俞含盛 浙江省舟山市定海區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校

徐光濤 杭州師范大學(xué)經(jīng)亨頤教育學(xué)院

為進(jìn)一步提升科學(xué)教育質(zhì)量，強(qiáng)化和規(guī)范實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)，教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心發(fā)布了《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄（2023年版）》，其中包括信息科技學(xué)科的63個(gè)小學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、31個(gè)初中實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和81個(gè)高中實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。[1]然而，信息科技學(xué)科領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究才剛剛起步，關(guān)于“信息科技實(shí)驗(yàn)”的定義、類(lèi)型、教學(xué)模式及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，有待進(jìn)一步深入探索。

● 價(jià)值定位：開(kāi)展信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義闡釋

世界主要國(guó)家都把數(shù)字化作為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略方向，公民數(shù)字素養(yǎng)已成為國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的核心指標(biāo)，各國(guó)紛紛將其提升為戰(zhàn)略重點(diǎn)。在此背景下，提升青少年數(shù)字素養(yǎng)已成為全球教育界的共同關(guān)切和緊迫任務(wù)。我國(guó)政府對(duì)此亦給予高度重視，在《提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能行動(dòng)綱要》中進(jìn)行了全面部署[2]，并在《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》中明確了培育目標(biāo)以強(qiáng)化人才支撐。[3]

信息科技課程承載著培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的重要使命。[4]實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)習(xí)科學(xué)理論與技術(shù)工程的高效教學(xué)方式，成為連接技術(shù)與素養(yǎng)的關(guān)鍵橋梁。[5]《教育大辭典》指出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生在特定的控制條件下，利用儀器設(shè)備進(jìn)行觀察、測(cè)量和分析,以獲取知識(shí)、培養(yǎng)技能的實(shí)踐性教學(xué)組織形式。然而，在信息科技學(xué)科領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的明確定義仍待學(xué)界形成共識(shí)。部分研究者已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行諸多有益探索，具體如下頁(yè)表所示。

基于以上對(duì)照，不難發(fā)現(xiàn)，信息科技實(shí)驗(yàn)以科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)形式為手段，以信息科學(xué)及技術(shù)工程領(lǐng)域的內(nèi)容為范圍，以理解概念原理及思維方法、掌握工程實(shí)現(xiàn)過(guò)程與技術(shù)為目的，融合理論與實(shí)踐，體現(xiàn)了“科”“技”并重的學(xué)科定位。信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)在數(shù)字技術(shù)與數(shù)據(jù)的探究、分析、驗(yàn)證與創(chuàng)新中，讓學(xué)生領(lǐng)悟原理，掌握技術(shù)，培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)[12]，其價(jià)值體現(xiàn)在以下方面。

第一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于數(shù)據(jù)處理來(lái)提升信息意識(shí)。學(xué)生收集整理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、表達(dá)和傳遞信息，鍛煉信息處理能力。例如，“二維碼”實(shí)驗(yàn)的信息認(rèn)知、反應(yīng)和判斷過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了信息意識(shí)從“書(shū)面理解”向行為和思想轉(zhuǎn)變。[13]

第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于數(shù)據(jù)安全來(lái)強(qiáng)化信息社會(huì)責(zé)任。例如“密碼”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生從數(shù)據(jù)安全角度理解加密與解密，思考安全“是什么”“為什么”“怎么做”，延伸到個(gè)人隱私保護(hù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等議題，理解信息社會(huì)責(zé)任，提升數(shù)據(jù)安全意識(shí)。[14]

信息科技實(shí)驗(yàn)的定義與關(guān)注點(diǎn)

第三，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于數(shù)字化技術(shù)來(lái)培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。例如《簡(jiǎn)易智能倒車(chē)?yán)走_(dá)》實(shí)驗(yàn)，學(xué)生借助開(kāi)源硬件制作項(xiàng)目，深化對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)流程的理解，鍛煉知識(shí)建構(gòu)和技術(shù)應(yīng)用能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和思辨能力。[15]

第四，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于問(wèn)題解決來(lái)發(fā)展計(jì)算思維。面對(duì)各種問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)，學(xué)生通過(guò)分析尋找解決方案，理解概念與原理，認(rèn)識(shí)信息技術(shù)潛力和局限性，培養(yǎng)批判性思維。例如，《簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組建》實(shí)驗(yàn)基于生活問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐、驗(yàn)證和總結(jié)提升問(wèn)題解決能力。[16]

