數字素養視域下的小學信息科技實驗設計與實施

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）19-0044—04

引言

在人工智能、物聯網技術飛速發展的數智時代背景下，小學生的數字素養得到了長足發展，但其信息意識薄弱、計算思維欠缺、創新實踐不足及社會責任缺失等問題依然突出。因此，如何精準有效地提升小學生的數字素養成為教育領域的核心議題。信息科技實驗作為鏈接科學原理與應用實踐的橋梁，在小學生數字素養的提升方面有得天獨厚的優勢。2023年，教育部等十八部門頒布的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》提出：“加強中小學科學及相關學科（物理、化學、生物、地理、信息科技等）課程標準及教材修訂完善工作，加強實驗室建設，強化實驗教學。”在上述背景下，小學信息科技教學應聚焦生活中的真實問題，應用項目式學習策略合理開發信息科技實驗案例，將學科核心概念與主題活動有機融合，以此來幫助學生深入理解數字技術背后的科學原理、技術突破、應用創新，培養學生的信息安全意識和信息社會責任，讓學生在自主協作解決問題的過程中建構知識，提升數字素養。

信息科技實驗資源體系構建

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在課程理念中明確提出“要基于數字素養與技能培育要求，從信息科技實踐出發，提升學生的知識遷移能力和學科思維水平，體現‘科'與“技'并重”。信息科技實驗案例資源的開發，既要考慮新課標的理念要求，也要兼顧學校自身的基礎和優勢，還要適應數智時代的發展需求。筆者所在團隊基于以上幾點思考，結合創客教育實踐經驗，從基于新課標的驗證性實驗、基于開源硬件的探究性實驗、基于人工智能的體驗性實驗三個維度開發了信息科技實驗案例資源體系。

1.基于新課標的驗證性實驗案例資源

基于新課標的驗證性實驗是一種旨在通過實驗操作來驗證已知科學原理或結論的教學活動。這類實驗，更加注重學生的實踐能力和科學素養的培養，使學生掌握科學實驗的基本方法和技能，同時培養他們的觀察力、分析能力和解決問題的能力。參照新課標對信息科技課程具體學習內容的描述，筆者將實驗案例按照學段進行了劃分，每個學段又分割出不同的內容模塊，并結合真實情境進行資源的開發，設計了基于新課標的驗證性實驗案例資源（如表1）。

基于信息科技新課標的驗證性實驗案例資源的編寫過程緊扣新課標中數字素養的信息意識和計算思維能力，確保案例與數字素養培養要求緊密銜接。通過實施這些案例，可以驗證新課標的可行性與有效性，為課程改革提供反饋。同時，這一過程也推動了信息科技教育的創新發展，形成了更加多元化、個性化的教學模式。

表1

表2

2.基于開源硬件的探究性實驗案例資源

基于開源硬件的探究性實驗是指利用開源硬件和各種傳感器設備，讓學生通過自主設計、搭建、編程和測試的過程，探究生活中的信息科技科學原理和技術應用，培養信息意識和數字化學習與創新能力的實驗活動。筆者結合開源硬件教育經驗以及已有研究成果，依托Arduino開發板及傳感器模塊開發了基于開源硬件的探究性實驗案例資源體系（如表2），旨在通過硬件與編程的融合，提升學生的數字化學習與創新能力。

基于開源硬件的探究性實驗將生活中的真實情境融入學生的實驗活動，能有效激發學生的學習興趣，強化學生的信息意識。通過對事物科學原理的探究和模擬實踐，讓學生經歷問題解決過程中的抽象、分解、建模和算法設計等思維活動，培養他們的計算思維。在實驗探究過程中，學生與同伴合作共同解決問題，增強團隊合作精神。對身邊的信息科技產品原理的探秘過程讓學生更深入地理解自主可控技術對國家安全的重要意義，培養他們的信息社會責任感。

