關注信息科技實驗教學 | 價值定位、教學模式與實施策略
2022年4月，教育部正式頒佈了《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，這標誌着信息技術課程正式走向了信息科技課程。
信息科技課程雖然有了課程體系，但仍然缺乏系統全面的新教學體系，我們需要探索與新理念、新內容相匹配的新教學方法，才能夠真正落實信息科技新課程所倡導的嶄新理念。
因此，本刊將持續關注信息科技課程新教學，本期關注的是實驗教學。
實驗教學是信息科技課程轉型中最值得探索和嘗試的教學法之一。在本期專題中，我們邀請了衆多一線名師和教研員共同探索信息科技實驗教學的價值與實施路徑，並給出了具體實踐案例。
爲進一步提升科學教育質量，強化和規範實驗課開設，教育部教育技術與資源發展中心發佈了《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》，其中包括信息科技學科的63個小學實驗活動、31個初中實驗活動和81個高中實驗活動。然而，信息科技學科領域的實驗教學研究纔剛剛起步，關於“信息科技實驗”的定義、類型、教學模式及實驗評價標準等問題，有待進一步深入探索。
01
價值定位：開展信息科技實驗教學的意義闡釋
世界主要國家都把數字化作爲優先發展的戰略方向，公民數字素養已成爲國家競爭力的核心指標，各國紛紛將其提升爲戰略重點。在此背景下，提升青少年數字素養已成爲全球教育界的共同關切和緊迫任務。我國政府對此亦給予高度重視，在《提升全民數字素養與技能行動綱要》中進行了全面部署，並在《數字中國建設整體佈局規劃》中明確了培育目標以強化人才支撐。
信息科技課程承載着培養學生數字素養的重要使命。實驗教學作爲學習科學理論與技術工程的高效教學方式，成爲連接技術與素養的關鍵橋樑。《教育大辭典》指出，實驗教學是學生在特定的控制條件下，利用儀器設備進行觀察、測量和分析,以獲取知識、培養技能的實踐性教學組織形式。
然而，在信息科技學科領域，實驗教學的明確定義仍待學界形成共識。部分研究者已經開始進行諸多有益探索，具體如下表所示。
信息科技實驗的定義與關注點
基於以上對照，不難發現，信息科技實驗以科學方法和實驗形式爲手段，以信息科學及技術工程領域的內容爲範圍，以理解概念原理及思維方法、掌握工程實現過程與技術爲目的，融合理論與實踐，體現了“科”“技”並重的學科定位。信息科技實驗教學在數字技術與數據的探究、分析、驗證與創新中，讓學生領悟原理，掌握技術，培養數字素養，其價值體現在以下方面。
第一，實驗教學基於數據處理來提升信息意識。學生收集整理數據、分析數據、表達和傳遞信息，鍛鍊信息處理能力。例如，“二維碼”實驗的信息認知、反應和判斷過程，實現了信息意識從“書面理解”向行爲和思想轉變。
第二，實驗教學基於數據安全來強化信息社會責任。例如“密碼”實驗，學生從數據安全角度理解加密與解密，思考安全“是什麼”“爲什麼”“怎麼做”，延伸到個人隱私保護、知識產權保護等議題，理解信息社會責任，提升數據安全意識。
第三，實驗教學基於數字化技術來培養數字化學習與創新能力。例如《簡易智能倒車雷達》實驗，學生藉助開源硬件製作項目，深化對系統結構和設計流程的理解，鍛鍊知識建構和技術應用能力，培養創新意識和思辨能力。
第四，實驗教學基於問題解決來發展計算思維。面對各種問題和技術挑戰，學生通過分析尋找解決方案，理解概念與原理，認識信息技術潛力和侷限性，培養批判性思維。例如，《簡單網絡系統設計和組建》實驗基於生活問題，通過實踐、驗證和總結提升問題解決能力。
第五，實驗教學基於實驗過程來提升綜合素養。小組合作模式能有效提高效率，培養合作、溝通、妥善處理衝突能力，強化團隊意識。實驗追求真實、準確，有助於培養科學精神。而虛擬仿真實驗以直觀可視化的創建，實現高度人機交互，讓學生身臨其境，激發學習內驅力。
可見，實驗教學在信息科技課程中發揮着舉足輕重的作用，爲培養數字素養與技能提供了獨特且富有成效的途徑。
02
模式擷英：信息科技實驗教學的分類實施
信息科技實驗需求豐富多樣，合理分類實驗活動，構建相應教學模式，對促進信息科技實驗教學的“學-教-評”一致性具有積極意義。胡曉升將高中信息技術實驗分爲確認、驗證、探索、設計製作、測量及儀器使用等幾類。在義務教育階段，根據魏雄鷹的劃分，實驗類型包括驗證性、探究性、創新應用性以及虛擬仿真實驗。
根據魏雄鷹的分類，筆者對研究者們各具特色的技術實驗相關教學模式進行了梳理，歸納出如下六種模式：
（1）通用模式。如“組建簡單局域網絡”實驗設計分四個步驟：情境導入、實驗操作、討論交流及撰寫報告。該模式通用、靈活，可廣泛應用於各類實驗。
（2）驗證模式。段勇的“智慧家居的構建和實現”跨學科項目實驗包含了感知原理、驗證原理、遷移原理、總結反思等四個環節。賀森則從項目導入，再提出假設、驗證假設、得出結論，最後優化拓展，形成完整的項目成果鏈。