第五，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)提升綜合素養(yǎng)。小組合作模式能有效提高效率，培養(yǎng)合作、溝通、妥善處理沖突能力，強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)意識(shí)。[17]實(shí)驗(yàn)追求真實(shí)、準(zhǔn)確，有助于培養(yǎng)科學(xué)精神。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)以直觀可視化的創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)高度人機(jī)交互，讓學(xué)生身臨其境，激發(fā)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。[18]

可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在信息科技課程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，為培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)與技能提供了獨(dú)特且富有成效的途徑。

● 模式擷英：信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分類(lèi)實(shí)施

信息科技實(shí)驗(yàn)需求豐富多樣，合理分類(lèi)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，構(gòu)建相應(yīng)教學(xué)模式，對(duì)促進(jìn)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“學(xué)-教-評(píng)”一致性具有積極意義。胡曉升將高中信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)分為確認(rèn)、驗(yàn)證、探索、設(shè)計(jì)制作、測(cè)量及儀器使用等幾類(lèi)。[19]在義務(wù)教育階段，根據(jù)魏雄鷹的劃分，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型包括驗(yàn)證性、探究性、創(chuàng)新應(yīng)用性以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。[20]

根據(jù)魏雄鷹的分類(lèi)，筆者對(duì)研究者們各具特色的技術(shù)實(shí)驗(yàn)相關(guān)教學(xué)模式進(jìn)行了梳理，歸納出如下六種模式：

（1）通用模式。如“組建簡(jiǎn)單局域網(wǎng)絡(luò)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分四個(gè)步驟：情境導(dǎo)入、實(shí)驗(yàn)操作、討論交流及撰寫(xiě)報(bào)告。[21]該模式通用、靈活，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)實(shí)驗(yàn)。

（2）驗(yàn)證模式。段勇的“智慧家居的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)”跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)包含了感知原理、驗(yàn)證原理、遷移原理、總結(jié)反思等四個(gè)環(huán)節(jié)。[22]賀森則從項(xiàng)目導(dǎo)入，再提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)、得出結(jié)論，最后優(yōu)化拓展，形成完整的項(xiàng)目成果鏈。[23]

（3）探究模式。組網(wǎng)傳輸信息實(shí)驗(yàn)通過(guò)體驗(yàn)自制通信系統(tǒng)、搭建通信網(wǎng)絡(luò)、合作探究揭示原理形成結(jié)論。[24]《信息編碼與二進(jìn)制》從情境導(dǎo)入，穿插兩次探究活動(dòng)和階段小結(jié)，使實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)。[25]

（4）創(chuàng)新應(yīng)用模式。王吉的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)側(cè)重于創(chuàng)新應(yīng)用，包括尋找痛點(diǎn)、設(shè)計(jì)方案、制作模型、優(yōu)化推廣四個(gè)環(huán)節(jié)[26]，呈現(xiàn)了從問(wèn)題發(fā)現(xiàn)到解決的完整過(guò)程。

（5）虛擬仿真模式?；赑acket Tracer物聯(lián)系統(tǒng)開(kāi)展的“智能家居物聯(lián)”實(shí)驗(yàn)，包括登錄系統(tǒng)、選擇設(shè)備、搭建物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)置參數(shù)、編程調(diào)試五個(gè)環(huán)節(jié)。[27]此模式突破時(shí)間、空間及條件限制，在模擬場(chǎng)景中強(qiáng)化實(shí)踐。

（6）混合模式。鄭潔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)聚焦大概念，包括問(wèn)題啟思、經(jīng)驗(yàn)猜想、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)踐行、觀察“剖析”和提煉增智六個(gè)步驟，既驗(yàn)證猜想，又探究原理，強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境中識(shí)別并糾正迷思概念。[28]

實(shí)驗(yàn)教學(xué)既靈活又創(chuàng)新，沒(méi)有固定模式。教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型、目標(biāo)及學(xué)情進(jìn)行融合創(chuàng)新，以滿足不同實(shí)驗(yàn)的需求。具體而言，可以推行項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)——基于真實(shí)問(wèn)題策劃項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心建構(gòu)知識(shí)體系，組建學(xué)習(xí)共同體，倡導(dǎo)合作；可以提倡跨學(xué)科整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)——融合其他學(xué)科設(shè)計(jì)有創(chuàng)意的跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立學(xué)科間聯(lián)系，理解內(nèi)涵和價(jià)值，培養(yǎng)專家思維。另外，可以有更豐富的實(shí)驗(yàn)形式，如交互式實(shí)驗(yàn)教學(xué)營(yíng)造溫暖、潤(rùn)澤、彼此平等的課堂環(huán)境，促進(jìn)師生共同參與；虛實(shí)結(jié)合的混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建復(fù)雜場(chǎng)景，以虛擬或真實(shí)的實(shí)踐操作幫助學(xué)生直觀理解抽象概念。最后，設(shè)計(jì)多層次、多樣化、開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，既可以滿足學(xué)生興趣和需求，又給予充分自由度和創(chuàng)造性空間，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

