小学信息技术理论课开放性选题教学

    王苏明

    

    苏科版小学信息技术教材中，几乎每个年段都会有一些理论类内容的开放性选题，如《网络文明小公民》《感悟技术发展》《初识人工智能》等。近几年，省、市的一些评比课也多有类似的选题，如《走近人工智能》《探月工程中的信息技术》。这类课题不太好上几乎是一线教师的共识，40分钟，教些什么又怎么去教，需要不断思考、实践与重建。下面，笔者以2019年江苏省小学信息技术优质课评比课题《探月工程中的信息技术》一课为例，尝试从计算思维的角度解决这个问题，以期管中窥豹，探寻可行之道。

    ● 开放性选题如何解

    先谈开放性选题的问题。开放性选题不好上，是因为“教什么”“怎么教”的问题相较于一般的操作课更为复杂。首当其冲的是“教什么”？一般来说，如制作表格，美化文档或者插入超链接等操作课都有确定的教学内容，教师只需聚焦“怎么教”的问题，但开放性选题往往无明确的教学内容，需要教师根据课题进行选取和组织。这看起来是“教什么”的问题，但究其根源是“为什么教”的问题，它直接指向了本节课的教学目标，只有目标确定了，才可以选择教学内容解决“教什么”的问题，也才能够回答为什么选这些内容而不选那些内容。那么如何解决这些问题呢？来看看计算思维解决问题的一般方法——识别、分解、抽象化与算法，面对这一问题是如何适用的。

    首先是识别：界定课题所处模块。初步解读课题“探月工程中的信息技术”，不妨从最原始的词组开始，此课题中信息技术是中心词，那信息技术如何界定？我们不妨回到教材，读一读教材是如何定义的。苏科版小学信息技术三年级教材《信息与信息技术》一课对信息技术给出了这样的定义：“在信息的获取、存储、加工、传递等过程中涉及的技术通常称为信息技术。”由此出发，“探月工程中的信息技术”就可解读为在探月工程中，信息在获取、存储、加工和传递的过程中用到的技术。解读到此，可将本课归属于《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》（以下简称《纲要》）划分的五个模块中的信息技术基础模块。

    其次是分解：基于《纲要》内容与课题情境的分解。《纲要》将本模块内容划分为四个方面：信息的识别与获取、信息的存储与管理、信息的加工与表达、信息的发布与交流。而探月工程是信息技术应用的集大成者，是一项极其复杂的综合工程。以最新的“嫦娥四号（玉兔二号）”为例，其经历的主要技术过程可分解为“发射升空—绕月飞行—登陆月背—月背巡航”，这其中必然少不了信息的获取、存储、加工、传递等，对这一过程用到的具体的信息技术再做梳理，其中主要包括控制技术、计算机与智能技术、通信技术、传感技术等。至此，已找到可以“落地”的抓手，接下来就是提取具體的知识点。

    再次是抽象：基于信息素养的知识点提取。探月工程中的知识点多如牛毛，选择哪些作为本课的教学内容呢？评判的标准又是什么？笔者的做法是从显性的现象入手，尝试提取信息元素，再从信息素养的角度判断其是否具有教学价值。例如，“嫦娥四号”最大的亮点是登陆月背，为什么难？难在通信，这属于信息技术中的“通信技术”领域。因为月背没有信号无法进行通信，信号是什么？是无线电波。无线电波是怎样传递信息的呢？通过高低电平的转换。高低电平怎么表示1/0？于是二进制出现了。有了信号就可以传递信息了，玉兔二号发回了第一张近距离月背高清图像，那么图片又是如何转化成二进制的呢？这些问题其背后对应的都是“尝试解决日常生活中数字化表达的常见问题，初步感悟信息技术在人类生产与生活中的重要价值”，因此“二进制及编码解码”是可以作为本课的知识点的。以此类推，同时考虑尽可能展现信息技术全貌，笔者还提炼了“程序”“传感器”“AR技术”等知识点，如下表所示。

