“过程与控制”模块的大单元教学设计与实施策略

摘要：本文遵循《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的指引，以“我来设计智能汽车系统”项目为例，深入探讨利用大概念与“颗粒化”项目设计“过程与控制”模块的策略，以期为新课标的有效实施提供启示与借鉴。

关键词：过程与控制；大单元；大概念；“颗粒化”项目

中图分类号： G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）19-0000-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）在第三学段中引入了“过程与控制”内容，这一内容有助于学生理解数字世界中复杂系统的运行原理，提升数字胜任力。下面，笔者以“我来设计智能汽车系统”项目为例，深入探讨“过程与控制”模块的大单元设计策略，以期为新课标的有效实施提供启示与借鉴。

“过程与控制”模块的大单元设计策略

1.以大概念统领单元设计

大概念是指反映学科本质，具备抽象性、概括性、统摄性和广泛迁移价值的学科观念、思想和方法。[1]以大概念统领大单元设计可以纵向关联学科内的相关概念，揭示它们之间的内在逻辑和递进关系，有助于学生形成系统的知识体系。同时，它还可以促进学科间的横向关联，引导学生在跨学科视角下构建更为丰富的知识网络，培养他们的结构化思维。

过程与控制作为本模块的大概念，可以抽象为包含“输入—计算—输出”三个典型环节的系统以及多个子概念。在以大概念统领单元设计时，需将子概念按照一定的逻辑顺序排列，以循序渐进的方式引导学生逐步理解过程与控制系统的基本原理。需要注意的是，以大概念为统领并不是将所有相关概念一股脑地整合到一个单元或某些课时中，而应根据学生的认知发展水平，将适切的概念分散于各个课时，由浅入深地引导学生理解各个概念（如表1）。

2.以“颗粒化”情境问题活化单元内容

在大单元教学设计中，传统串联电路式的单一情境的长期沉浸可能会削弱学生的学习兴趣，且依靠单一情境往往难以全面关照到各个课时的子概念，这可能导致知识“去情境化”，形成难以迁移的“惰性知识”。而如果是并联电路式设计，则可通过构建多个与大情境适配的“颗粒化”情境问题，将单元内容拆解为一系列既相互关联又各具特色的子内容。这一策略通过针对性更强的情境问题，搭建起概念与任务之间的桥梁，加深学生对相关概念的理解，体验从“具体—抽象—具体”的思维过程，走向以发展学生概念性理解为核心的单元整体教学。

在“颗粒化”情境问题设计方面，教师需要综合考量学生认知水平、新课标和核心素养培养目标等关键因素，设计出符合学生需求的“颗粒化”情境问题。在“我来设计智能汽车系统”项目中，笔者提炼出三个与汽车相关的“颗粒化”情境问题，即“造成饮酒、醉酒驾驶现象频繁发生的原因是什么？”“进隧道忘开车灯会有什么后果？”“儿童被锁车内导致窒息的现象如何有效避免？”有效地构建起情境与“阈值”“开关量”“反馈”“稳态”等概念的链接。

3.以“颗粒化”项目驱动单元教学

在单元教学实践中，将“颗粒化”情境问题进一步转化为具体的项目，是促进学生深度学习和实践能力提升的关键一环。这一环节不仅要求情境问题与项目的高度统一，更需依据学生的认知发展规律，合理编排各子项目的先后顺序，构建一个循序渐进、螺旋式上升的单元内容体系。通过层层递进的学习路径，促使学生在解决真实问题的过程中，不断深化对核心概念的理解，逐步构建并完善其知识结构体系。

