六年級“過程與控制”教學指南設(shè)計思路解讀

摘要：六年級“過程與控制”教學指南內(nèi)容包括系統(tǒng)與模塊、反饋與優(yōu)化、邏輯與運算三部分。該教學指南依據(jù)《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的基本要求和學生的認知規(guī)律，構(gòu)建了總體內(nèi)容體系，設(shè)計了多種類型的學習活動（包括數(shù)字化學習環(huán)境下的實驗），保證創(chuàng)新活動切實可行，確保學生核心素養(yǎng)得到有效培養(yǎng)。關(guān)鍵詞：過程與控制；教學指南；核心素養(yǎng)；數(shù)字化學習環(huán)境；實驗“過程與控制”模塊是義務教育信息科技課程中比較創(chuàng)新的內(nèi)容，是之前信息技術(shù)課程中所沒有涉及的，因此對《義務教育信息科技課程教學指南過程與控制六年級全一冊》（以下簡稱“六年級教學指南”）的設(shè)計思路進行解讀尤其重要。本文從核心素養(yǎng)、認知規(guī)律、創(chuàng)新、數(shù)字化學習環(huán)境四個視角，解讀六年級教學指南的總體內(nèi)容設(shè)計、內(nèi)容切入點與案例選擇、學習活動設(shè)計、實驗設(shè)計等方面的思路，并從總體上提出一些教學建議，為教師更好地理解其設(shè)計意圖，在教學中更好地落實《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）精神和指南意圖提供幫助。一、核心素養(yǎng)視角：總體內(nèi)容設(shè)計六年級教學指南涵蓋課標中第三學段“過程與控制”模塊的課程內(nèi)容。本教學指南分為八個單元，按夯實基礎(chǔ)、落到應用、回歸價值三個層次來設(shè)計。第一至第四單元緊扣課標內(nèi)容要求，以基礎(chǔ)知識為主，目的是夯實基礎(chǔ)；第五至第七單元基于課標的教學提示設(shè)計綜合實踐，目的是引導學生學以致用，提高綜合應用能力；第八單元強調(diào)信息社會責任意識培養(yǎng)，旨在內(nèi)化學科價值觀。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是滲透整個模塊教學的，但在各個層次有所側(cè)重。例如，在夯實基礎(chǔ)層次，信息意識的培養(yǎng)比較顯著；在落到應用層次，計算思維會得到重點發(fā)展；在回歸價值層次，信息社會責任意識得到集中強化；數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力則滲透在整個模塊的內(nèi)容當中，但在落到應用層次和回歸價值層次有比較顯著的培養(yǎng)時機（如圖1）。對于信息意識的培養(yǎng)，六年級教學指南首先從學生身邊直觀可見的控制系統(tǒng)引入。這個環(huán)節(jié)需要學生結(jié)合自己的學習生活實際，領(lǐng)悟到自己一直就在使用各種控制系統(tǒng)解決實際問題。這就增強了學生對控制系統(tǒng)的敏感度，以及主動使用的意識和能力，強化對信息科技的認同感。六年級教學指南在計算思維培養(yǎng)方面，延續(xù)了課標中“身邊的算法”模塊的要求，并回顧了“數(shù)據(jù)與編碼”模塊中的內(nèi)容，由“數(shù)據(jù)”逐漸過渡到“計算”這個核心概念，幫助學生逐步提升計算思維意識和能力。對于數(shù)字化學習與創(chuàng)新的培養(yǎng)，六年級教學指南主要通過一些學習任務來展開，其中有的任務需要學生利用網(wǎng)絡(luò)資源來完成，有的任務需要在虛擬仿真工具和編程環(huán)境中進行。這種數(shù)字化的學習環(huán)境，能潛移默化地激發(fā)學生對數(shù)字化工具運用的主動性，培養(yǎng)他們的數(shù)字化學習思維和能力。六年級教學指南對信息社會責任的培養(yǎng)，主要通過兩個渠道落實。