3.基于人工智能的體驗性實驗案例資源

基于人工智能體驗的信息科技實驗是指利用在線人工智能教育平臺，讓學生在實踐中體驗、學習和探索人工智能知識，提升人工智能應用意識和能力的實踐探究活動。筆者結合已有知識與經驗，選取OpenInnoLab人工智能在線教育平臺作為實驗平臺，開發了包含語音識別、手勢識別、圖像識別等智能技術的人工智能體驗的實驗案例資源（如下頁表3）。

基于人工智能體驗的信息科技實驗能引導學生尋找和發現身邊的人工智能應用，直觀感受到新技術給學習和生活帶來的深刻變化，理解人工智能的特點、優勢和能力邊界，在探究實踐中潛移默化地提升學生的信息意識。通過親手操作和實踐，學生能夠對涉及的技術基礎有所了解，學會與智能技術互動，提升數字化學習與創新能力。通過體驗人工智能應用場景，學生能夠了解人工智能帶來的倫理與安全挑戰，認識到自主可控技術在智慧社會安全發展中的重要作用。

基于項目的信息科技實驗實施策略

筆者參照夏雪梅博士項目式學習實施策略的六個階段，結合信息科技教學的實踐經驗，將基于項目的信息科技實驗實施策略劃分為以下五個環節。

1.聚焦核心概念，確定實驗目標

在信息科技實驗項目中，核心概念和實驗目標的確定，不僅有助于明確實驗的方向和重點，確保項自的針對性和實效性，還能有效引導學生深人理解并掌握信息科技領域的核心知識。例如，在“蓄水池水滿了”項目中，聚焦信息科技學科核心概念“系統”，讓學生通過實驗探究，了解“系統”的基本原理，認識身邊無處不在的“過程與控制”，知道“過程與控制”包含輸入、計算、輸出三個典型環節。通過對核心概念的解析，筆者制訂了如下實驗目標： ① 了解控制系統的概念，能發現和分享身邊無處不在的控制系統（信息意識）； ② 知道可以根據實際需要設計多種不同的控制系統，以及各種方案存在人員和效率上的差異，并能用編程進行驗證（數字化學習與創新、計算思維）；③ 能發現農業灌溉蓄水池系統中輸入與輸出的關聯，了解控制過程包含輸入、計算和輸出三個環節（計算思維、信息意識）； ④ 在分析改造優化農業灌溉蓄水池系統的過程中，體驗科技創新為生產生活帶來的便利，樹立學好科學知識、支持家鄉建設的理想信念（信息社會責任）。聚焦核心概念，能夠設計出更加精煉、高效的實驗活動，避免資源的浪費和時間的消耗；明確的實驗目標能夠激發學生的學習興趣和動力，使他們在實驗過程中保持清晰的目標意識，從而促進學習效果的最優化實現。

2.始于真實情境，發掘驅動問題

信息科技實驗項目強調將學習與現實生活緊密相聯，使學生在解決實際問題的過程中掌握知識與技能。真實情境為學生提供了直觀、具體的學習背景，有助于激發其學習興趣和動力。通過發掘驅動問題，學生能夠明確學習目標，激發探究欲望，進而在解決問題的過程中培養創新思維和實踐能力。例如，在“蓄水池水滿了”的入項環節，筆者創設了如下情境：（課件出示旱季河流干涸和雨季河流水量充沛的照片）學校地處魯中山區，每年五六月份因為降水量少，農業灌溉用水較多，河流都會出現干涸，而到了雨季，水量充沛。因此，當地政府就在山上修筑了許多農業灌溉用蓄水池，用來合理調控農業灌溉用水。這一真實情境的創設，能夠觸發學生的已有生活經驗，調動學生的學習興趣和探究欲望。接著出示驅動性問題：如果你是一名系統工程師，請為農業灌溉蓄水池設計一套注水控制系統，實現蓄水池蓄水水位的控制。這樣的場景設計賦予學生注水系統設計工程師的身份，他們將從工程專家的視角去思考問題、解決問題，從而更加深入地理解和掌握學科知識和技能。

