信息科技“過程與控制”教學內容的大單元設計

張兵 山東省濰坊市濰城區于河街辦實驗中學

李永曉 山東省濰坊市教育科學研究院

郭斌 山東省濰坊第八中學

● “過程與控制”教學內容的設計背景

2022年4月，教育部頒布了《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“義教新課標”），課程內容由原來重操作、重知識的信息技術，轉變成了重科學、重素養的信息科技。一線教師急需一本義教新課標指導下的信息科技指導手冊來幫助其轉變教學方式，落地新課標要求。

“過程與控制”內容模塊屬于小學5～6年級的課程內容。基于對學科教育價值的追求，“過程與控制”模塊的實施對增強學生自主可控技術意識發揮著非常重要的作用，但也給新學期信息科技課程實施帶來了新挑戰。在義教新課標視野下進行“過程與控制”內容設計與實踐研究對一線教學具有開創意義。

● “過程與控制”教學內容的規劃思路

1.規劃新課程形式，定位內容設計方向

義教新課標注重學生自主學習，關注學生學科核心素養的養成，所以課程形式變得至關重要，其決定了課程內容呈現形式與學生學習方式。學習手冊是一種有效激發學生自主學習的創新形式，在市信息科技教研員的指導下，筆者初步確定將“學生學習手冊”作為本次課程設計的內容組織形式。

2.以大單元架構內容，理清學生學習過程

學生學習手冊是課程與課標落實的重要載體，在編寫學習手冊之前要設計一張精準的建筑圖紙——“大單元架構+微項目學習”。在義教新課標指導下，采用“大單元設計”，圍繞信息科技核心素養，通過大概念、大任務、大情境展開六個微項目的學習——微項目1：探究智能工作的過程；微項目2：揭秘電器的組成模塊；微項目3：探索用反饋優化控制；微項目4：對比研究開關量與連續量；微項目5：設計自動控制風扇；微項目6：研討自主可控與安全問題。

3.設計靈活的學習進程，組織有效的學習活動

基于核心素養的信息科技手冊體例，將微項目學習進程確定為真實情境導入（場景人物對話）、常識問題分析（知識窗）、重點知識講解（知識與圖解）、創新問題思考（想一想）、自主評價交流（試一試）、能力拓展（練一練）等。

4.挖掘生活化實例，讓學習真實有用

挖掘生活中的真實案例，更容易引發學生共鳴。在手冊中結合生活實例創設了更貼近學生真實生活的案例情境，其中涉及風扇、空調、微波爐、全自動洗衣機、波輪洗衣機、智能感應燈、無人汽車等。

5.仿真技術模擬實驗，降低硬件資源成本

義教新課標對學生實踐操作非常重視，“過程與控制”在一定程度上對硬件的依賴更大。如何應對硬件更迭與成本問題呢？筆者選擇使用零成本且較穩定的仿真平臺——Linkboy，此平臺能滿足全體學生課堂上對硬件的需求。

6.針對學生年齡特征，手冊采用“兒童化”語言描述

“過程與控制”屬于5～6年級小學階段內容，為讓學生更易理解內容，提高其學習積極性，在內容描述過程中，盡量讓語言“兒童化”，將生澀難懂的知識，采用打比方、舉例子的形式轉變為兒童語言。

7.立足生活實際學習，讓學習形式豐富有趣

學習手冊設計思路注重生活化、趣味化，以“開關量和連續量”為例，創設動手設計風扇的真實情境，設計微項目式研究學習，通過分解風扇—做流程圖—選擇硬件—自主編程—匯報展示—鼓勵創新等環節，讓學生在實踐中創作各種“趣味”風扇，提高學生對電器的認識。

● “過程與控制”的教學內容與實施流程

微項目1：探究智能工作的過程

首先，通過“小信”和“小科”兩個人物的情境對話，引出空調保持涼爽是基于過程與控制原理。

小科：小信，夏天太炎熱了，除了吹風扇、吃冷飲，有沒有更好的降溫辦法呢？

小信：小科，當然是吹空調了。設定好溫度，空調就能智能自動化工作，長時間保持涼爽。你知道其中的原理嗎？

通過“知識窗”，舉例提出“過程與控制”的概念。分析全自動洗衣機的過程與控制（如圖1），引導學生思考生活中還有哪些電器體現了過程與控制？然后，通過圖解介紹過程與控制的三個環節（如圖2）。

圖1 生活中常見的過程與控制

圖2 過程與控制的基本環節

通過“想一想”，提出問題：“根據上述材料的解釋說明，這三個環節可以改變順序嗎？”引導學生理解這三個環節的邏輯順序是不可逆的。

接著，通過“微波爐加熱的秘密”和“空調制冷有訣竅”兩個案例，分析過程與控制的三個環節（如圖3）。最后，在課后拓展中用“電飯鍋工作案例”，引導學生總結“輸入—計算—輸出”三個環節。

圖3 對比分析加熱與制冷系統過程與控制

微項目2：揭秘電器的組成模塊

先由人物“小科”引發思考：電器有哪些組成模塊？再用“知識窗”分析洗衣機、空調、電飯鍋的主要組成模塊。學生思考：你還認識哪些電器的組成模塊？舉例總結過程與控制的三大系統。為便于理解，借助剖面圖介紹“揭秘微波爐”和“揭秘空調”兩個案例。課后拓展，通過“波輪洗衣機組成模塊”（如上頁圖4），讓學生自主探究學習。

圖4 洗衣機系統和模塊組成

微項目3：探索用反饋優化控制

先用情境對話引出空調反饋機制。再用“知識窗”對風扇和空調的比較，突出空調反饋機制的優勢。借助空調案例，引導學生思考生活中還有哪些電器體現了反饋優化。借助圖解，詳細分析反饋優化的全部過程（如圖5）。通過“智能的冰箱”和“神奇的恒溫器”兩個案例分析反饋優化。最后借助材料，讓學生說出冰箱和恒溫器反饋控制的優點。

圖5 反饋優化控制

微項目4：對比研究開關量與連續量

由真實情境引起思考：為什么臺燈功能不同，檔位也不同？通過圖解，引發學生認識檔位與“開關量”和“連續量”的關系，配合圖解給“開關量”和“連續量”下定義。通過一道連線題，幫助學生鞏固本課重點。在“開關連續共存”案例中用洗衣機、空調驗證“開關量”和“連續量”可共存。通過空調案例講解“開關連續可轉換”，最后拓展任務完成流程圖。

微項目5：設計自動控制風扇

本微項目是仿真實驗課，引導學生動手實踐做風扇。先分解風扇，了解結構，然后選擇合適的傳感器，基于Linkboy平臺，通過“開關風扇顯身手”和“旋鈕風扇我能行”兩個案例分別制作“開關量”風扇和“連續量”風扇，這樣既鞏固知識，又能提高解決實際問題的能力。

微項目6：探討自主可控技術與安全問題

首先借助“無人汽車沒有自主產權，受制于人”的案例，引發思考。通過“震網病毒，破壞伊朗核計劃”和“烏克蘭電網入侵”體現不能自主可控的危害，再通過“我國發展自主技術，曝光蜂巢病毒”和“掌握航天技術，立于不敗之地”體現了自主可控的優勢，引導學生思考“自主可控與安全問題”。

● “過程與控制”教學內容設計反思

1.符合義教新課標要求，體現素養導向

學習手冊在編寫時，注重培養學生獲取信息、處理信息、表達信息的能力，以及發現問題、利用多學科資源探究并解決問題的能力，更加著重強調學生自主探究能力以及自主可控和國家安全意識的提升。

2.改善課后拓展問題，提供腳手架幫助