基于新課標的初中信息科技實驗教學實踐與反思

一、初中信息科技學科開展實驗教學的必要性 （三）信息科技學科實驗教學現狀

（一）義務教育階段課題標準的相關要求

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（下稱新課標）的發布標志著信息技術課程正式向信息科技課程轉型，信息科技教學的重點將全面轉向培養全體學生的核心素養。新課標在教學過程中強調科學原理與實踐應用并重，然而僅靠傳統的講授方式難以實現理想的教學效果，學生需要通過“做中學\"的方式，在實驗探究中逐步內化和理解這些原理。實驗教學可以幫助學生從實踐中直觀且深入地理解信息科技背后的科學原理、技術突破和應用創新，將在信息科技課程中學到的知識遷移到其他學科和實際生活中，從而提升他們的核心素養。

通過實驗教學，學生可以在動手操作中培養實際操作能力，提升解決實際問題的能力。例如，學生在進行編程實驗時，不僅能夠學習到編程的基本概念和技巧，還能通過調試和改進代碼，深人理解算法和邏輯思維。這種實踐性的學習方式，可以幫助學生實現理論知識與實際應用的結合，提高學習的有效性和趣味性。

（二）傳統信息科技教學方法存在弊端

傳統的信息科技教學多采用講授法、任務驅動法，教師單向傳授知識，學生被動接受，限制了學生的思維發展，抑制了學生的主動性和創造性，影響學生分析問題和解決問題能力的培養，也容易降低學生的學習積極性。傳統的信息科技教學方法往往容易忽視動手實踐環節，學生缺乏動手操作的機會，難以將理論知識轉化為實踐技能。

1.實驗教學設備條件不足

實驗教學資源不足、內容單一，無法滿足信息科技實驗教學的需求。囿于資金或空間限制，一些學校的實驗室設備數量有限，難以保證學生充分地實踐，導致學生對信息科技學科實驗缺乏學習興趣和學習動力。新課標對信息科技實驗室提出了具體要求，但部分學校仍難滿足條件。

2.教師實驗教學經驗缺乏

多數教師的教學理念未及時更新，課堂教學重實踐操作講授，輕實驗教學研究。信息科技課程課時少，實驗往往被忽視或簡化，教師缺乏實驗教學經驗，應加強關于實驗教學的培訓和交流，以適應新課程標準的要求，以便更好地指導學生進行實驗操作。

3.實驗教學評價體系單一

目前很多學校過于重視實驗結果，而忽視了對學生實驗過程和學習能力的評價，這導致學生只關注實驗結果，忽視了實驗過程中的觀察、思考和總結，從而影響了他們的實踐能力的培養。實驗評價反饋渠道不暢，學生無法及時了解自己的評價結果和存在的問題，從而無法及時調整自己的學習策略和方法，也無法及時糾正自己的錯誤、彌補不足。

二、初中信息科技實驗教學的理論基礎

（一）初中信息科技實驗教學的類型

教育部發布的《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》中，初中實驗教學基本目錄包含多種類型的實驗活動。魏雄鷹將義務教育信息科技的實驗活動分為四種類型：

1.驗證性實驗

通過實驗操作來驗證已知理論或定律的正確性，幫助學生將理論知識與現實觀察結合起來，提高學生的辯證思維能力。例如“景區門票掃碼驗證\"實驗，引導學生通過景區閘機驗證條碼識別的過程，了解物聯網系統中條碼識別的工作機制。

2.探究性實驗

設定問題情境，引導學生自主探索規律，有利于提高學生的科學探究能力和問題解決能力。例如“汽車雷達避讓障礙”實驗，鼓勵學生通過實際操作和實驗來探索未知現象、提出假設并驗證。

3.創新應用性實驗

將所學知識應用于實際問題的解決中，強調創新性和實用性，有利于培養學生創造性解決實際問題的能力。例如“校園在線數字氣象站\"實驗，學生可以先利用地理、信息科技學科知識制作校園數字氣象站模型，部署氣象站，再利用物聯網系統收集并匯總多個氣象站的數據，驗證預測準確度。