表3

3.提供支架工具，開展探究實踐

在信息科技實驗項目中，教師為學生提供適切的支架工具，不僅能夠促進學生實踐探究活動的順利開展，更能在深層次上推動教育模式的創新。例如，在“蓄水池水滿了”項目中，教師首先引導學生開展頭腦風暴，生成四種不同的控制模式，分別為按鍵控制（人工控制）、時間控制、水位傳感器控制和超聲波傳感器控制，四種控制模式體現了人們認知世界的真實思考過程，同時也是技術演進的過程。教師還可以為學生提供自制教具“農業灌溉蓄水池模型”、自主學習單、實驗記錄單、評價任務單等學習支架，支持學生小組實驗探究活動的開展。學生根據頭腦風暴階段的方案設計情況，分組開展實驗探究，驗證自己的猜想。這種以工具為媒介、以實踐為導向的教學模式，為信息科技教育注入了新的活力，是適應未來社會需求、培養具有創新精神和實踐能力人才的關鍵路徑。

4.探索形成成果，公開交流分享在信息科技實驗項目中，學生將理論知識轉化為實際操作，從而形成成果。公開交流分享能夠打破信息孤島，促進不同團隊和個體之間的思想碰撞與合作，激發更多的創新靈感。例如，在“蓄水池水滿了”項目中，學生通過小組合作利用米思奇編程軟件編寫腳本程序、導入開發板、測試程序，在經歷不斷地失誤并調整得到實驗數據后，修改程序腳本中的關鍵參數，形成實驗成果，完成實驗報告單。在成果分享環節不只要求學生展示“做出”了什么，同時要求學生能夠“報告”自己和小組為什么這樣做、做的過程是什么，以及經歷了怎樣的思考和合作過程。

5.貫穿實驗全程，設計多元評價

在信息科技實驗項目中，將評價貫穿于活動全程，可以及時發現問題、調整教學策略，確保實驗教學目標的有效達成。多元評價的設計既關注學生在實驗活動中的過程性表現、思維發展及創新能力，也關注最終的項目成果，從而更全面地反映學生的能力提升水平。例如，在“蓄水池水滿了”項目中，既有對學生學習實踐活動的過程性評價，也有對項目成果的終結性評價。過程性評價針對實驗項目中涉及的探究性實踐、社會性實踐、技術性實踐等實踐活動制訂了相應的評價量規，對學習實踐的評價有助于學生拓寬相關知識、提高理解能力、激發學習熱情、提高自我評估能力。對項目成果的終結性評價包含兩個維度：一方面是對學生設計的注水系統水位監測方案進行評價；另一方面是對學生在成果交流分享階段展示活動中的表現進行評價。設計貫穿活動全程的多元評價能夠更科學、全面地評估學生的學習成效，促進教學相長。

參考文獻：

[1中華人民共和國教育部.關于加強新時代中小學科學教育工作的意見[EB/OLJ.htp：//www.moe.gov.cn/srcsite/A29/202305/t20230529_1061838.html.

[2]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[EB/OLJ.htp：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/W020220420582361024968.pdf.

[3湯向東.開源硬件在信息技術教學中的應用[J].中小學信息技術教育，2022（07）.86-88.

[4]梁森山.基于開源硬件的信息技術實驗教學與信息技術實驗室建設[J].中國信息技術教育，2020（07）.8—10.

[5]單婕.初中生數字素養測評指標體系的構建及應用研究D蘭州：西北師范大學，2023.e

作者簡介：孫凱，一級教師；賀瑋，一級教師；尹連春，正高級教師。

基金項目：2024年度山東省教育教學研究課題“數字素養視域下的小學信息科技實驗設計與實踐研究”（課題編號：2024JXY205）；2024年度博山區基礎教育教學改革項目“小學生數字素養提升路徑探索與實踐”（項目編號：2024ZT13）；2024年度博山區基礎教育教學改革項目“小學信息科技實驗教學研究與實踐”（項目編號：2024ZT21）。