一是滲透在大部分學習活動中，引導學生通過了解、分析、感受各種控制系統(tǒng)的工作過程，知道各種控制系統(tǒng)給人們帶來的便利、給信息社會發(fā)展帶來的促進作用，從而意識到自己學習和使用這些系統(tǒng)是一種信息社會責任的體現(xiàn)。二是第28、29、30課分別從個人、社會、國家三個層面，培養(yǎng)學生具備良好的行為規(guī)范、系統(tǒng)安全設(shè)計意識和自主可控意識，培養(yǎng)他們的信息社會責任感。二、認知規(guī)律視角：內(nèi)容切入點與案例選擇在明確了教什么之后，怎么教是決定教學成敗至關(guān)重要的因素。因此，遵循小學生的認知規(guī)律，從直觀設(shè)備著手，讓學生直接參與到控制的過程中，是六年級教學指南開篇設(shè)計的主要思路。（一）課程內(nèi)容的切入點符合小學生認知規(guī)律“過程與控制”模塊并不是自動控制等相關(guān)專業(yè)知識在小學階段的簡單下放，因此選擇什么樣的內(nèi)容切入本模塊的教學就很關(guān)鍵。尤其不能由“什么是過程與控制”切入，這不符合小學生的認知規(guī)律。那么，小學生在日常生活中最自然、最常規(guī)的一種“控制”是什么呢？是“開與關(guān)”操作。因此，六年級教學指南的第一單元，先從學生能直觀感受到或接觸到的設(shè)備出發(fā)，引導他們結(jié)合實際操作設(shè)備的經(jīng)歷逐漸建立對控制系統(tǒng)的感知；然后由觸手可及的開關(guān)出發(fā)，引發(fā)學生思考開與關(guān)操作背后觸發(fā)了怎樣的一個過程，及時啟發(fā)學生：你通過隨手的開與關(guān)，正在打開一扇通往控制系統(tǒng)的門，開啟控制系統(tǒng)的探秘之旅。第一單元學習活動的主線是：控制教室、家庭等環(huán)境的電氣設(shè)備獲得功能服務→關(guān)注開與關(guān)操作→分析多種狀態(tài)的切換，感受控制規(guī)則（如三色變光燈以及交通信號燈的控制）→情境活動“把車推到目的地”讓學生實際感受控制的過程→分析人的思維活動以及聲控燈的控制過程，按“輸入—計算—輸出”的模式構(gòu)建控制系統(tǒng)的工作過程。整個單元的教學，從身邊看得見、摸得著的設(shè)備出發(fā)，從熟悉的開與關(guān)操作著手，從情境體驗展開，逐漸上升到相對抽象的控制系統(tǒng)內(nèi)部的工作過程（如圖2）。這樣的設(shè)計符合學生的認知規(guī)律，有利于他們在熟知的生活場景中產(chǎn)生進一步學習的興趣?！斑^程與控制”模塊并不涉及過多的系統(tǒng)科學、系統(tǒng)論等專業(yè)知識，因為這些知識超越學生的認知范疇，過多的系統(tǒng)論知識會對他們現(xiàn)階段的學習造成干擾。因此，六年級教學指南在第1課結(jié)束就提出關(guān)鍵詞“控制系統(tǒng)”，保證后續(xù)的教與學定位在控制系統(tǒng)上，而不被廣義的“系統(tǒng)”所困擾。另外，全書緊扣“輸入—計算—輸出”模式，讓看不見、摸不著的“過程與控制”直觀化和具體化。本教學指南還把課標“過程與控制”模塊第1和第2條內(nèi)容要求中關(guān)于系統(tǒng)的相關(guān)知識后移到第四單元，并且緊扣控制系統(tǒng)來展開。這樣的編排順序更加符合小學生的認知規(guī)律，同時也合理界定了“過程與控制”模塊與系統(tǒng)論等相關(guān)專業(yè)課程的關(guān)系。（二）案例立足學生的“身邊”，放眼學生的“未來”六年級教學指南的案例選擇遵循“緊密結(jié)合學生的學習生活實際”的原則，以學生的實際學習生活為出發(fā)點，但不是終點。在第一至第四單元介紹新知識時，涉及很多規(guī)模較小的學習活動。這些活動大多數(shù)基于學生身邊的案例，如各種常見電氣設(shè)備的控制、交通信號燈的控制等。但是，教與學的最終目標是引導學生立足身邊，放眼世界，捕捉未來。因此，本教學指南選取了一些大多數(shù)學生沒接觸過的案例，如自動送貨機器人、宇宙飛船、智能種植大棚、智能家居、智能汽車等。同時，教學指南所設(shè)計的案例符合時代發(fā)展的強音，符合國家發(fā)展的導向。