    ● 理论课应注意什么

    有了具体的教学内容后，相对于操作课，理论课更突出的是“怎么教”的问题，再分解一下，就是“概念怎么教”“活动怎么设计”“如何渗透价值观”的问题。

    1.概念解读：儿童立场，链接生活

    对小学生而言，基础概念不太好解释，往往是讲了学生也会不明就里。教师要做的是将概念进行解读，便于学生整体认知，并能将其进行分解找到其中的关键元素，再关联到学生身边的信息现象，才算落地。以本课为例，“信息技术”本身是一个比较泛化的概念，再加上“探月工程”这一离学生生活相去甚远的场景，如果直接告知，学生很难真正理解。如何解读，落地教学？笔者思考的是，要让学生对信息技术的全貌有一个面上的整体认知，并能对其中若干具有信息技术典型特征的“点”进行深度挖掘。有了这样的解读之后，回到学情。四年级学生对本课主题“探月”本身就有着较强的好奇心与探究欲，也比较容易接纳、体验新事物，且他们对生活中的信息技术或信息现象，有一定的经验，需要考虑的是如何将学生已有的生活经验与探月工程中的信息技术应用相联系。笔者找到了“指令—程序—计算机技术、信号—编码—通信技术、休眠—唤醒—传感技术”三组对应的链接，引导学生从已有的生活经验出发，经历信息技术应用的场景，可体验其过程，探究其本质。这样，既考虑到了将计算机技术、通信技术以及传感技术作为信息技术的基础面进行整体认知，又分别对这些技术中有教学价值的点进行了“提拉”，使学生对探月工程中的信息技术形成了较为“立体”的知识体系，较好地完成了概念的落地。

    2.巧设活动：课程融合，关注体验

    《纲要》指出：突出信息技术课程的实践性，强调引导学生亲历完整的实践过程，注重课程内容的综合性，超越封闭的单一学科知识体系和固定的课堂教学时空局限，将信息技术与其他学科课程融合起来，面向学生的生活世界，帮助学生建构对世界的完整认识。本节课，考虑到探月这一主题的特殊性，笔者设计了“AR探月”活动，运用数字化学习环境突破时空限制，又与科学学科进行有机融合，通过对月球知识的介绍，了解真实的月球环境，展开“嫦娥登月”“月宫传图”“月上生存”等体验活动，再以探月工程展开的技术过程为轴进行串联与整体设计。通过自主探究法、体验法、游戏教学法等层层推进教学，引导学生在活动中感知探月工程中信息技术的应用，了解与其相关的知识与技能，探究其背后蕴含的基本思想和方法，进一步加深学生对信息技术的理解和思考，促进全体学生学科核心素养的均衡发展。

    3.关注价值观：自然渗透，学科育人

    信息技术课程作为基础教育课程，是国家意志和社会主义核心价值观在基础教育领域的直接体现，应在立德树人、正确价值观形成等方面发挥作用。信息技术理论课中的情感态度与价值观目标是尤其需要关注的，具体有两方面：一是认识到信息技术本身的技术价值，它是改变个人生活，甚至是推动人类社会进步的工具;二是热爱祖国、振兴中华民族的使命感和责任感。当然，价值观的确立，不是靠简单的说教，更不是靠口号式的呼喊，而是要挖掘教学内容中适合渗透的地方，做到润物无声，水到渠成。本节课，笔者通过一系列的问题解决，让学生充分感知了信息技术作为“工具”的强大魅力;同时，对“嫦娥四号”登陆月背所创造的一系列“第一”进行了挖掘，并对我国即将开展的火星探测计划进行了介绍，极大地增强了学生的民族自豪感和自信心，使学生对未来的信息技术学习产生了浓厚的兴趣，较好地完成了学科育人的目标。

    ● 课例实践

    1.导入：纸上“探月”——AR技术激趣导入

    （1）“月”迷导入

    师：上课之前，大家来猜个谜语：一面镜子亮晶晶，走遍天下照古今。（生：月亮）你们对月亮了解多少？（生：地球的卫星/没有空气/陨石坑/阿波罗载人登月/神话故事“嫦娥登月”/……）大家对月亮都很感兴趣，我们现在就去看看月亮好不好？（生：白天看不到）老师已经把月亮“请到”了大家的桌子上。

    谈话引入，并由猜谜引导学生谈论自己对“月”的已有认识，引出AR“探月”。

    （2）AR“探月”

    师：下面，我们进行一个小组活动——AR“探月”。要求：三人一组，运用“通晓天文”APP，通过AR技术寻找月球上的中国元素，然后汇报探究结果。

    小组汇报：万户、张衡、祖冲之、高平子环形山……

    师：这些月球上的中国元素，有很多是我们古代先贤的名字，他们对太空对月亮充满了探索的渴求，也有一部分是中国近期对月球探索留下的印记，这些与我们息息相关的中国元素既是世界对中国探月的认可，也记载传承了中国人千百年来的探月梦。

