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基于核心素養的中小學信息技術實驗教學

發布日期:2020-04-22 22:38:16 作者:開智科教

《教育大辭典》提出,實驗教學是指導實踐性教學的一種組織形式,培養學生科學使用設備,進行測試、調整、分析、綜合和設計實驗方案、編寫實驗報告等能力。學生利用相關設備,引起實驗對象的變化,通過觀察、測定和分析,獲得知識與發展能力。當前,實驗教學已經成為重要的教學方法,并在數學、物理、化學、地理和生物學科廣泛應用。本文以四個實驗來解讀實驗教學在信息技術學科中的作用。

●“二維碼”實驗提升信息意識
信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。在日常教學中,信息意識是一個非常抽象的內容,很難直觀評價或判斷個體的信息意識,教學上也一般是以講授、圖文等常見形式開展,效果往往停留在“書面”,并沒有成為學生思想和行為中的意識。要讓“書面”信息意識向行為和思想轉變, 關鍵在于如何讓學生經歷對信息的認知、反應和判斷過程,因此,教學要積極創造條件讓學生體驗、經歷這樣的過程。

舉例:小學“二維碼”實驗。
實驗目標:理解信息呈現、轉換的多種方式,了解二維碼的發展,掌握二維碼的一般應用,能根據不同信息生成二維碼。

實驗準備:互聯網環境、計算機、手機或平板電腦、二維碼圖片若干(古詩、名片、網址、賬號等)。

實驗過程:
1.“掃一掃”小實驗:
(1)掃一掃老師提供的二維碼;
(2)記錄掃碼結果(內容或手機軟件的反應)。
2.“ 做一做”小實驗:
(1)打開網站(http://cn.bing.com);
(2)搜索二維碼,在搜索結果中打開“草料二維碼生成器”網站;
(3)在編輯區域輸入姓名,點擊 “生成二維碼”;(4)同桌相互掃一掃生成的二維碼,記錄結果。

實驗小結:二維碼是信息編碼的一種形式,一段長度較短的文本信息可以轉換為二維碼圖片。二維碼表達的信息一般有文字、網址、郵件、名片、賬號等多種類別,可廣泛應用。

教學建議與拓展:小學階段的學生信息化應用能力不高,學生實驗受學生信息化生活制約,教學可嘗試學生實驗和教師實驗相結合。一般情況下,二維碼辨別度較高, 使用二維碼的方式是“掃一掃”,但要進一步提升技能和判斷力,可以做相應拓展。比如中學生的二維碼實驗,可以嘗試“自制(在線)二維碼生成器”,編程能力較高的學生還可以使用Jupyter或者Flask和第三方庫qrcode試試文本關鍵字的過濾、在線生成二維碼等。

●“行程”實驗增強計算思維
計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法,在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。那么,計算思維如何體現形式化、模型化、自動化、系統化呢?用項目學習的方式進行程序設計學習是一種比較常見的方法, 如編寫一個程序解決一個問題,這樣做的優點顯而異見,但缺點往往被忽略,其中之一即窄化了計算思維的內涵,認為計算思維就是程序設計,其實生活中事事可編程,處處能計算。

舉例:小學“行程”實驗。
實驗目標:對比常州到北京故宮博物院行程方案,體會計算機在解決生活問題時的思維活動。

實驗準備:互聯網環境、計算機。
實驗過程:
1.打開百度地圖網址。
2.以公交為方式,輸入出發地點、到達地點,獲取時間結果。
3.以飛機為出行方式,輸入出發地點、到達地點,獲取時間結果。
4.對比兩種方式的出行時間,提出優選方案及理由。

實驗小結:從常州出發到北京,全天大部分時段優先選擇高鐵公交出行, 晚上優先選擇飛機出行。利用地圖等網 站或APP能模擬出行程規劃,便于人們提前編排行程,達到最佳出行效率。

教學建議與拓展:行程實驗既體現了計算機操作,也體現了思維過程。行程實驗以信息的獲取、解讀體現信息的敏感度和判斷力,并以此開展有質量的思維活動,形成思維結果。教師在教學中,不能以操作技能為主,要把重點引導到信息的判斷力上,引發思維活動,從而讓學生體會到應用軟件可以高效地解決活動中的問題。

