當“信息技術”遇見“科學”

張松

在全球新一輪科技教育革命中，多學科融合的教育理念、跨界跨學科的思維方式越來越受到教育者與受教育者的青睞。小學信息技術與科學這兩門學科相互支撐、相互補充，共同發展，在相互碰撞中，培養學生各方面技能，強調學生科學思維習慣的養成。本文提到信息技術和科學課，很多讀者也許會認為，這又是一篇闡述信息技術在科學課上巧妙運用的文章，恰恰不是，筆者所要講的，是信息技術課程與科學課程之間的融通嬗變，對小學生的科學思維帶來的影響。在小學階段，信息技術和科學分別是兩個不同的學科，它們分別有獨立的課程目標，有特定的課程體系，有獨特的課程價值。但它們又同屬于學校科技教育的領域，尤其是當今“人工智能”的提出，機器人教育的普及，對科學學科以及信息技術學科的教育內涵，都提出了更高的要求，因此，筆者嘗試將兩門學科的知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個層面深度融合，從而優化學生科學思維的意志品質。

知識與技能的融合，梳理思維的多元與邏輯

2017年10月，江蘇省小學信息技術教師基本功大賽圓滿落幕。從理論考試、上機實操到最后的課堂教學展示，提到最多的主題莫過于人工智能。國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》中也提出，要在中小學階段設置人工智能相關課程，推動人工智能領域一級學科建設。而人工智能的知識體系，恰是科學和信息技術的合二為一，缺一不可。

片段一：在科學課上，學生把《杠桿》作為本節課的主要知識點。教師通過各種實例讓學生掌握了如何定位支點、動力點、阻力點，再引導學生對比動力臂與阻力臂之間的距離，從而得出什么樣的杠桿是省力杠桿，什么樣的杠桿是費力杠桿，什么樣的杠桿是不省力不費力杠桿，課堂的著眼點在于真理的歸納和總結。

片段二：在信息技術課上，設計一個智能蹺蹺板，按鈕的觸動可以使蹺蹺板自動升降。機器人教學的著眼點放在編程上，教師教會學生如何用編程語言賦予機器人程序的思維，機器人就可以完成指定的任務。那么此時，學生所理解的機器人能夠“聽指揮”，完全是因為編程造成的，沒有人會注意到組成機器人的結構件里蘊藏了很多機械原理，學生在編程之前，動手搭建的蹺蹺板正是一個典型的杠桿，可是杠桿原理又屬于科學課的范疇。

諸如此類的課例屢見不鮮，如《手搖發電機器人》一課，學生通過機器人的模塊搭建出一個手搖機器人小車模型（如圖1）。

學生通過搖動手中的馬達1，帶動馬達2進行驅動，形成小車前行和后退的過程。在信息技術的課堂上，學生體驗了驅動器轉動發電的現象，證實了數據線傳遞信息的過程，了解了機器人的傳動知識。其實這正是一次能源的二次轉化過程，馬達通過學生手搖產生了動能，這一動能又通過物理效應轉化為電能，最終電能使小車前行和后退。顯而易見，“能量之間的轉化”這一科學性知識點，又在信息技術的課堂上展現得通俗易懂，滲透得淋漓盡致。同時，如此生動的課堂，能夠讓學生從多元的視角思考問題，從不同的著眼點發現問題，從多元的知識結構上分析問題，從而解決問題。這不得不說，信息技術與科學學科的融合勢在必行，知行合一。

過程與方法的融合，實現思維的理性與客觀

眾所周知，科學課講究的是實驗，通過實驗證明假設，驗證假設的過程；信息技術課注重的是操作性和實踐性，通過探究活動獲得技能的過程。兩者之間存在著必然的共性——以學生為主體的實踐活動。當前的信息技術課，教師過多地關注學生技能的訓練，總以學生掌握技能、靈活使用為目標，忽視了他們思維習慣的養成性培養。相比之下，科學課已經形成的課堂教學模式“提出問題—猜想假設—動手實驗—收集數據—對照指標—得出結論—歸納真理”更值得借鑒。尤其是在機器人教學的編程模塊，更需要讓學生在編程之前，學會構建程序流程圖，若程序中出現判斷語句，學生便要根據不同的判斷進行合理的假設，并給出相應的處理方案。待程序書寫并下載完畢后，再對機器人進行調試，這一周而復始的預判、檢測、調試的過程也正是一個收集數據、對照指標的過程。