4.虛擬仿真實驗

利用計算機軟件模擬真實實驗，不受空間和時間限制，可以幫助學生深入理解實驗過程和結論。例如，學生可以利用虛擬環境學習互聯網安全和互聯網協議等技術。

（二）初中信息科技實驗教學的流程

初中信息科技實驗教學可以從六個環節展開，如圖1所示。根據課程標準和教材內容，明確實驗目標，激發學生學習動機；實驗原理為實驗設計和結果分析等提供了理論依據；充分的實驗準備可以確保實驗的順利進行并取得可靠的結果；實驗過程中注重培養學生的實際操作能力和科學精神；通過實驗總結，分析實驗過程中的不足之處并找到改進措施；實驗拓展，引導學生遷移知識解決其他問題，培養學生創新能力。

三、初中信息科技實驗設計

初中信息科技實驗教學可以從“創設情境，提出問題一——分析問題，規劃設計——實驗探究，搭建系統一—總結反思，評價交流一拓展提升，知識遷移\"五個環節展開。以“設計與制作物聯網智能灌溉系統\"實驗為例，實驗過程如圖2所示。

本實驗引導學生從實際需求出發，設計并搭建一個智能灌溉系統。通過實驗活動，學生能深入理解物聯網自動灌溉系統的原理與實現過程及遠程控制技術的應用價值，提高解決問題的能力和實踐能力。教學對象是八年級的學生，他們已學習了圖形化程序設計、傳感器等知識，能夠設計與編寫簡單程序控制硬件系統，具有一定的觀察能力、分析能力和合作學習能力。

（一）創設情境，提出問題

教師展示幾張家鄉茶園干旱和人工灌溉的圖片，引出茶農們的困擾，即干旱導致茶樹枯死，茶葉產量減少，人工灌溉費時費力費水，灌溉不均勻，引導學生思考如何用技術手段解決問題，從而明確實驗目標。

設計意圖：引導學生關注身邊實際問題，培養學生用技術解決社會問題的意識。

（二）分析問題，規劃設計

將傳感器和網絡等與人類感覺器官進行類比，幫助學生理解傳感器和網絡等的作用。在此基礎上抽象出物聯網的工作過程（全面感知 $$ 可靠傳輸 $$ 智能處理）。學生小組討論設計系統，用自然語言描述本組設計的智能灌溉系統的工作過程。

設計意圖：幫助學生厘清實驗思路，強化原理理解。

（三）實驗探究，搭建系統

引導學生查看實驗記錄單并進行合理分工，如表1所示。

表1實驗記錄單

小組成員及分工

實驗一：繪制流程圖

引導學生將智能灌溉系統的工作過程用流程圖的形式呈現，如圖4所示，記錄在實驗單上。

圖4智能灌溉系統的工作過程流程圖

學生得出結論：土壤濕度傳感器檢測到土壤濕度值，判斷其與設定值的大小關系，決定水泵是否工作。

設計意圖：通過流程圖深度剖析實驗原理，為后面的硬件搭建及程序編寫打下堅實基礎。

實驗二：制作自動澆水裝置

引導學生利用微課視頻自主學習，根據系統設計完成硬件搭建，結合圖形化編程軟件編寫代碼，實現自動澆水功能。學生測試系統能否正常運行，小組匯報員展示作品并介紹系統功能。

設計意圖：通過任務分解、團隊合作的方式，幫助學生提高學習效率，突破實驗難點，實現實驗目標。

受天氣、植物生長不同階段有不同需求等因素影響，灌溉方案需要隨時調整。教師引出問題，如何在任何時間、任何地點對溫度、土壤濕度等多個環境數據進行實時監測和灌溉管理？學生通過小組討論，提出改進方案，通過增加溫濕度傳感器和通信模塊來優化系統，實現遠程監測和控制。

設計意圖：引導學生進階思考，優化實驗，培養學生創造性思維。

實驗三：實現遠程控制功能

引導學生參考微課學習，添加通信模塊和溫濕度傳感器，上傳程序驗證手機APP遠程監控功能，測試系統，展示實驗成果。

設計意圖：幫助學生理解物聯網智能系統通過無線網絡通信實現遠程監控和管理的過程。

（四）總結反思，評價交流

學生通過實驗記錄單對自己的實驗過程進行評價，判斷自己是否完成實驗，實現實驗目的；通過實驗反饋評價表，如表2所示，判斷小組內同學是否協同合作、互相幫助，進行互相評價，提高學生團隊合作的能力；引導學生歸納總結課堂所學知識點，分享實踐中遇到的問題和解決策略。

