面向數字素養的小學信息科技實驗教學設計與實踐

在當今數字化飛速發展的時代，學生數字素養的培養愈發重要。信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性等特點，是培育學生數字素養的重要基石。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）強調科學原理與實踐應用并重，積極倡導真實性學習，鼓勵學生通過“做中學”“用中學”“創中學”的多元方式，逐步培養信息科技核心素養與關鍵能力[1]。然而，傳統的教學模式側重軟件操作，缺乏實驗探索，難以有效提升學生的核心素養與問題解決能力。筆者基于“新課標”的要求探討如何通過實驗教學幫助學生理解編碼原理，針對學生的認知特點設計低門檻、高互動性的實驗活動，培養計算思維與數字化實踐能力。

一、實驗教學設計與實施

“可識別的車牌”一課的實驗內容源自《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》的“數據與編碼”模塊，旨在讓學生了解編碼的目的是建立數據間的內在聯系，以便計算機進行識別和管理。車牌作為一種常見的編碼形式，具有豐富的信息和實際應用價值。通過對車牌編碼的研究，學生能夠深入理解編碼的原理和作用，為今后學習更復雜的編碼知識打下基礎。在“可識別的車牌”一課的實驗教學中，學生將經歷解密、探究、體驗、拓展、遷移等學習環節。這樣的教學方式能夠幫助學生理解抽象的實驗原理，提高學生的學科思維水平，體現“科”與“技”并重。

（一）實驗教學目標

學生通過案例分析和情境模擬，探究車牌編碼的唯一性及與不同系統的數據關聯；通過分析車牌號碼，能夠理解編碼是如何按照特定規則組織數據，建立內在聯系的；利用Scratch軟件、學生平板等工具模擬停車入庫場景，了解通過編碼如何實現計算機的識別和管理。

（二）實驗重點和難點

重點：理解編碼是如何按照特定規則組織數據、建立內在聯系的。

難點：把握車牌編碼的唯一性及與不同系統的數據關聯。

（三）學習對象分析

“可識別的車牌”一課的學習對象是小學四年級的學生。在認知能力上，他們了解數據的概念，初步認識身邊的編碼，但尚不理解編碼和數據之間的內在聯系；在操作能力上，他們能夠掌握平板電腦和臺式電腦的基本操作技能，也能夠在線搜索信息；在思維能力上，他們正處于由形象思維向抽象思維過渡的階段，分析問題和理解抽象原理的能力有待加強。

（四）實驗器材準備

車牌模型、圖形化編程程序、平板電腦。

（五）實驗實施過程

【角色扮演，引出真實問題】

學生分組進行角色扮演，模擬車輛進入學校車庫的場景。在模擬過程中，學生依據各自角色的職責進行操作，如“汽車”駛向“道閘”，“道閘”等待“計算機”指令，“計算機”查詢車牌數據以決定“道閘”是否開啟。教師提問：“編碼如何建立數據間的聯系，方便計算機的識別和管理呢？”在問題的啟發下，學生通過角色扮演，初步體驗車牌信息在實際場景中的作用，感知車牌與車庫管理系統之間的交互關系，從而對車牌編碼產生初步認識。

【實驗一：解密車牌編碼】

實驗準備：在實驗前，分發實驗任務單和微課資料，學生課前4人為一組，每組一張實驗任務單，根據學件上的操作步驟進行實踐，同時將相關數據準確填寫至實驗學習單上，且每項任務完成后均會得到及時的反饋。

實驗過程：首先，查看桌面微課或上網查詢車牌號的組成規則；其次，討論自己組的車牌組成（如圖1所示），并記錄車牌數據的含義；最后，小組匯報自已車牌的數據含義與組成規則。

皖A·F12W71“皖”代表： “A”代表：“F12W71”代表： 車牌為綠色代表：

實驗小結：車牌中的數據通過一定的規則建立聯系。

設計意圖：學生4人一組，通過老師提供的微課、自主上網查閱資料、小組交流討論的方式，將自己組車牌中數據的含義記錄在實驗單中，然后小組匯報交流，在匯報過程中，學生發現雖然每組車牌的數據雖然不一樣，但都是由“省一市—車輛序號”這一規則聯系起來，由此學生得出實驗一結論。

