初中信息科技实验探究教学实践与思考

摘要：信息科技实验探究教学倡导以科学原理探究、学生动手实践为主的多样化学习方式，引领学生亲身经历以实践应用为主的学习活动。本文依据实验探究过程讨论定量实验探究、观察实验探究、模型实验探究、创新实验探究等如何助力信息科技课堂教学，促使学生实践应用，从而为学生真实性学习提供机会，培养信息科技学科核心素养。

关键词：实验探究；核心素养；课堂教学；实践应用；真实性学习

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）13-0059-03

实验探究是课堂教学的重要环节，是落实学科核心素养目标、促进学生数字素养与技能提升的重要载体和途径。它凸显学生实践应用的主体性，学生通过“做中学”“用中学”“创中学”，发展计算思维，发扬创新精神，从而提高解决问题能力及数字化合作与探究能力。实验探究融入课堂教学，助力学生真实性学习，提升学生知识迁移能力和学科思维水平，体现“科”与“技”并重。[1]下面，笔者依据实验探究过程讨论在信息科技课堂教学中如何借助定量实验探究、观察实验探究、模型实验探究、创新实践探究等，真正落实核心素养目标。

凭借定量实验，辨识数据来源

定量实验是指利用数量与质量测量准确衡量某类因素对另一类变量的影响，来分析相关物质之间的关系，其目的是通过一系列精准的控制变量和测量变量来衡量不同变量之间的关系。教师则可根据课堂中动态生成的问题，现场结合情境设置定量实验探究，让学生体验角色现场操作，充分调动学生的主观能动性，实现问题的解决。同时，教师以问题驱动的方式引导学生逐步建立进行定量实验探究的一般方法和思维方式，提升对定量实验的设计及处理能力。[2]

案例：网页的数据编码。

①提出问题：请基于生活中请求式红绿灯，利用网页编码实现交互——中学生过双车道的人行横道（长15米），绿灯的持续时间。

②作出假设：部分学生根据自身的生活经验直接猜想步行速度，部分学生直接上网搜索数据，两者得出的答案不一样。

③设计实验：现场设置定量实验，“人行横道”“起点”“终点”贴条组成人行横道，采集学生步行5米所需的时间（秒）数据，抽样计算学生步行平均速度，并借助定量实验探究解决课堂中动态生成的问题。

④实施实验：现场请三位学生扮演行人，分别从“起点”步行到“终点”，记录各自步行所需的时间（秒），充分调动学生的主观能动性，激发学生的兴趣和好奇心。

⑤得出结论：利用Python小程序自动化求解三位学生的平均步行速度。

⑥表达交流：学生现场相互交流，一致采纳实验得出的中学生步行速度。

由上述案例可知，定量实验探究的基本思路为：首先，动态生成问题，分析问题；其次，通过情境设置定量实验，制订解决方案，设计算法；最后，学生扮演角色进行真实性操作，利用计算机实现问题的自动化求解。网页编码需要一定量的数据，学生借助定量实验探究获取相关数据，为之后的交互调试环节提供数据保障，提高对数据获取、分析和应用的能力。同时，引导学生意识到数据来源的可靠性，学会辨别数据的真伪性，提高信息意识。

基于观察实验，自主优化方案

观察实验是在自然发生的情况下，对事物进行有目标的观察，从而获得科学知识。在信息科技中，传授新知识点的教学环节可以开展此类实验探究。

案例：图像识别技术。

①提出问题：学生课前观看视频《身边的AI》，其中涉及文字识别、图形识别、人脸识别等图像识别技术的应用。教师提出问题（计算机是如何识别出人脸的？），以此培养学生的信息意识。

②作出假设：学生根据提出的问题大胆猜想图像识别技术过程分哪几步，教师鼓励学生各抒己见，收集学生的猜想，不作任何评价。

③设计实验：教师设计观察实验——“计算机中的你”。借助人工智能的新应用，学生能分析并解决学习和生活中的实际问题，在应用人工智能的过程中感受人工智能的三大技术基础——数据、算法和算力。

④实施实验：学生自学人脸识别的微课，运行Mind+程序观察拍摄人脸、采集人脸入库的过程。人脸识别体验成功会激发学生的求知欲，使其主动地观察并从程序代码中找出图像识别过程的关键代码。

⑤得出结论：学生观察图像识别过程的关键代码，归纳得出图像识别的一般过程（如下图）。

⑥表达交流：由于学生找出来的关键代码不同，教师及时与学生进行交流，不断优化方案，这样会起到一定的引导作用。同时，提醒学生图像识别技术应用会引发一些潜在的社会安全问题，从而提高学生人工智能安全防护能力及信息社会责任。

图像识别过程的原理既抽象难理解又枯燥乏味，学生可借助观察实验自学探究。观察实验探究的基本要素为：首先，以学生的自学观察为中心，凸显学生的主体地位；其次，依据学生不同的知识建构水平，教师要引导学生自主优化方案。