    2.初探：“嫦娥”登月——认识“计算机技术”在探月中的作用

    （1）嫦娥工程

    师：请大家观看视频，获取以下信息：我国探月工程的名称及分步实施计划。（学生观看视频，明确我国的探月工程名为“嫦娥工程”，分为“绕、落、回”三步完成）

    （2）“嫦娥”登月

    师：我们总体了解了我国探月工程的概况，下面我们来重温激动人心的“嫦娥四号”登月过程。

    在播放视频过程中，教师重点讲解主要技术过程，带领学生直观感受“指令”在登月过程中的重要作用。

    师：这段视频记录了“嫦娥四号”登月的主要过程，在点火员发出“点火”口令后，火箭是由什么控制的？（生：计算机）再具体一点呢？（生：程序）真棒！“程序”听起来很高大上，简单来说，就是为完成某件事情而按顺序排列的指令集合。大家想不想尝试将视频里的这些登月指令按正确顺序排列，模拟“嫦娥四号”登月的过程。

    学生活动：通过小程序进行指令重组，正确点击发射按钮，观看演示指令执行过程的模拟动画。

    小结：指令系统、计算机模拟、计算机运算都是计算机技术的重要组成部分，计算机技术的应用使“嫦娥登月”成为可能。

    3.再探：“月宫传图”——体验“通信技术”在探月中的应用

    （1）成就介绍

    教师介绍“嫦娥四号”取得的若干“第一”：第一个登陆月球背面的人类探测器、第一次实现了月背巡航、传回了第一张月背近景照片、培育了月球上的第一个生命。激发学生自豪感，同时引发思考：为什么登陆“月背”这么难？引出探月工程中的“通信技术”。

    （2）体验活动：“我传你接”——感受“鹊桥”中继星的作用

    师：下面我们进行一个小活动——“我传你接”，体验一下，难在哪里？如何解决？

    学生扮演“地球”“月球”进行“我传你接”的体验活动，无法完成。

    师：“地球”都要流浪到“月球”背面去传递了，这是不允许的。怎么办？（生1：我来帮他们）非常棒，增加了一个节点，我们就能够将东西传递过去了。大家和科学家想的一样！我们来看“鹊桥”中繼星。科学家通过计算，向拉格朗日L2点发射了鹊桥中继星，通过它解决了月背无信号的问题。

    （3）视频介绍：无线电波的通信原理

    师：你在生活中遇到过信号问题吗？（生：在电梯里＼去山里玩＼……）这些都是我们身边发生的事情，那“信号”到底是什么呢？请看视频，了解无线电波传递信息的过程。

    （4）编码与解码

    师：我们通过视频知道了平常说的“信号”其实就是无线电波，通过用1/0表示高低电平来传递信息，那信息是如何变成1/0的呢？老师以最简单的黑白图像为例：将“飞碟图”像素化，使其每个点只有一种颜色，将所有的白色用1表示，黑色用0表示，就可以得到一串1/0组成的编码。

    教师演示黑白图像的“编码”过程，引导学生领会什么是数字化表示。

    （5）体验活动：解码竞速

    师：下面，全班分六个小组，使用“解码器”完成六组编码的解码，合起来就是下一个活动的“通关密语”。

    学生分六组解码，得到通关密语：探月小车一部。

    4.三探：“月上”生存——了解“传感技术”在探月中的应用

    教师对背景进行介绍：中国航天微博更新“玉兔二号”的再次休眠。

    学生体验活动：保护“玉兔”——传感技术。

    ①“探月小车”动起来。学生尝试借助“手电光源”，使小车动起来。教师引导学生观察，找出照射的具体元器件上的文字，引出光照传感器。

    ②光照传感器工作原理。教师讲解光照传感器工作原理：光照强度—电压值—二进制。

    ③保护“玉兔”——为“玉兔”选配合适传感器。课件介绍各类传感器，从月球表面实际环境出发，引导学生思考，解决实际问题：“玉兔”在恶劣的月面生存需要哪些传感器？

    5.总结：卒章显志——情感升华

    教师总结：①强调计算机技术、通信技术与传感技术参与了探月工程的信息获取、加工与传递的过程，极具重要性，以此点题。②介绍航天新技术的应用：欧洲航天局3D打印月球基地、美国NASA使用VR训练宇航员、我国火星探测车上的人工智能。

    学生通过“满月”“半月”“弦月”手势反馈本节课活动的完成情况，教师择机与学生交流，了解学生实际掌握情况。学生表达本节课的学习收获、感受、展望等。

    教师展示“中国航天日”的海报，鼓励学生关注身边的信息技术或信息事件，为中华民族的航天梦、中国梦而努力学习。

    ● 结束语

    信息技术开放性理论课教学不能止步于概念或基础知识的习得，而应深入挖掘信息技术学科特殊的育人价值，锻炼思维，提高能力，让学生在感知世界、思考问题、解决问题的过程中感受信息技术的魅力。站在这样的高度思考“为什么教”，选择“教什么”“怎么教”，才能准确找到学科教学的原点与灵魂，把握学科核心素养的要义，引导学生从掌握“双基”走向学科思维形成，使每个层次的学生均有所得。