表2實驗反饋評價表

設計意圖：通過實時評價、及時反饋、鞏固知識，提高學生自我反思和學習能力。

（五）拓展提升，知識遷移

引導學生思考影響植物生長的其他環境因素及可用傳感器，進行表格填空，如表3所示。

表3仿照樣例

設計意圖：通過實驗拓展評估學生是否實現素養目標。

四、初中信息科技實驗教學反思

（一）學生的收獲

初中信息科技實驗教學可以提升學生的綜合素質。學生在參與實驗的過程中，學習知識、培養能力、塑造品格。學生在自主設計和實施實驗的過程中提出了許多新穎的想法和方案，創造力得到了極大發展。在實驗過程中，學生通過觀察、記錄數據、分析實驗結果，培養了科學精神和科學態度。通過小組合作，學生培養了團隊協作精神。在實驗過程中，學生通過反復嘗試，逐漸學會了如何分析問題、尋找解決問題的方案，不僅培養了創新能力和邏輯思維能力，還提高了問題解決能力。實驗教學能幫助學生完成知識遷移，培養了學生使用信息科技解決生活實際問題的能力。

（二）教師的成長

初中信息科技實驗教學不僅使學生獲益匪淺，也讓教師在多方面得到了成長和發展。在實驗教學實踐中，教師轉變了以教師為中心的教學模式，從傳授知識轉變為引導學生學習，激發學生的學習興趣和主動性，開始更加注重學生的主體地位。在設計和實施實驗教學的過程中，教師需要掌握大量的專業知識，通過不斷地學習和實踐，教師的專業素養能得到顯著提升。實驗教學中，教師不斷進行反思和總結，發現教學中的不足之處并加以改進，提高了反思能力。在實驗教學過程中，教師不斷更新教學理念和知識結構，提高了教學水平。

（三）實驗教學實施建議

1.明確實驗教學目的

在進行實驗教學之前，必須明確教學目標和預期成果，即確定每次實驗的具體目的、所需掌握的知識和技能，以及希望通過實驗達到的教學效果。只有明確實驗目的，才能有針對性地設計實驗內容，確保實驗教學有序進行，并最終實現預定的教學目標。

2.優化實驗內容設計

教師在設計實驗內容時要考慮學生的實際水平和興趣，應貼近學生的實際需求。實驗內容要有層次感，要符合學生的認知發展規律，循序漸進、逐步深入，確保每個學生都能在實驗中獲得成就感和進步。實驗以問題為導向，教師設計提出問題、分析問題、解決問題等實驗教學流程，讓學生動手實踐、層層思考、解決問題、理解原理，提升學生問題解決能力。

3.加強實驗設備建設

良好的實驗設備是保證實驗教學質量的前提，學校和教育行政部門應高度重視信息科技實驗室建設，提供必要的實驗設備和資源，確保學生有足夠的機會進行實踐操作。同時，還應建立健全設備管理制度，定期進行維護和更新，確保設備的正常運轉和使用安全。學校可以與其他學校或校外機構合作，為信息科技實驗教學提供充足的設備支持。教師可以利用數字化虛擬實驗環境，豐富實驗教學的內容和形式。

4.完善實驗評價體系

實驗評價是檢驗實驗教學效果的重要環節。實驗評價可以使用過程性評價和總結性評價，除了考查學生的實驗報告和成果，還應當關注他們在實驗過程中的表現。除了師評，還可以引入互評和自評機制，從實驗觀察、實驗操作、交流合作等不同評價維度設計評價指標，讓學生參與評價，促進自我反思和批判性思維能力的培養。評價結果應當及時反饋給學生，加強學生對復雜技術細節的理解，幫助他們發現不足之處并加以改進。

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.

[2]魏雄鷹.加強信息科技實驗教學發揮信息科技育人價值[J].教育與裝備研究，2024，40（2）：12-15.

責任編輯：趙瀟晗