新課標“過程與控制模塊”的落地實施策略

代成杰

（沈陽市鐵西區教師進修學校）

2022年4月，《義務教育階段信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）正式發布。隨著新課標的發布，義務教育階段的信息科技教學內容確立了數據、算法、網絡、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線，并包含了過程與控制模塊的學習內容。

一、過程與控制模塊的設立背景

新課標提出：“信息科技是現代科學技術領域的重要部分，主要研究以數字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現。”過程與控制模塊能夠完整體現科學與技術的融合，完美呈現“科學原理、思維方法、處理過程和工程實現”的交融。新課標提出，信息科技課程“遴選科學原理和實踐應用并重的課程內容”。過程與控制模塊的教學內容中，過程設計、反饋與優化、開環閉環、系統設計等內容體現了“科學原理”。器件連接、信息讀取、內容顯示等內容體現了“實踐應用”。另外，過程與控制模塊的教學過程能夠促進信息科技課程目標的達成，助力學生運用計算領域的思維方法去界定問題、分析問題、制定問題解決方案，進行原型設計、原理和技術驗證。

二、過程與控制模塊的教學目標

三、過程與控制模塊的實施準備

（一）硬件裝備及軟件平臺準備

過程與控制系統編程驗證的最佳方式是使用開源硬件進行實驗。硬件方面，建議教師盡可能使用現有硬件。若現有硬件不能夠滿足教學，可以進行適度擴充。如果經費有限，也可以考慮使用模擬平臺或其他方案。可用的軟件平臺有很多，各校可結合自身情況自主選擇。

（二）教師準備

落實新課標要求教師不斷更新學科知識，不斷提高自身各項能力。教師在進行過程與控制模塊的教學時，應努力做到如下幾點。

1.緊緊圍繞核心概念

過程與控制模塊的教學一定要圍繞過程與控制的核心概念展開教學，如系統、過程、控制、干擾、反饋、優化、開環、閉環等核心概念。概念的介紹應通過學生能夠理解的現實案例引入，讓學生通過經驗、體會、分析及理解，掌握概念的內涵，而非記憶概念本身。

2.掌握核心計算模式

過程與控制模塊的教學一定要讓學生把握過程與控制模塊的核心計算模式。在過程與控制領域，若無反饋，則信息處理會形成一條直線形結構，由輸入，經計算，到輸出，對應開環控制。若有反饋，則信息處理形成一個環形結構，由輸入，經計算，到輸出，再經反饋形成新的輸入，對應閉環控制。

臨床療效依據相關文獻標準評估臨床[8]。以耳部無不適癥狀，聽力及鼓膜均恢復到正常水平為治愈；以耳部偶感輕微不適，全部癥狀及鼓膜活動均顯著改善，捏鼻鼓氣耳內可見脹痛感，聽力未能完全恢復為有效；未達上述標準為無效；總有效率=（治愈+有效）/總例數×100%。

3.遵循項目開發核心流程

教師在教學中一定要遵循過程與控制項目開發的核心流程：（1）確定需要解決的具體問題，設計項目框架結構，制定項目行動計劃。（2）設計算法，繪制流程圖。（3）技術驗證，確定項目問題可以實現。（4）進行硬件結構制作、組裝、搭建和連接。（5）編寫模塊化程序。（6）調試運行，測試項目的功能與穩定性。（7）優化項目結構，增加附加功能，美化作品外觀。在項目式教學過程中，教師結合具體教學內容可以適度增刪或濃縮某些環節。

4.注重創新能力培養

過程與控制模塊的教學一定要注重學生創新能力的提高，注重學生創新意識的激發、創新方法的學習、創新思維的運用及創新精神的培養。

四、過程與控制模塊實施案例——“超聲波傳感器”教學設計

（一）教學目標

信息意識：能夠借助網站查閱多種類型超聲波傳感器的規格說明；能夠以小組為單位協作探究不同超聲波傳感器的接口和類型異同。

計算思維：能夠構建任務模型，并借助循環結構通過編寫圖形化程序實現無限次測量和顯示結果。

數字化學習與創新：在數字化學習環境中，掌握超聲波測距原理，掌握超聲波傳感器應用，分享展示完成的數字化作品。

信息社會責任：在探究學習過程中，積極與人合作；實驗過程小心謹慎，養成愛護器材的好習慣。

（二）學情分析

本課教學對象為小學六年級的學生，他們通過之前的學習已經掌握算法與程序設計的基礎知識，具備了圖形化編程的能力，但形象思維仍占主導地位、對陌生事物具有敏銳的觀察能力和研究熱情，喜歡動手實踐。

