“過程與控制”模塊的大單元教學設計與實施策略

摘要：本文遵循《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的指引，以“我來設計智能汽車系統”項目為例，深入探討利用大概念與“顆粒化”項目設計“過程與控制”模塊的策略，以期為新課標的有效實施提供啟示與借鑒。

關鍵詞：過程與控制；大單元；大概念；“顆粒化”項目

中圖分類號： G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）19-0000-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）在第三學段中引入了“過程與控制”內容，這一內容有助于學生理解數字世界中復雜系統的運行原理，提升數字勝任力。下面，筆者以“我來設計智能汽車系統”項目為例，深入探討“過程與控制”模塊的大單元設計策略，以期為新課標的有效實施提供啟示與借鑒。

“過程與控制”模塊的大單元設計策略

1.以大概念統領單元設計

大概念是指反映學科本質，具備抽象性、概括性、統攝性和廣泛遷移價值的學科觀念、思想和方法。[1]以大概念統領大單元設計可以縱向關聯學科內的相關概念，揭示它們之間的內在邏輯和遞進關系，有助于學生形成系統的知識體系。同時，它還可以促進學科間的橫向關聯，引導學生在跨學科視角下構建更為豐富的知識網絡，培養他們的結構化思維。

過程與控制作為本模塊的大概念，可以抽象為包含“輸入—計算—輸出”三個典型環節的系統以及多個子概念。在以大概念統領單元設計時，需將子概念按照一定的邏輯順序排列，以循序漸進的方式引導學生逐步理解過程與控制系統的基本原理。需要注意的是，以大概念為統領并不是將所有相關概念一股腦地整合到一個單元或某些課時中，而應根據學生的認知發展水平，將適切的概念分散于各個課時，由淺入深地引導學生理解各個概念（如表1）。

2.以“顆粒化”情境問題活化單元內容

在大單元教學設計中，傳統串聯電路式的單一情境的長期沉浸可能會削弱學生的學習興趣，且依靠單一情境往往難以全面關照到各個課時的子概念，這可能導致知識“去情境化”，形成難以遷移的“惰性知識”。而如果是并聯電路式設計，則可通過構建多個與大情境適配的“顆粒化”情境問題，將單元內容拆解為一系列既相互關聯又各具特色的子內容。這一策略通過針對性更強的情境問題，搭建起概念與任務之間的橋梁，加深學生對相關概念的理解，體驗從“具體—抽象—具體”的思維過程，走向以發展學生概念性理解為核心的單元整體教學。

在“顆粒化”情境問題設計方面，教師需要綜合考量學生認知水平、新課標和核心素養培養目標等關鍵因素，設計出符合學生需求的“顆粒化”情境問題。在“我來設計智能汽車系統”項目中，筆者提煉出三個與汽車相關的“顆粒化”情境問題，即“造成飲酒、醉酒駕駛現象頻繁發生的原因是什么？”“進隧道忘開車燈會有什么后果？”“兒童被鎖車內導致窒息的現象如何有效避免？”有效地構建起情境與“閾值”“開關量”“反饋”“穩態”等概念的鏈接。

3.以“顆粒化”項目驅動單元教學

在單元教學實踐中，將“顆粒化”情境問題進一步轉化為具體的項目，是促進學生深度學習和實踐能力提升的關鍵一環。這一環節不僅要求情境問題與項目的高度統一，更需依據學生的認知發展規律，合理編排各子項目的先后順序，構建一個循序漸進、螺旋式上升的單元內容體系。通過層層遞進的學習路徑，促使學生在解決真實問題的過程中，不斷深化對核心概念的理解，逐步構建并完善其知識結構體系。

