。

案例3：

在2024年全國初中信息科技優質課《讀你所AI——基于個性化推薦算法的圖書推薦》一課中，教師以一連串的問題鏈組織學生實驗。

問題1：為了實現班級圖書個性化推薦，需要采集哪些用戶數據？

該問題的設計目的：厘清實驗思路，從采集數據到算法排序，最終實現個性化推薦。為后續動手實驗設置內容標簽打好基礎。

問題2：觀察兩本書的標簽信息，猜測人工智能會推薦哪一本書給老師？

該問題的設計目的：通過探究發現，一本書滿足的標簽數量越多，其推薦的可能性越大。從原理上掌握基于內容的推薦算法。

問題3：借鑒好友之間的圖書推薦方式，當A和B的興趣愛好相似，且A推薦的書B沒有讀過時，該書被推薦成功的可能性更大。如何讓系統識別出符合條件的讀友？

該問題的設計目的：引出協同過濾算法，對系統給出的圖書進行評分，作為算法判斷依據。

本課的實驗教學采用了問題鏈層層深入的方法，將教學環節之間勾連起來，最終驅動學生計算思維的生發。

2.真實情境應用，加強思維印證

實驗教學的價值在于持續深入，并走向真實場景應用。真實情境中的問題往往具有模糊性、復雜性以及多維度性，學生在面對這些問題時，需要深度運用分析思維，從繁雜無序的信息中抽絲剝繭，精準抽象出核心問題。

例如，在“物聯網”項目中，學生首先要面對的是如何依據不同的監測需求，從眾多傳感器中做出恰當的選擇。以“智慧體育館”項目為例，學生要綜合考量場館布局、運動項目特點、成本預算等多方面因素，將課堂上學到的傳感器原理性能參數等知識，與現實情境中的具體需求相結合。不僅如此，學生還會遇到數據的異常波動、格式錯誤等問題，需要充分運用邏輯思維，從傳感器、網絡、物聯網中臺、程序代碼等多個方面進行排查。學生在解決實際問題的過程中，不斷進行思維的碰撞、修正與完善，從而做出正確的判斷。

3.個性案例創新，助推思維 突破

創新應用性實驗旨在培養學生的創新思維，提升學生創造性解決實際問題的能力。例如，在浙教版信息科技八年級下冊的學習中，學生將物聯網與人工智能結合進行實驗，碰撞出創意的火花。教師給定如智慧農場、校園氣象站等具有現實意義的主題，各實驗小組自主選擇研究視角，運用物聯網技術部署傳感器收集數據，借助人工智能算法分析和預測，設計出如智能化灌溉與施肥系統、氣象信息發布與災害預警平臺等個性化的智慧解決方案。

這種自主探索的模式激發了學生的創新活力，使其跳出傳統實驗框架，積極嘗試新技術的組合應用。學生在創新實踐中，掌握了物聯網與人工智能核心技術，思維也實現從線性到系統性、創造性的轉變，高階思維得到有效發展。

結語

初中信息科技實驗教學中的深度學習，是學生在實驗過程中對知識進行批判性理解、主動建構，并實現知識遷移應用的學習方式。它強調學生高階思維能力的培養，超越了傳統淺層學習模式，是學生提升信息科技素養、適應未來社會發展需求的有效途徑。教師應充分認識深度學習對學生成長的重要意義，不斷優化教學方法和策略，為學生持續提供深度支持的實驗資源，引導學生熟練掌握實驗技術，注重學生思維能力的深度建構。相信隨著深度學習在實驗教學中的推進，學生將具備更強的學科實踐能力，成長為適應數字化時代需求的創新型人才。

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