（三）教學內容及重難點

教學內容為帶領學生認識多種類型的超聲波傳感器，了解超聲波傳感器的應用，掌握傳感器信號輸出和讀取方式。教學重難點為幫助學生掌握超聲波傳感器的信號輸出與讀取方式。這需要教師集中講授，使學生快速了解相關內容，再通過驗證性實驗達到深刻理解。

（四）教學過程

1.激趣導入

漆黑的夜晚，蝙蝠能夠利用返回超聲波的延遲，判斷物體與自己之間的距離和方位，繞開障礙。由蝙蝠利用超聲波感知障礙物距離的原理，引出超聲波傳感器測距原理。

2.理論深入

教師組織學生自主學習超聲波傳感器測距原理：超聲波傳感器由一個發射探頭、一個接收探頭和控制電路組成。當發射探頭發出的超聲波遇到障礙物時會有一部分反射回來，并被接收探頭接收，以觸發信號和回響信號的時間差來計算與物體的距離，即距離=速度×時長÷2。

3.難點突破

教師輔以超聲波傳感器的圖片或實物器件集中講授。然后，組織學生分組進行驗證。

第一步，學習傳感器信號輸出方式：模擬輸出、數字輸出和協議輸出。

第二步，學習傳感器的讀取方式：專用模塊讀取和通用模塊讀取。

第三步，信號輸出與讀取間的聯系：協議輸出只能采用專用模塊讀取；模擬輸出和數字輸出若讀取模塊對應代碼為analogRead（）或digitalRead（），則可換成通用模塊讀取。不可換用通用模塊讀取的情況為：該傳感器有專用信號處理芯片，需要專用庫以支持讀取。

4.項目實現

教師組織學生規劃“數顯測距儀”項目，確定所用器件、平臺、結構方案、外觀設計和小組分工；帶領學生運用超聲波傳感器持續進行距離檢測，控制器讀取到測量值后通過液晶顯示模塊顯示，循環往復進行；讓學生進行超聲波傳感器的讀取和液晶顯示模塊的數據顯示驗證；根據項目規劃進行器件連接，構建作品主體；自行按照程序流程圖，進行模塊化編程，調試運行并查看結果；結合實際情況，利用可獲得的材料，采用積木搭建、激光雕刻或紙盒封裝等形式為項目作品進行結構搭建和外觀美化。教師以項目方式開展學習活動，在作品制作與完善的過程中，促進學生發現問題、解決問題能力的提高，發展計算思維能力，培養科學實驗精神。之后，教師組織各組展示、匯報本組作品，由教師和其他小組對其評價。

5.總結拓展

教師總結課堂學習內容，梳理本節收獲，帶領學生反思自我學習情況，讓學生產生進一步學習需求，并且進行拓展延伸，借助物聯網模塊可實現遠距離傳感器數據獲取。以下為本節課的板書設計（見圖1）。

圖1 板書設計

學生對自然界充滿興趣，本課從蝙蝠能夠夜間飛行引出“超聲波測距”，既形象而生動地展示原理，又有助于教師順理成章地展開教學內容。

過程與控制模塊的落地實施，教師需要先選擇好硬件或軟件平臺，構建模塊教學環境，邊學習邊實驗，進行自我學習與提升。然后，查找相關資料深研教學內容，強化核心概念的理解、核心原理的掌握和核心流程的熟悉。在新教材出版前，形成校本教學資源，并投入教學實踐。在實踐中，不斷改進和完善，持續優化迭代。新教材出版后，參考新教材進一步改進和優化。如此，過程與控制模塊可在校園內迅速而有效地落實。