例如，第六單元的智能種植大棚案例符合國家的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，體現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)發(fā)展主題；第七單元的汽車控制案例，涉及了智能汽車，符合當前新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展主題，也屬于中國式現(xiàn)代化的范疇。雖然這些案例遠離學生當前生活實際，但是信息科技就是要引領(lǐng)學生感受什么是科技，就是要把學生從他們認知的“一畝三分地”里帶出來，讓他們知道自己“身邊”之外的世界正在發(fā)生什么、即將發(fā)生什么，從而緊跟科技發(fā)展的步伐，成為信息時代的先行者。這些案例還會引導學生從小就把自己的理想與國家發(fā)展方向結(jié)合起來，讓自己的人生更有價值。（三）優(yōu)化概念學習的思維模式，把握指南中的關(guān)鍵詞概念是人們由感性認識上升到理性認識，把所感知事物的共同本質(zhì)特點抽象出來加以概括的一種表達方式。但是信息科技學科知識瞬息萬變，尤其是人工智能的發(fā)展，甚至會顛覆人們已建立的概念體系。因此，在不影響學生理解和表達的前提下，六年級教學指南不是通過“下定義”的方式引出概念，而是以關(guān)鍵詞的形式幫助學生構(gòu)建“過程與控制”模塊的“概念”體系。指南采用了以下四種方式引出關(guān)鍵詞。1.有嚴格的界定或前提。例如，第1課引出“控制系統(tǒng)”時，將其界定為“在這個學習階段，可以把……看作控制系統(tǒng)”。2.從直觀、具體的角度對關(guān)鍵詞給出解釋。例如，由直觀具體的、實際控制過的各種設(shè)備，引出控制系統(tǒng)；由噪聲監(jiān)測系統(tǒng)采集聲音數(shù)據(jù)引出連續(xù)量與閾值。3.從生活場景引出關(guān)鍵詞。例如，第11課由媽媽叫弟弟起床的場景引出“反饋”。4.從功能的角度加強對關(guān)鍵詞的理解。例如，第11課總結(jié)反饋的作用時，提到反饋可以讓系統(tǒng)保證輸出結(jié)果符合人們要求，就是從功能的角度引出“控制系統(tǒng)的反饋”。表1列出了六年級教學指南主要的關(guān)鍵詞，有助于師生把握整個模塊的總體內(nèi)容。三、創(chuàng)新視角：學習活動設(shè)計創(chuàng)新是信息科技課程學習永恒的主題。課標出現(xiàn)“創(chuàng)新”一詞就有78次，可見培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新行為的重要性。六年級教學指南在設(shè)計學習活動時，注重創(chuàng)設(shè)真實情境，引入多元化數(shù)字資源，提高學生的學習參與度，鼓勵“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，凸顯學生的主體性。六年級教學指南是以學習活動貫穿始終的，因此在設(shè)計學習活動時，編者盡可能多地給學生提供創(chuàng)新的機會，讓他們的創(chuàng)新意識得到強化，創(chuàng)新行為得到落實。（一）通過多種類型的學習活動，激發(fā)學生創(chuàng)新的興趣六年級教學指南的學習活動，除了自主閱讀、分析、討論、思考、實踐等類型，還有很多在數(shù)字化環(huán)境中開展的實驗、情景劇、角色扮演、辯論等類型。例如，第3課的“把車推到目的地”學習活動，既讓學生在輕松有趣的氛圍中體驗了比較抽象的“過程與控制”，又在這個過程中設(shè)計推車路線，增強了學生的創(chuàng)新意識；第30課的辯論賽既讓學生樹立了正確的價值觀，又提升了他們的自我表達能力和思辨能力，為創(chuàng)新奠定了堅實的基礎(chǔ)（如圖3）。（二）挖掘潛在的“設(shè)計”機會，讓創(chuàng)新意識和創(chuàng)新行為落到實處如何讓創(chuàng)新落到實處？如何讓創(chuàng)新具有可行性？