【實驗二：探究車牌與系統間數據的聯系】

情景再現：教師帶領學生觀看同一輛車進入學校、商場、小區車庫場景，引發學生思考：車牌與不同車庫系統中的哪些數據發生聯系呢？

實驗過程：第一，打開Scratch軟件，選擇3種虛擬車庫中一種車庫；第二，通過程序模擬進入不同車庫；第三，利用記錄單（如圖2所示）記錄相關數據。第四，通過希沃投屏各個小組的記錄單，學生觀察對比數據得出實驗結論。

程序中的車牌號 停車地點 看到了哪些數據□商場車庫 □車牌號 □停車時長□小區車庫 □停車費用 □固定車□學校車庫 □停車卡剩余時長□業主

實驗小結：汽車的車牌號作為唯一標識，與一個或多個車閘系統中的數據建立了聯系，從而實現順利進出。

設計意圖：每個小組分別利用Scratch制作的虛擬仿真程序體驗商場、小區、學校車庫，觀察并記錄涉及的數據，如車牌號、停車時間、是否業主等。隨后，筆者通過希沃投屏展示各個小組的記錄單。學生通過對比數據得出結論：不同系統間的數據都是通過車牌號這個唯一標識建立聯系的。

【實驗三：計算機的識別和管理】學生通過老師自制的程序，體驗學校車庫管理系統。

實驗過程：第一，學生用平板掃描識別外來人員的車牌；第二，觀察后臺新增的該車的數據，包括車牌號、進入時間、“外來人員”標識；第三，后臺可通過車牌號查詢數據，車牌號在系統中時，可以查詢該車的數據，若不在系統中則無法查詢；第四，根據實驗過程填寫相關數據。

實驗小結：通過車牌號編碼，計算機可以識別車輛，也可以增加和查詢車輛數據，便于管理。

設計意圖：編碼及計算機的識別和管理對學生來說較為抽象，為了便于學生理解，筆者利用圖形化編程軟件制作了學校車庫管理系統，讓學生了解掃描車庫后的后臺數據會發生哪些變化，感知數據增加、刪除的過程，通過數字化學習工具進行仿真模擬，提高學生的數字化學習能力與問題解決能力。

【拓展遷移】

教師應注重與學生數字生活經驗、現實社會信息科技應用場景的關聯，引導學生認識信息科技的價值和作用[2]。具體而言，教師要鼓勵學生在生活中遷移、應用信息科技原理，讓學生嘗試用所掌握的原理解釋相關現象或解決相關問題。教師提供實驗任務單作為思維的支架，促進學生對編碼建立數據間聯系的理解，最后引導學生拓展思維，思考：在生活中，車牌號和交通管理系統中的哪些數據建立了聯系？學生通過發散思維，利用本節課所學的編碼知識去解釋生活中的事物。

二、實驗效果分析

以“可識別的車牌”為例的實驗教學，在多維度有效促進了學生數字素養與核心素養的協同發展。

在認知層面，學生通過角色扮演、虛擬仿真等實踐活動，突破編碼概念的抽象性障礙，從而建立對數據組織規則的深刻理解。從最初對車牌編碼的模糊認識到能夠準確解析其組成結構，再到將這一理解遷移至其他生活場景中的編碼系統，展現了知識建構的完整過程。這種理解不僅停留在記憶層面，更體現在學生能夠運用編碼原理解釋現實問題，如理解身份證號、學籍編號等常見編碼的系統邏輯。

在能力發展層面，實驗教學有效培養了學生的計算思維，特別是在問題分解、模式識別和抽象建模等關鍵能力上。通過停車管理系統的模擬實踐，學生逐步掌握了將復雜問題拆解為可操作步驟的思維方法，并能夠運用條件判斷、數據關聯等編程邏輯解決問題。如此一來，學生能夠掌握圖形化編程工具的操作技能，增強了利用數字工具解決問題的意識和方法，提升數字化學習能力。在創新實踐環節，部分學生甚至能夠突破教師預設的方案，提出具有獨創性的改進建議，展現了良好的創新思維。此外，通過小組合作，學生的團隊協作能力得到系統鍛煉。從最初的依賴教師指導，到后期能夠自主分工、協商解決問題，這一過程不僅提高了學生的溝通效率，更培養了他們的團隊意識和領導能力。值得注意的是，學生可通過數據管理實踐，逐步建立起隱私保護和倫理意識，能夠自覺思考技術應用的社會影響。

