基于核心素养的 中小学信息技术实验教学
管雪沨
《教育大辞典》提出,实验教学是指导实践性教学的一种组织形式,培养学生科学使用设备,进行测试、调整、分析、综合和设计实验方案、编写实验报告等能力。学生利用相关设备,引起实验对象的变化,通过观察、测定和分析,获得知识与发展能力。当前,实验教学已经成为重要的教学方法,并在数学、物理、化学、地理和生物学科广泛应用。本文以四个实验来解读实验教学在信息技术学科中的作用。
● “二维码”实验提升信息意识
信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。在日常教学中,信息意识是一个非常抽象的内容,很难直观评价或判断个体的信息意识,教学上也一般是以讲授、图文等常见形式开展,效果往往停留在“书面”,并没有成为学生思想和行为中的意识。要让“书面”信息意识向行为和思想转变,关键在于如何让学生经历对信息的认知、反应和判断过程,因此,教学要积极创造条件让学生体验、经历这样的过程。
举例:小学“二维码”实验。
实验目标:理解信息呈现、转换的多种方式,了解二维码的发展,掌握二维码的一般应用,能根据不同信息生成二维码。
实验准备:互联网环境、计算机、手机或平板电脑、二维码图片若干(古诗、名片、网址、账号等)。
实验过程:
1.“扫一扫”小实验:(1)扫一扫老师提供的二维码;(2)记录扫码结果(内容或手机软件的反应)。
2.“做一做”小实验:(1)打开网站(http://cn.bing.com);(2)搜索二维码,在搜索结果中打开“草料二维码生成器”网站;(3)在编辑区域输入姓名,点击“生成二维码”;(4)同桌相互扫一扫生成的二维码,记录结果。
实验小结:二维码是信息编码的一种形式,一段长度较短的文本信息可以转换为二维码图片。二维码表达的信息一般有文字、网址、邮件、名片、账号等多种类别,可广泛应用。
教学建议与拓展:小学阶段的学生信息化应用能力不高,学生实验受学生信息化生活制约,教学可尝试学生实验和教师实验相结合。一般情况下,二维码辨别度较高,使用二维码的方式是“扫一扫”,但要进一步提升技能和判断力,可以做相应拓展。比如中学生的二维码实验,可以尝试“自制(在线)二维码生成器”,编程能力较高的学生还可以使用Jupyter或者Flask和第三方库qrcode试试文本关键字的过滤、在线生成二维码等。
● “行程”实验增强计算思维
计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法,在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。那么,计算思维如何体现形式化、模型化、自动化、系统化呢?用项目学习的方式进行程序设计学习是一种比较常见的方法,如编写一个程序解决一个问题,这样做的优点显而异见,但缺点往往被忽略,其中之一即窄化了计算思维的内涵,认为计算思维就是程序设计,其实生活中事事可编程,处处能计算。
举例:小学“行程”实验。
实验目标:对比常州到北京故宫博物院行程方案,体会计算机在解决生活问题时的思维活动。
实验准备:互联网环境、计算机。
实验过程:
1.打开百度地图网址。
2.以公交为方式,输入出发地点、到达地点,获取时间结果。
3.以飞机为出行方式,输入出发地点、到达地点,获取时间结果。
4.对比两种方式的出行时间,提出优选方案及理由。
实验小结:从常州出发到北京,全天大部分时段优先选择高铁公交出行,晚上优先选择飞机出行。利用地图等网站或APP能模拟出行程规划,便于人们提前编排行程,达到最佳出行效率。
教学建议与拓展:行程实验既体现了计算机操作,也体现了思维过程。行程实验以信息的获取、解读体现信息的敏感度和判断力,并以此开展有质量的思维活动,形成思维结果。教师在教学中,不能以操作技能为主,要把重点引导到信息的判断力上,引发思维活动,从而让学生体会到应用软件可以高效地解决活动中的问题。
● “视听转换”实验促进数字化学习与创新