●“視聽轉換”實驗促進數字化學習與創新
數字化學習與創新是指學生在數字化環境下的學習和創新能力,即通過評估并選用常見的數字化資源與工具,有效地管理學習過程與學習資源,創造性地解決問題,從而完成學習任務,形成創新作品的能力。創新能力的培養,已經形成了豐富的理論體系和指導思想, 如TRIZ、STEM等,在信息技術學科教學中,可以參考這些經驗,當然有一些STEM項目本來就依靠信息技術來開展,只是項目學習的目標側重點不同。而作為信息技術學科的實驗項目就應凸顯學科本質, 如“視聽轉換”實驗就是從學科本質—— 信息的采集、傳輸、表達等角度來開展。

舉例:“視聽轉換”實驗。
實驗目標:了解常見生活信息的采集、處理方式,用掌控板麥克風和光線傳感器獲取信息、處理信息,體驗創造性地表達信息的樂趣。

實驗準備:計算機、掌控板。
實驗過程:
1.把掌控板連接計算機,確認顯示連接狀態,找到掌控板麥克風、光線圖標。
2.在mPython中找到輸入板塊的音量值、光線值命令塊,了解聲音、光亮數據的采集方法。
3.應用音量值進行編程(如圖1),對聲音進行視覺表達(可在麥克風處進行頻繁的音量大小轉換來增加效果)。
4.應用光線值進行編程(如圖2),對光亮進行聽覺表達(可使用光源對光線圖標位置進行頻繁遠近照射以增強效果)。


圖1

圖1

實驗小結:利用掌控板自帶聲音、光線傳感器,獲取生活中的自然信息,能體會信息技術在生活中的作用。掌控兩 種(視覺、聽覺)信息直觀表達方式,有能力的學生能嘗試更豐富、更細致、更有創意的表達方式。

教學建議與拓展:本實驗體現了信息系統的基本概念,除關注輸入、處理、輸出等基本知識外,更需要為學生建構信息系統模型。從目前各類創新創客競賽情況來看,幾乎所有實物作品都是一個基本的信息系統,因此在教學中要滲透模型、原型相關概念。另外,對信息的創新表達,可以演示或拓展更多形式,如在視覺表達中可利用圖表、色彩、形狀甚至其他輔助硬件來配合表達。

●“密碼”實驗體現信息社會責任
部分地方教材對信息社會責任的教學內容體現不夠充分,對信息社會責任解讀不深刻,信息社會素養至少應體現文化修養、道德規范和行為自律這三個方面, 落實到具體內容涉及公共安全和個人安全、網絡權益、負責任的網絡生活等。如果用案例或安全軟件的演示等開展教學,僅處于應用技能提升層面,而“密碼實驗” 項目,從信息、數據處理的角度來理解加密與解密,以及信息技術知識產權的保護等,更有利于形成內在的信息素養。

舉例:“密碼”實驗。
實驗目標:掌握基本的位移加密和解密方法,體驗數字加密、解密思維, 提升信息社會責任。

實驗準備:計算機、虛谷號。
實驗過程:
1.啟動虛谷號,連接Wi-Fi。
2.用瀏覽器訪問虛谷號的  Jupyter服務,完成ord()、chr()數字和字符的轉換實驗(如圖3)。
3.對“Happy  New  Year”進行加密,代碼如圖4所示,密文結果:Ibqqz!Ofx!Zfbs。
4.已知位移數為6 ,對‘Ngvv□&Tk}&_kgx’進行解密,代碼如圖5所示。



實驗小結:加密、解密是對數據按一定規則進行重新編碼的過程,掌握編碼規則(也稱密鑰)即可解碼,加密信息可以有效保護信息的安全,解密他人加密數據是違法行為。

教學建議與拓展:密碼實驗是從信息安全的一個側面來反映信息社會責任等素養,教學中需要積極挖掘“加密”“解密”技術背后的思考,關注的重點不能放在是否掌握了編程技能上,而要放在安全“是什么”“為什么”“怎么做”上,引導學生思考,把現實生活中的責任延伸到網絡生活中。

其實,實驗教學在中小學信息技術學科之前已有初步應用,但信息技術的定位只是實驗工具,隨著《高中信息技術課程標準(2017年版)》的實施,特別是在每個模塊的“教學提示”中提出了開展實驗教學或相關實踐活動,在基礎裝備中提出了“設立能滿足各模塊教學需要的信息技術教室和信息技術實驗室”的新要求,同時對信息技術實驗室提出了數量、功能、配置等具體要求,信息技術學科的實驗教學將面向本學科核心素養和育人價值。以上四個實驗從不同的角度對信息素養提供了有效支撐,筆者相信,信息技術學科的實驗教學將不再是零星探索而是成為面向全體學生、面向學科的具體要求,并為提升信息素養提供教學保障,為培養創新人才提供本學科的具體實施途徑。
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