在“我来设计智能汽车系统”项目中，笔者围绕设计智能汽车系统的大任务，设计的三个子项目不仅与设计智能汽车系统的核心任务紧密相连，而且各自承载着与大概念下的次级概念或重要概念相关的任务。[2]本项目的授课对象为小学六年级学生，他们正处于从具体运算阶段向形式运算阶段过渡的关键时期，具备一定的思维运算能力，然而在处理复杂逻辑运算时，能力仍有所欠缺。因此，笔者依据学生的认知发展规律和学科逻辑主线，设计排列项目活动（如表2），引导学生从理解简单的数值运算逐步过渡到理解更为复杂的逻辑运算，构建出一个由浅入深、螺旋式发展的认知过程，让学生通过运用数值和逻辑运算设计智能汽车系统，提升计算思维。

“我来设计智能汽车系统”项目的大单元实施策略

“我来设计智能汽车系统”项目涵盖了“智能防酒驾系统”“智能车灯系统”“智能防儿童窒息系统”三个“颗粒化”项目（如下页图）。

1.“系统与模块”单元：智能防酒驾系统

“系统与模块”单元旨在引导学生理解过程与控制系统可以抽象为输入、计算和输出三个典型环节，并初步认识阈值在控制系统中的重要作用。

在设计“智能防酒驾系统”时，教师组织针对“酒驾检测仪效能”的辩论，探讨其对社会的影响。辩论激发了学生对信息社会责任的认识，萌生了用智能技术解难题的意识。随后，教师以“输入—计算—输出”为核心，通过“饮酒驾驶与醉酒驾驶如何甄别？”“它们的标准可以随意设定吗？”等问题链，深化学生对酒驾阈值“计算”环节的理解。在“输出”环节，学生围绕预防酒驾，提出“语音提醒”“智能呼叫代驾”“车辆强制锁止”等方案。智能防酒驾系统不仅深化了学生对“输入—计算—输出”经典环节的理解，还促进其将理论知识应用于解决实际问题，有效促进了核心素养的发展。

2.“反馈与优化”单元：智能车灯系统

“反馈与优化”单元旨在引导学生通过分析身边的过程与控制系统，深入了解连续量经由阈值判断可形成开关量，进一步认识反馈是过程与控制系统达到稳态或优化的条件，能理解反馈在系统中的重要作用。

反馈与开关量概念的理解是本单元的难点，教师通过展示无智能感光的传统车灯系统与具备智能感光的新车灯系统，引导学生认识阈值、开关量和反馈的作用。当环境发生变化时，亮度传感器的值经由阈值判断形成开关量，从而实现对车灯开关的精准控制。特别是在车辆进出隧道光线变化明显的场景中，这种基于阈值判断的开关控制系统能够确保车灯根据环境变化做出快速响应，从而使车灯系统达到一个更加稳定的工作状态。

3.“逻辑与运算”单元：智能防儿童窒息系统

“逻辑与运算”单元旨在通过典型应用场景，认识现有的过程与控制系统可能存在的安全问题，并灵活运用数值运算和逻辑运算，在模拟实验中通过编程验证问题解决的过程，知道自主可控系统在解决安全问题中的重要作用，提升信息社会责任。

为了让学生更深入地理解复杂逻辑运算规则，笔者构建了一系列问题链，如“造成儿童被锁车内的原因是什么？”“当满足哪些条件时会造成此类现象发生？”“这些条件之间具有什么逻辑关系？”等。通过一系列的问题牵引，有效引导学生理解条件之间的逻辑关系。上述问题的探讨，让学生不仅理解了逻辑运算中的“与”和“或”的关系，还能够牢固树立系统安全意识，有效提升信息社会责任。

结束语

综上所述，在大单元教学设计与实施中，以大概念为引领，通过构建逻辑清晰、层次分明的知识体系，能加强概念之间的内在联系，确保知识的系统性和连贯性。同时，借助“颗粒化”项目和情境问题，能够有效活化单元内容，促进深度学习的发生。

参考文献：

[1]范斌，赵伟华.以大概念为指向的高中化学跨学科整合教学策略[J].广西教育，2022（12）：72-77.

[2]邓纯臻，李刚.例谈指向生物学大概念的“五步路径”大单元教学设计[J].天津师范大学学报：基础教育版，2022，23（06）：56-61.