實驗教學對不同認知特點的學生都產生了積極影響：擅長邏輯思維的學生在編程環節表現出色，而偏好具象思維的學生則通過實物操作加深理解，這種差異化的發展路徑體現了實驗教學的包容性優勢。從持續影響來著，實驗組學生在后續學習中展現出更強的知識遷移能力和探究意識，表明實驗教學帶來的不僅是短期知識獲取，更是學習能力的長效提升。

由此可見，本次實驗教學成功實現了“科”與“技”的有機融合，通過真實情境的創設和實踐環節的設計，使抽象的信息科技原理變得可感可知，為小學信息科技實驗教學提供了有價值的實踐范例。這種教學方式不僅適用于“數據與編碼”模塊，其設計思路和方法也可推廣至其他內容模塊的教學中，具有普適性和拓展性。

三、教學反思與建議

本次實驗教學存在以下值得反思的問題。

在實驗實施過程中，時間分配不均的問題較為突出。學生對“車牌解密”環節表現出濃厚興趣，導致討論時間超出預期，影響了后續“計算機識別管理”環節的實施效果。針對這一問題，建議采取分層任務設計策略，將實驗內容劃分為基礎任務（如記錄車牌編碼規則）和拓展任務（如設計個性化編碼系統），以滿足不同學習進度學生的需求。同時，引入時間管理工具，如在任務單上標注建議用時，配合倒計時工具，幫助學生建立時間觀念，優化課堂節奏。

技術操作障礙是另一個需要改進的方面。部分學生在使用Scratch模擬車庫系統時，由于對條件判斷語句不夠熟悉，導致程序運行失敗，教師需要個別指導，影響了整體教學效率。為此，建議在實驗前增設“Scratch基礎操作”微課，重點講解“如果—那么”邏輯塊的使用方法；同時，建立“學生助教”機制，選拔并培訓技術能力較強的學生擔任小組指導，形成同伴互助的學習氛圍。

在知識遷移環節，部分學生表現出機械套用的傾向，未能靈活地將編碼原理應用到新情境中。為強化概念理解，建議在總結階段采用類比教學法，引入快遞單號、健康碼等生活實例進行對比分析，深化對“編碼唯一性”這一核心概念的認識；同時，借助XMind等可視化工具梳理不同編碼系統的共性與差異，幫助學生構建系統化的知識網絡。

在推廣實施方面，不同學校的硬件條件差異較大，缺少多層次的實施方案。對于設備不足的學校，建議采用“紙質模擬 ?⁺ 在線工具”的替代方案，通過手工表格和免費編程平臺完成基礎實驗；同時，開發標準化的教學資源包，包括微課視頻、差異化任務單模板和教師指導手冊，以提升實驗的可復制性和普適性。

展望未來，隨著人工智能技術的發展，信息科技實驗教學將迎來新的機遇。AI圖像識別技術引入課堂后，學生能通過可視化學習工具體驗真實的車牌識別過程，同時參與數據隱私保護的倫理教育。虛擬實驗環境也有望進一步深化，借助VR技術構建沉浸式的管理系統，或利用AI分析學生操作數據，提供個性化的學習反饋。這些技術創新將為信息科技實驗教學開辟更廣闊的發展空間。

結語

綜上所述，實驗教學能深化學生對編碼規則的理解，促進學生數字素養的發展。在小學信息科技實驗教學中，學生可通過角色扮演、虛擬仿真等環節，將抽象知識與實際應用相結合，逐步實現數字素養與核心素養的協同發展。信息科技實驗教學的質量提升，不僅需要教師保持持續的反思與改進意識，還需要教師不斷探索創新，將科學原理、技術應用與核心素養培育有機融合，從而充分發揮實驗教學的獨特價值。

【參考文獻】

[1］中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）M」.北京：北京師范大學出版社，2022.

[2］魏雄鷹.加強信息科技實驗教學發揮信息科技育人價值［J].教育與裝備研究，2024，40（2）：12-15.