（3）探究模式。組網傳輸信息實驗通過體驗自制通信系統、搭建通信網絡、合作探究揭示原理形成結論。《信息編碼與二進制》從情境導入，穿插兩次探究活動和階段小結，使實驗層層遞進。
（4）創新應用模式。王吉的物聯網項目實驗側重於創新應用，包括尋找痛點、設計方案、製作模型、優化推廣四個環節，呈現了從問題發現到解決的完整過程。
（5）虛擬仿真模式。基於Packet Tracer物聯繫統開展的“智能家居物聯”實驗，包括登錄系統、選擇設備、搭建物聯網絡、設置參數、編程調試五個環節。此模式突破時間、空間及條件限制，在模擬場景中強化實踐。
（6）混合模式。鄭潔的實驗教學聚焦大概念，包括問題啓思、經驗猜想、方案設計、實驗踐行、觀察“剖析”和提煉增智六個步驟，既驗證猜想，又探究原理，強調真實情境中識別並糾正迷思概念。
實驗教學既靈活又創新，沒有固定模式。教師可以根據實驗類型、目標及學情進行融合創新，以滿足不同實驗的需求。具體而言，可以推行項目化實驗教學——基於真實問題策劃項目，強調以學習者爲中心建構知識體系，組建學習共同體，倡導合作；可以提倡跨學科整合實驗教學——融合其他學科設計有創意的跨學科實驗項目，建立學科間聯繫，理解內涵和價值，培養專家思維。
另外，可以有更豐富的實驗形式，如交互式實驗教學營造溫暖、潤澤、彼此平等的課堂環境，促進師生共同參與；虛實結合的混合實驗教學構建複雜場景，以虛擬或真實的實踐操作幫助學生直觀理解抽象概念。
最後，設計多層次、多樣化、開放性的實驗任務，既可以滿足學生興趣和需求，又給予充分自由度和創造性空間，促進深度學習。
03
實施策略：信息科技實驗教學的優化舉措
1.規範要素：實驗教學設計與實施的準備
實驗教學設計應涵蓋以下關鍵要素：實驗內容、對象分析、實驗準備（硬件、軟件、素材等）、實驗方法、實驗原理、實驗目的、實驗過程、實驗結果、撰寫“實驗報告”、實驗評價等。若採用小組合作，應明確“小組成員及分工”。實踐操作是本學科教學中的重要一環，但並非所有形式的操作都是實驗。教師應明確實驗的特性，根據教學目標和內容來確定是否採用實驗方式，並清晰界定實驗目的和範圍。以傳感器的學習爲例，實驗並非重複操作和簡單模仿，而是讓學生安裝、測試，觀摩數據變化，感受傳感器工作原理和使用方法。
2.嚴謹管理：實驗過程管理與評價的完善
在實驗前，制訂計劃明確目標、任務，設計實驗記錄單記載各個環節，明確成員職責確保全體深度參與。在實驗中，觀察現象、探究問題，積極討論、分享發現。教師要掌控實驗節奏，調整進度。在實驗後，構建多元實驗評價體系，從多個維度（其中包括報告質量、操作規範性與熟練度、團隊合作表現與效果等）評價實驗。
3.師資爲本：教師實驗教學能力的提升
首先，定期組織教師培訓，更新實驗教學理念和方法。其次，鼓勵教師開展研究，探索實驗教學和評價。最後，建立激勵機制，激發教師實驗教學的積極性和創造性。
4.資源先行：實驗教學資源與環境的優化
一是配備實驗設備，確保有合適的器材進行實驗；二是利用虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等構建虛擬仿真實驗環境，彌補實體實驗室不足；三是開發實驗教學資源，提供全方位學習支持；四是加強實驗平臺建設，優化教學服務和管理。
5.家校協同：實驗教學共同體的構建
第一，鼓勵家庭實驗。以家庭作業、課外探究等形式，引導學生在家庭環境中實驗，拓寬空間和時間。第二，激勵親子實驗。設計適合家庭參與的實驗項目，讓家長和孩子一起實踐，共同探索科技奧秘。第三，舉辦實驗成果展。通過展覽、比賽等形式，讓學生展示自我，激發創新熱情，促進交流；同時，營造實驗與創新的濃厚氛圍，爲培育更多融合數字素養和創新精神的人才提供助力。
04
結束語
信息科技實驗教學對於培育青少年的數字素養至關重要。隨着科技環境的日新月異，加強規範實驗教學要素、持續完善實驗教學評價、提升教師實驗教學水平、改善教學資源與環境成爲必然之舉。同時，家校之間的緊密合作與溝通有助於擴大實驗教學的影響力。這些舉措共同致力於提升青少年數字素養，爲構建未來的數字化社會鑄就穩固基石。鑑於實驗教學在信息科技教育中的核心地位，以更加開放和創新的視角推動其發展顯得尤爲關鍵。
後續推送:
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本文作者：
俞含盛
浙江省舟山市定海區教師進修學校
徐光濤
杭州師範大學經亨頤教育學院
文章刊登於《中國信息技術教育》2024年第05期
引用請註明參考文獻：
俞含盛，徐光濤.信息科技實驗教學：價值定位、教學模式與實施策略.[J].中國信息技術教育，2024（05）：5-8，68.
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