創(chuàng)建更多的“設(shè)計”活動，引導學生主動進行設(shè)計，通過設(shè)計表達自己的創(chuàng)意，就是落實創(chuàng)新的重要途徑。我們知道，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，在未來社會，提出問題、設(shè)計方案是一種非常重要的能力。面對各種人工智能產(chǎn)品，如果你提不出問題和要求，不知道要讓它幫助你做什么，終將被人工智能時代淘汰。因此，六年級教學指南里創(chuàng)設(shè)了不少“設(shè)計”類活動，讓學生提出自己的要求，表達自己的創(chuàng)意。例如，第3課讓學生在經(jīng)歷了推車子的控制過程后，設(shè)計一臺符合自己要求的自動送貨機器人；第11課鼓勵學生想象和設(shè)計具備反饋功能的微波爐和洗衣機；第14課引導學生設(shè)計自己的智能家居，并設(shè)計出智能家居App的操作界面；第17課引導學生設(shè)計自己的智能種植園，雖然種植園無法真正運行，但要鼓勵學生去構(gòu)想、去規(guī)劃，甚至畫出草圖。（三）堅持問題導向，增強創(chuàng)新的目的性和可行性要使創(chuàng)新得到更好的落實，就要堅持問題導向，這樣才保證創(chuàng)新不會走過場，不會落空。例如，在第3課“把車推到目的地”的活動中，最開始設(shè)計這個活動時，編者認為要開放性強一些，對學生少一些干擾和約束，于是只要求學生把車推到目的地，體驗這個過程中的控制。但是在試教過程中，編者發(fā)現(xiàn)這個活動實施起來略顯倉促，學生推著車子從起點走到終點就結(jié)束了，問學生感受到什么，他們覺得只是很簡單的一個過程，好像沒有什么值得思考的。于是，編者細化了活動要求，設(shè)計了一些問題，讓學生帶著問題去體驗推車子的過程……在設(shè)計自動送貨機器人時，也建議教師關(guān)注問題導向，在設(shè)計具備反饋功能的微波爐和洗衣機時，也列出具體的問題，給學生更多方向上的指引（如圖4）。緊扣學習目標的問題，會為學生的創(chuàng)新思維發(fā)展提供有用的腳手架，讓創(chuàng)新更加可行。四、數(shù)字化學習環(huán)境視角：實驗設(shè)計如今，數(shù)字化學習環(huán)境已成為一種基本的學習環(huán)境。六年級教學指南創(chuàng)建了豐富的基于數(shù)字化學習環(huán)境的“實驗”類活動，旨在引導學生能自主利用各種數(shù)字化平臺與工具探索新知識、掌握新技能，從而以比較新穎的視角去思考問題和分析問題，逐漸具備在數(shù)字化環(huán)境中生存的能力。通過表2匯總的基于數(shù)字化學習環(huán)境開展的實驗，師生可以總體把握六年級教學指南實驗的設(shè)計思路。六年級教學指南的“實驗”屬于學習活動的一種，但此類活動需要借助數(shù)字化平臺或工具，如虛擬仿真工具、開源硬件、實體機器人等，因此與一般的學習活動有所區(qū)別。教學指南秉持“用簡單操作和簡明思路幫助學生理解和體驗”的原則，因此實驗小而精，易操作（如圖5），讓學生在數(shù)字化學習環(huán)境中體驗控制的過程，理解控制背后的機制，發(fā)展計算思維，增強創(chuàng)新的主動性。為了保證數(shù)字化學習環(huán)境的多樣性，第五、六、七單元實驗環(huán)境的選擇可以有所側(cè)重。例如，第五單元建議以開源硬件為主，第六單元以虛擬仿真工具為主，第七單元以Python環(huán)境為主。另外，課標“過程與控制”模塊第5條內(nèi)容要求明確了“能在實驗系統(tǒng)中通過編程等手段驗證過程與控制系統(tǒng)的設(shè)計”，因此，六年級教學指南對編程驗證也有所體現(xiàn)。但是，由于學生的編程基礎(chǔ)參差不齊，教師教學時要根據(jù)實際情況靈活處理，采取相應策略，不要讓程序編寫或程序驗證成為學習的障礙。對此，編者在設(shè)計虛擬仿真實驗時，為師生順利開展基于編程環(huán)境的實驗提供了三個層次的支撐：參數(shù)設(shè)置面板、圖形化程序和Python程序。1.部分虛擬仿真實驗可查看圖形化程序和Python程序