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中小学科学课课程设计：基于劳动教育核心素养的中小学信息技术科学课实验教学案例分析
《教育大辞典》提出，实验教学是指导实践性教学的一种组织形式，培养学生科学使用设备，进行测试、调整、分析、综合和设计实验方案、编写实验报告等能力。
学生利用相关设备，引起实验对象的变化，通过观察、测定和分析，获得知识与发展能力。当前，实验教学已经成为重要的教学方法，并在数学、物理、化学、地理和生物学科广泛应用。本文以四个实验来解读实验教学在信息技术学科中的作用。
●“二维码”实验提升信息意识
信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。在日常教学中，信息意识是一个非常抽象的内容，很难直观评价或判断个体的信息意识，教学上也一般是以讲授、图文等常见形式开展，效果往往停留在“书面”，并没有成为学生思想和行为中的意识。要让“书面”信息意识向行为和思想转变，关键在于如何让学生经历对信息的认知、反应和判断过程，因此，教学要积极创造条件让学生体验、经历这样的过程。
举例：小学“二维码”实验。
实验目标：理解信息呈现、转换的多种方式，了解二维码的发展，掌握二维码的一般应用，能根据不同信息生成二维码。
实验准备：互联网环境、计算机、手机或平板电脑、二维码图片若干(古诗、名片、网址、账号等)。
实验过程：
1.“扫一扫”小实验：
(1)扫一扫老师提供的二维码;
(2)记录扫码结果(内容或手机软件的反应)。
2.“做一做”小实验：
(1)打开必应网站;
(2)搜索二维码，在搜索结果中打开“草料二维码生成器”网站;
(3)在编辑区域输入姓名，点击“生成二维码”;(4)同桌相互扫一扫生成的二维码，记录结果。
实验小结：二维码是信息编码的一种形式，一段长度较短的文本信息可以转换为二维码图片。二维码表达的信息一般有文字、网址、邮件、名片、账号等多种类别，可广泛应用。
教学建议与拓展：小学阶段的学生信息化应用能力不高，学生实验受学生信息化生活制约，教学可尝试学生实验和教师实验相结合。一般情况下，二维码辨别度较高，使用二维码的方式是“扫一扫”，但要进一步提升技能和判断力，可以做相应拓展。比如中学生的二维码实验，可以尝试“自制(在线)二维码生成器”，编程能力较高的学生还可以使用Jupyter或者Flask和第三方库qrcode试试文本关键字的过滤、在线生成二维码等。
●“行程”实验增强计算思维
计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。那么，计算思维如何体现形式化、模型化、自动化、系统化呢?用项目学习的方式进行程序设计学习是一种比较常见的方法，如编写一个程序解决一个问题，这样做的优点显而异见，但缺点往往被忽略，其中之一即窄化了计算思维的内涵，认为计算思维就是程序设计，其实生活中事事可编程，处处能计算。
举例：小学“行程”实验。
实验目标：对比常州到北京故宫博物院行程方案，体会计算机在解决生活问题时的思维活动。
实验准备：互联网环境、计算机。
实验过程：
1.打开百度地图网址。
2.以公交为方式，输入出发地点、到达地点，获取时间结果。
3.以飞机为出行方式，输入出发地点、到达地点，获取时间结果。
4.对比两种方式的出行时间，提出优选方案及理由。
实验小结：从常州出发到北京，全天大部分时段优先选择高铁公交出行，晚上优先选择飞机出行。利用地图等网站或APP能模拟出行程规划，便于人们提前编排行程，达到最佳出行效率。
教学建议与拓展：行程实验既体现了计算机操作，也体现了思维过程。行程实验以信息的获取、解读体现信息的敏感度和判断力，并以此开展有质量的思维活动，形成思维结果。教师在教学中，不能以操作技能为主，要把重点引导到信息的判断力上，引发思维活动，从而让学生体会到应用软件可以高效地解决活动中的问题。
●“视听转换”实验促进数字化学习与创新