在這里，筆者想和大家分享信息技術《變速風扇》一課，學生在調試程序的過程中發現科學奧秘的有趣故事。筆者把學生分成了甲、乙兩組，所給的實驗材料為機器人搭建風扇模型（如圖2）。

任務一：在程序編寫上，甲、乙兩組學生賦予電機運轉的功率都為10。有一定編程基礎的學生，能很順利地完成此任務。

任務二：設置風扇的第二個檔位。甲組學生修改程序，設置電機運轉功率為50；乙組學生把電機連接的主動輪換成8齒小齒輪，再讓小齒輪嚙合扇葉連接的40齒大齒輪（如圖3），讓原主動輪變為從動輪，程序不做修改。猜測哪一組風扇轉得更快呢？

絕大多數學生都會猜測修改功率的風扇轉速快。其實不然，通過偵測數據，學生發現兩組風扇的轉速竟然還是一樣的，只不過一個是改變程序，一個是改變結構，效果卻神奇般的一樣，并順勢發現了大齒輪帶小齒輪是加速的原理。此時，筆者再次質疑：大齒輪和小齒輪之間的齒輪比與增速之間有什么關系呢？根據教師的引導，學生不難計算出40齒齒輪和8齒齒輪的齒輪比是5∶1，增加的電機功率值也剛好是5倍，它們是正比關系。

任務三：給風扇設置第三個檔位，功率為200，但程序可設置的最大功率為100，那么該怎么做呢？此時，學生的思維被打開，他們從最初的定勢思維，逐漸開拓形成發散思維，學會了用科學機械原理與編程相結合的辦法來解決問題，用客觀的依據和實踐的檢驗來證明假設，用嚴密的邏輯計算和推理來歸納和演繹“齒輪組傳動力”的科學真理，這也正是思維的理性與客觀的統一。

情感態度與價值觀的融合，培養思維的辯證與創新

課程標準明確指出，“情感態度與價值觀既是學生學習的動力因素，影響著學生對學習的投入、過程與效果，又是教育的目標之一”。諸如科學與信息技術學科一類的綜合實踐活動學科，要由單一的知識與技能目標改為多元教學目標，注重培養學生的情感態度與價值觀。尤其是科學課上最能體現思維的思辨性——學生可以根據自己的實驗習得，與同伴之間進行平權的爭議；可以通過豐富的直接經驗和感性認識進行理性的懷疑，再通過自主活動、實踐活動和親身體會去推翻懷疑，爭論假設或者驗證判斷。

再如，《機器人的芭蕾》一課的重點是兩個馬達之間的差速，會使“機器人小車”執行不同的運動軌跡。筆者在執教此課時，設計了這樣一個實驗量圖（如圖4）。

學生根據量圖提供的馬達功率進行一一實驗測試，對測試結果進行判斷和總結，并將結果填入報告單。隨后，筆者組織小組討論，學生將自己的測試結果拿出來分享和比對，得出如圖5所示的結論。

在這一過程中，學生先從自我實踐中提煉出所謂的實驗“真理”，當與同伴交流碰撞中找到不同時，學生會對自己的預判提出質疑，并再次投入測試和實驗中，從而進行“真理”的再次推敲和總結，周而復始，直至所謂“真理”扎實落地，任務得以完成，答案得以篤定，科學性的思維品質在一個小小的實驗過程中得以完美遇見。

如今的信息技術課堂也正需要這種思辨的思維方式來激發學生敢于質疑真理的態度，用創新思維的方式來激勵學生敢于挑戰自我的意志品質。課程之間只有深度融合，才能給予學生充分發揮想象的素材、進行創新創造的空間、展開思維碰撞的路徑，才能讓教師的教育眼光更加深邃、教育思維更加睿智。

結語

小學信息技術課和科學課的融合就像使用粉筆、黑板、紙和筆一樣自然、流暢，這里是一個“糅合”的概念，這就是“課程融合”的核心。隨著教育改革與各學科之間的深度融通與嬗變，教與學的“雙重”革命正在教室內外悄然發生。筆者認為，這場“靜悄悄的學習革命”是支持每位學生的多元化、個性化需要的革命，也是促進教師的自主性和創造性的革命。