依据模型实验，活学应用迁移

模型实验是指实体试验，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的实验研究并获取相关数据，按照模型相似理论，由模型的试验结果推算实际结构的工作。借助平台、工具搭建模型实验探究，注重把握数字化学习的特点，探究过程分析及思维迁移，拓展教学思路。通过学生真实性自主合作学习，促进学生深入学习知识，培养学生知识应用迁移和解决实际问题的能力。[3]

案例：走进物联网。

①提出问题：智能手表的定位数据如何传输到手机？智能手表与手机是如何建立互联的？

②作出假设：学生根据所见所闻猜想提出的问题。

③设计实验：教师设计模型实验——植物管家、智能风扇，让学生熟知常见的物联网应用，知道物联网的新进展，并借助模型实验分析原理，让学生理解物联网的特征和架构，通过问题分解、抽象归纳等方式培养学生的计算思维。

④实施实验：学生借助MIXIO平台观察平台采集到的数据，了解数据传递方式和处理过程，探究物联网的架构和特征，充分认识物联网本质。

⑤得出结论：物联网架构层可分为感知层、网络层、平台层、应用层；物联网的特征是全面感知、可靠传递、智能处理。

⑥表达交流：学生将实验分析得出的原理进行应用迁移，解释手机寻找智能手表的问题，从而培养在日常学习和生活中积极使用物联网解决实际问题的信息意识。

上述案例围绕核心素养目标，以模型实验为主线贯穿整堂课教学，聚焦案例探索“场景分析—分析原理—应用迁移”的教学模式：首先，从生活场景分析入手，引导学生发现问题、提出问题；其次，学生借助数字平台搭建的模型实验，进行操作探究，分析科学原理，使采集的数据直观化，使抽象的理论形象化，使枯燥的知识有趣化；最后，学生将掌握的原理应用迁移，解释其他相关现象，并解决其他相关问题。

关注创新实验，培养创造活力

创新实验旨在探索并建立以问题为核心的教学模式，倡导以学生为主体的创新性实验改革，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，使其逐渐掌握思考问题、解决问题方法，提高创新实践的能力。结合创新实验项目教学的实践和探索，以学生为主体与探究式学习有机结合，把学科核心素养培育转化为深度的实践应用，对学生的真实性综合应用和自主创新能力的培养具有重要意义。

案例：传感器的应用。

①提出问题：夏天，公交车窗暴晒，手动拉窗帘费力又不便，如何解决这些问题。

②作出假设：学生分析如何避免车窗暴晒，猜想选用哪种合适的感应装置制作感应开关，控制窗帘自动拉开合拢。

③设计实验：学生自学资源网站中的“传感器”板块（传感器分类），比较哪种传感器（光敏、声敏、热敏等）适合做窗帘感应开关。根据问题需求进行筛选评估：使用硬件设备搭建、软件设计编程实现此功能。为了让学生设计的产品更加多样化，教师结合学习单设计了问题拓展：智能公交车窗还可以实现其他什么功能（感应开灯、冷暖提醒、烟雾报警等）？

④实施实验：小组合作进行实践验证，并借助掌控板搭建器材，通过mPython图形化编程验证功能是否可以实现，借助资源网站结合实际操作体验传感器的工作原理。

⑤得出结论：学生根据实验探究结果完成学习单，总结智能公交车窗利用哪些传感器实现哪些功能。

⑥表达交流：学生将自创的产品安装到“智能公交车窗”上，现场演示功能，并简单描述传感器的应用，从而培养相关的信息社会责任，养成良好的信息工具使用习惯，初步意识到物联网技术带来的信息安全和隐私保护等问题。

由上述案例可知，创新实验的基本环节为提出问题、寻找灵感、生成创意、筛选评估、实践验证、总结反思。“提出问题”让学生主动发现并明确问题；“寻找灵感”让学生分析问题，寻找最适合解决问题的灵感；“生成创意”让学生不断地进行头脑风暴和思维碰撞，产生更多的创意；“筛选评估”让学生找到最具可行性的创意，以便进一步实践；“实践验证”是创新实践的核心步骤，通过不断优化和改进实验，达到最终目标；“总结反思”让学生分析实践过程中的各种问题和挑战，找到解决问题的方法和思路。

结语

核心素养是课程育人价值的集中体现，它能促使学生通过课程学习逐步形成正确价值观、必备品格和关键能力。实验探究助力信息科技课堂教学，为学生实践应用、真实性学习提供机会，培养学科核心素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]喻俊，唐乐天.基于问题驱动的化学定量实验观念教学[J].化学教学，2019（11）：38-43.

[3]杨勇.拓展模型迁移培养数学应用能力——以一道典型力学题的拓展教学分析[J].物理教师，2021，42（05）：89-91.