数字化学习与创新是指学生在数字化环境下的学习和创新能力,即通过评估并选用常见的数字化资源与工具,有效地管理学习过程与学习资源,创造性地解决问题,从而完成学习任务,形成创新作品的能力。创新能力的培养,已经形成了丰富的理论体系和指导思想,如TRIZ、STEM等,在信息技术学科教学中,可以参考这些经验,当然有一些STEM项目本来就依靠信息技术来开展,只是项目学习的目标侧重点不同。而作为信息技术学科的实验项目就应凸显学科本质,如“视听转换”实验就是从学科本质——信息的采集、传输、表达等角度来开展。
举例:“视听转换”实验。
实验目标:了解常见生活信息的采集、处理方式,用掌控板麦克风和光线传感器获取信息、处理信息,体验创造性地表达信息的乐趣。
实验准备:计算机、掌控板。
实验过程:
1.把掌控板连接计算机,确认显示连接状态,找到掌控板麦克风、光线图标。
2.在mPython中找到输入板块的音量值、光线值命令块,了解声音、光亮数据的采集方法。
3.应用音量值进行编程(如图1),对声音进行视觉表达(可在麦克风处进行频繁的音量大小转换来增加效果)。
4.應用光线值进行编程(如图2),对光亮进行听觉表达(可使用光源对光线图标位置进行频繁远近照射以增强效果)。
实验小结:利用掌控板自带声音、光线传感器,获取生活中的自然信息,能体会信息技术在生活中的作用。掌控两种(视觉、听觉)信息直观表达方式,有能力的学生能尝试更丰富、更细致、更有创意的表达方式。
教学建议与拓展:本实验体现了信息系统的基本概念,除关注输入、处理、输出等基本知识外,更需要为学生建构信息系统模型。从目前各类创新创客竞赛情况来看,几乎所有实物作品都是一个基本的信息系统,因此在教学中要渗透模型、原型相关概念。另外,对信息的创新表达,可以演示或拓展更多形式,如在视觉表达中可利用图表、色彩、形状甚至其他辅助硬件来配合表达。
● “密码”实验体现信息社会责任
部分地方教材对信息社会责任的教学内容体现不够充分,对信息社会责任解读不深刻,信息社会素养至少应体现文化修养、道德规范和行为自律这三个方面,落实到具体内容涉及公共安全和个人安全、网络权益、负责任的网络生活等。如果用案例或安全软件的演示等开展教学,仅处于应用技能提升层面,而“密码实验”项目,从信息、数据处理的角度来理解加密与解密,以及信息技术知识产权的保护等,更有利于形成内在的信息素养。
举例:“密码”实验。
实验目标:掌握基本的位移加密和解密方法,体验数字加密、解密思维,提升信息社会责任。
实验准备:计算机、虚谷号。
实验过程:
1.启动虚谷号,连接Wi-Fi。
2.用浏览器访问虚谷号的Jupyter服务,完成ord()、chr()数字和字符的转换实验(如图3)。
3.对“Happy New Year”进行加密,代码如图4所示,密文结果:Ibqqz!Ofx!Zfbs。
4.已知位移数为6,对‘Ngvv□&Tk}&_kgx进行解密,代码如图5所示。
实验小结:加密、解密是對数据按一定规则进行重新编码的过程,掌握编码规则(也称密钥)即可解码,加密信息可以有效保护信息的安全,解密他人加密数据是违法行为。
教学建议与拓展:密码实验是从信息安全的一个侧面来反映信息社会责任等素养,教学中需要积极挖掘“加密”“解密”技术背后的思考,关注的重点不能放在是否掌握了编程技能上,而要放在安全“是什么”“为什么”“怎么做”上,引导学生思考,把现实生活中的责任延伸到网络生活中。
其实,实验教学在中小学信息技术学科之前已有初步应用,但信息技术的定位只是实验工具,随着《高中信息技术课程标准(2017年版)》的实施,特别是在每个模块的“教学提示”中提出了开展实验教学或相关实践活动,在基础装备中提出了“设立能满足各模块教学需要的信息技术教室和信息技术实验室”的新要求,同时对信息技术实验室提出了数量、功能、配置等具体要求,信息技术学科的实验教学将面向本学科核心素养和育人价值。以上四个实验从不同的角度对信息素养提供了有效支撑,笔者相信,信息技术学科的实验教学将不再是零星探索而是成为面向全体学生、面向学科的具体要求,并为提升信息素养提供教学保障,为培养创新人才提供本学科的具体实施途径。