在“我來設計智能汽車系統”項目中，筆者圍繞設計智能汽車系統的大任務，設計的三個子項目不僅與設計智能汽車系統的核心任務緊密相連，而且各自承載著與大概念下的次級概念或重要概念相關的任務。[2]本項目的授課對象為小學六年級學生，他們正處于從具體運算階段向形式運算階段過渡的關鍵時期，具備一定的思維運算能力，然而在處理復雜邏輯運算時，能力仍有所欠缺。因此，筆者依據學生的認知發展規律和學科邏輯主線，設計排列項目活動（如表2），引導學生從理解簡單的數值運算逐步過渡到理解更為復雜的邏輯運算，構建出一個由淺入深、螺旋式發展的認知過程，讓學生通過運用數值和邏輯運算設計智能汽車系統，提升計算思維。

“我來設計智能汽車系統”項目的大單元實施策略

“我來設計智能汽車系統”項目涵蓋了“智能防酒駕系統”“智能車燈系統”“智能防兒童窒息系統”三個“顆粒化”項目（如下頁圖）。

1.“系統與模塊”單元：智能防酒駕系統

“系統與模塊”單元旨在引導學生理解過程與控制系統可以抽象為輸入、計算和輸出三個典型環節，并初步認識閾值在控制系統中的重要作用。

在設計“智能防酒駕系統”時，教師組織針對“酒駕檢測儀效能”的辯論，探討其對社會的影響。辯論激發了學生對信息社會責任的認識，萌生了用智能技術解難題的意識。隨后，教師以“輸入—計算—輸出”為核心，通過“飲酒駕駛與醉酒駕駛如何甄別？”“它們的標準可以隨意設定嗎？”等問題鏈，深化學生對酒駕閾值“計算”環節的理解。在“輸出”環節，學生圍繞預防酒駕，提出“語音提醒”“智能呼叫代駕”“車輛強制鎖止”等方案。智能防酒駕系統不僅深化了學生對“輸入—計算—輸出”經典環節的理解，還促進其將理論知識應用于解決實際問題，有效促進了核心素養的發展。

2.“反饋與優化”單元：智能車燈系統

“反饋與優化”單元旨在引導學生通過分析身邊的過程與控制系統，深入了解連續量經由閾值判斷可形成開關量，進一步認識反饋是過程與控制系統達到穩態或優化的條件，能理解反饋在系統中的重要作用。

反饋與開關量概念的理解是本單元的難點，教師通過展示無智能感光的傳統車燈系統與具備智能感光的新車燈系統，引導學生認識閾值、開關量和反饋的作用。當環境發生變化時，亮度傳感器的值經由閾值判斷形成開關量，從而實現對車燈開關的精準控制。特別是在車輛進出隧道光線變化明顯的場景中，這種基于閾值判斷的開關控制系統能夠確保車燈根據環境變化做出快速響應，從而使車燈系統達到一個更加穩定的工作狀態。

3.“邏輯與運算”單元：智能防兒童窒息系統

“邏輯與運算”單元旨在通過典型應用場景，認識現有的過程與控制系統可能存在的安全問題，并靈活運用數值運算和邏輯運算，在模擬實驗中通過編程驗證問題解決的過程，知道自主可控系統在解決安全問題中的重要作用，提升信息社會責任。

為了讓學生更深入地理解復雜邏輯運算規則，筆者構建了一系列問題鏈，如“造成兒童被鎖車內的原因是什么？”“當滿足哪些條件時會造成此類現象發生？”“這些條件之間具有什么邏輯關系？”等。通過一系列的問題牽引，有效引導學生理解條件之間的邏輯關系。上述問題的探討，讓學生不僅理解了邏輯運算中的“與”和“或”的關系，還能夠牢固樹立系統安全意識，有效提升信息社會責任。

結束語

綜上所述，在大單元教學設計與實施中，以大概念為引領，通過構建邏輯清晰、層次分明的知識體系，能加強概念之間的內在聯系，確保知識的系統性和連貫性。同時，借助“顆粒化”項目和情境問題，能夠有效活化單元內容，促進深度學習的發生。

參考文獻：

[1]范斌，趙偉華.以大概念為指向的高中化學跨學科整合教學策略[J].廣西教育，2022（12）：72-77.

[2]鄧純臻，李剛.例談指向生物學大概念的“五步路徑”大單元教學設計[J].天津師范大學學報：基礎教育版，2022，23（06）：56-61.