● 實(shí)施策略：信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化舉措

1.規(guī)范要素：實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)涵蓋以下關(guān)鍵要素：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對(duì)象分析、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（硬件、軟件、素材等）、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫(xiě)“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)等。若采用小組合作，應(yīng)明確“小組成員及分工”。實(shí)踐操作是本學(xué)科教學(xué)中的重要一環(huán)，但并非所有形式的操作都是實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)的特性，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容來(lái)確定是否采用實(shí)驗(yàn)方式，并清晰界定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头秶?。以傳感器的學(xué)習(xí)為例，實(shí)驗(yàn)并非重復(fù)操作和簡(jiǎn)單模仿，而是讓學(xué)生安裝、測(cè)試，觀摩數(shù)據(jù)變化，感受傳感器工作原理和使用方法。

2.嚴(yán)謹(jǐn)管理：實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理與評(píng)價(jià)的完善

在實(shí)驗(yàn)前，制訂計(jì)劃明確目標(biāo)、任務(wù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄單記載各個(gè)環(huán)節(jié)，明確成員職責(zé)確保全體深度參與。在實(shí)驗(yàn)中，觀察現(xiàn)象、探究問(wèn)題，積極討論、分享發(fā)現(xiàn)。教師要掌控實(shí)驗(yàn)節(jié)奏，調(diào)整進(jìn)度。在實(shí)驗(yàn)后，構(gòu)建多元實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，從多個(gè)維度（其中包括報(bào)告質(zhì)量、操作規(guī)范性與熟練度、團(tuán)隊(duì)合作表現(xiàn)與效果等）評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

3.師資為本：教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的提升

首先，定期組織教師培訓(xùn)，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和方法。其次，鼓勵(lì)教師開(kāi)展研究，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)和評(píng)價(jià)。最后，建立激勵(lì)機(jī)制，激發(fā)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和創(chuàng)造性。

4.資源先行：實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源與環(huán)境的優(yōu)化

一是配備實(shí)驗(yàn)設(shè)備，確保有合適的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；二是利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，彌補(bǔ)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室不足；三是開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提供全方位學(xué)習(xí)支持；四是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，優(yōu)化教學(xué)服務(wù)和管理。

5.家校協(xié)同：實(shí)驗(yàn)教學(xué)共同體的構(gòu)建

第一，鼓勵(lì)家庭實(shí)驗(yàn)。以家庭作業(yè)、課外探究等形式，引導(dǎo)學(xué)生在家庭環(huán)境中實(shí)驗(yàn)，拓寬空間和時(shí)間。第二，激勵(lì)親子實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)適合家庭參與的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓家長(zhǎng)和孩子一起實(shí)踐，共同探索科技奧秘。第三，舉辦實(shí)驗(yàn)成果展。通過(guò)展覽、比賽等形式，讓學(xué)生展示自我，激發(fā)創(chuàng)新熱情，促進(jìn)交流；同時(shí)，營(yíng)造實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新的濃厚氛圍，為培育更多融合數(shù)字素養(yǎng)和創(chuàng)新精神的人才提供助力。

● 結(jié)束語(yǔ)

信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培育青少年的數(shù)字素養(yǎng)至關(guān)重要。隨著科技環(huán)境的日新月異，加強(qiáng)規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)要素、持續(xù)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)、提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平、改善教學(xué)資源與環(huán)境成為必然之舉。同時(shí)，家校之間的緊密合作與溝通有助于擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響力。這些舉措共同致力于提升青少年數(shù)字素養(yǎng)，為構(gòu)建未來(lái)的數(shù)字化社會(huì)鑄就穩(wěn)固基石。鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)在信息科技教育中的核心地位，以更加開(kāi)放和創(chuàng)新的視角推動(dòng)其發(fā)展顯得尤為關(guān)鍵。