数字化学习与创新是指学生在数字化环境下的学习和创新能力，即通过评估并选用常见的数字化资源与工具，有效地管理学习过程与学习资源，创造性地解决问题，从而完成学习任务，形成创新作品的能力。创新能力的培养，已经形成了丰富的理论体系和指导思想，如TRIZ、STEM等，在信息技术学科教学中，可以参考这些经验，当然有一些STEM项目本来就依靠信息技术来开展，只是项目学习的目标侧重点不同。而作为信息技术学科的实验项目就应凸显学科本质，如“视听转换”实验就是从学科本质——信息的采集、传输、表达等角度来开展。
举例：“视听转换”实验。
实验目标：了解常见生活信息的采集、处理方式，用掌控板麦克风和光线传感器获取信息、处理信息，体验创造性地表达信息的乐趣。
实验准备：计算机、掌控板。
实验过程：
1.把掌控板连接计算机，确认显示连接状态，找到掌控板麦克风、光线图标。
2.在mPython中找到输入板块的音量值、光线值命令块，了解声音、光亮数据的采集方法。
3.应用音量值进行编程(如图1)，对声音进行视觉表达(可在麦克风处进行频繁的音量大小转换来增加效果)。
4.应用光线值进行编程(如图2)，对光亮进行听觉表达(可使用光源对光线图标位置进行频繁远近照射以增强效果)。
图1
图1
实验小结：利用掌控板自带声音、光线传感器，获取生活中的自然信息，能体会信息技术在生活中的作用。掌控两种(视觉、听觉)信息直观表达方式，有能力的学生能尝试更丰富、更细致、更有创意的表达方式。
教学建议与拓展：本实验体现了信息系统的基本概念，除关注输入、处理、输出等基本知识外，更需要为学生建构信息系统模型。从目前各类创新创客竞赛情况来看，几乎所有实物作品都是一个基本的信息系统，因此在教学中要渗透模型、原型相关概念。另外，对信息的创新表达，可以演示或拓展更多形式，如在视觉表达中可利用图表、色彩、形状甚至其他辅助硬件来配合表达。
●“密码”实验体现信息社会责任
部分地方教材对信息社会责任的教学内容体现不够充分，对信息社会责任解读不深刻，信息社会素养至少应体现文化修养、道德规范和行为自律这三个方面，落实到具体内容涉及公共安全和个人安全、网络权益、负责任的网络生活等。如果用案例或安全软件的演示等开展教学，仅处于应用技能提升层面，而“密码实验”项目，从信息、数据处理的角度来理解加密与解密，以及信息技术知识产权的保护等，更有利于形成内在的信息素养。
举例：“密码”实验。
实验目标：掌握基本的位移加密和解密方法，体验数字加密、解密思维，提升信息社会责任。
实验准备：计算机、虚谷号。
实验过程：
1.启动虚谷号，连接Wi-Fi。
2.用浏览器访问虚谷号的Jupyter服务，完成ord()、chr()数字和字符的转换实验(如图3)。
3.对“Happy New Year”进行加密，代码如图4所示，密文结果：Ibqqz!Ofx!Zfbs。
4.已知位移数为6，对‘Ngvv□&Tk}&_kgx’进行解密，代码如图5所示。
图3
图4
图5
实验小结：加密、解密是对数据按一定规则进行重新编码的过程，掌握编码规则(也称密钥)即可解码，加密信息可以有效保护信息的安全，解密他人加密数据是违法行为。
教学建议与拓展：密码实验是从信息安全的一个侧面来反映信息社会责任等素养，教学中需要积极挖掘“加密”“解密”技术背后的思考，关注的重点不能放在是否掌握了编程技能上，而要放在安全“是什么”“为什么”“怎么做”上，引导学生思考，把现实生活中的责任延伸到网络生活中。
其实，实验教学在中小学信息技术学科之前已有初步应用，但信息技术的定位只是实验工具，随着《高中信息技术课程标准(2017年版)》的实施，特别是在每个模块的“教学提示”中提出了开展实验教学或相关实践活动，在基础装备中提出了“设立能满足各模块教学需要的信息技术教室和信息技术实验室”的新要求，同时对信息技术实验室提出了数量、功能、配置等具体要求，信息技术学科的实验教学将面向本学科核心素养和育人价值。以上四个实验从不同的角度对信息素养提供了有效支撑，笔者相信，信息技术学科的实验教学将不再是零星探索而是成为面向全体学生、面向学科的具体要求，并为提升信息素养提供教学保障，为培养创新人才提供本学科的具体实施途径。
本文来源：中国信息技术教育杂志
本刊特邀撰稿人：谢作如
本文撰稿人：管雪沨
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