融合大概念，深化信息科技實驗教學

摘要：在信息科技課程實施中，實驗教學法獲得了廣大教師的認可。然而，在現有實驗教學的實踐過程中，知識常常呈現出碎片化的狀態，難以融合成一個連貫且有意義的知識體系。鑒于此，本文探索以大概念為核心，深化實驗教學的路徑，通過剖析當前實驗教學的現狀，提出實驗教學新思路，并且以《物聯網數據的獲取》為實例，詳細闡述了實驗教學的實施流程，以期達到知識的系統整合與深度理解的目的。

關鍵詞：大概念；信息科技；實驗教學；實驗教學設計

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）06-0050-04

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導通過實驗教學推動“做中學”理念的落地，旨在引導學生在實踐中深化理解。然而，當前實驗教學正處于探索期，部分教師很難將學習內容轉化為能夠激發學生主動探索的有效實驗活動，引導學生親身體驗并深刻理解基本概念與原理。在此背景下，筆者認為應將學科的核心觀念與核心思想作為引領實驗教學內容設計與實施的方向。換句話說，實驗教學不應局限于操作層面的實現，而應注重在大概念視角下的深度探索，由此實現對學科核心概念的深刻理解與內化。

實驗教學現狀

1.驗證性實驗多，探究性實驗少

當前，信息科技學科實驗教學面臨的主要問題之一在于驗證性實驗占據主導地位，而探究性實驗相對匱乏。驗證性實驗雖然能夠幫助學生鞏固已學知識，但缺乏對學生探究精神和創新能力的培養。相比之下，探究性實驗能夠激發學生的好奇心和求知欲，引導他們主動探索未知領域，深化對信息處理、數據分析、算法設計等核心概念的理解。

2.實驗單設計缺乏概念挖掘

當前，教師在設計實驗單時，常停留在對已有實驗方案的搬運與模仿上，缺乏創新和深度。即使部分教師嘗試設計實驗，也往往過于關注實驗操作的細節和流程，而忽視了實驗背后承載的學科核心概念。

3.忽視實驗活動后的理解深化

實驗教學的目標不僅僅是讓學生掌握實驗技能，更重要的是通過實驗活動促進學生對學科知識的深入理解和內化。然而，當前的實驗教學往往忽視了實驗活動后的反思與總結環節，導致學生難以將實驗所得與學科知識建立有效聯系，從而限制了他們知識結構的完整性和深度。

實驗教學的備課思路

1.理解大概念的內涵

首先，深入分析新課標和教材，識別出貫穿學科始終、對學生發展至關重要的關鍵大概念。圍繞這些大概念，明確實驗教學的具體目標，確保教學活動能夠針對性地促進學生對大概念的理解和應用。以“數據”為例，應聚焦于數據的三大核心維度：一是數據來源的可靠性與真實性；二是數據的組織與呈現方式；三是數據對現代社會的重要意義。

2.明確實驗教學的過程

實驗教學的過程始于對學科大概念的深入理解與剖析，隨后細化至單元層面的大概念，最終聚焦于本節課的具體概念，從而明確實驗的具體目標與方向。學生在教師的引導下，提出實驗假設，設計實驗方案并驗證假設。在實驗過程中，學生記錄并分析數據，最終得出實驗結論。這一結論不僅回應了實驗目標，而且深化了對大概念的認識。

3.挖掘本課概念，設計關鍵實驗

本環節需要將本課的具體概念與先前識別出的大概念緊密聯系起來，并基于這種聯系設計出能夠促進學生深度理解的關鍵實驗。以浙教版七下第11課《物聯網數據的獲取》為例，其關鍵實驗的設計如圖1所示。

4.設計預設的深化問題

在實驗結束后，組織學生進行反思，討論實驗過程中遇到的問題、解決策略及實驗結果的意義；引導學生總結實驗經驗和教訓，將實驗結果與大概念相聯系，加深對大概念的理解，提高應用能力；鼓勵學生將所學知識遷移到新情境中，解決實際問題。例如，在上述實驗結束后可以預設深化問題：“在物聯子系統中，數據發送通常是如何被觸發的？是基于時間間隔、判斷驅動，還是外部請求？你認為不同的觸發機制對系統性能和數據質量有何影響？”

5.基于大概念的多元化評價

在設計評價表時，應明確列出與大概念相關聯的具體評價指標，如在《物聯網數據的獲取》一課的評價中，可以列出“能夠準確識別并評估數據來源的可靠性與真實性”“能夠合理解釋數據組織與呈現方式如何影響數據解讀”等與大概念緊密相關的指標。

大概念視野下的實驗教學實例

1.構建大概念框架，明確實驗目標

清晰的大概念框架為教學提供了明確的方向，通過大概念的引領，實驗目標得以清晰界定，旨在培養學生的核心素養和解決實際問題的能力。例如，在《物聯網數據的獲取》一課中，大概念引領下的實驗目標設計如表1所示。

2.聚焦大概念理解，創設實驗情境

在深入探索學科大概念的過程中，設計實驗情境是至關重要的一環。通過構建貼近學生生活或具有挑戰性的真實情境可以激發學生的探索欲和創造力，促使他們在解決實際問題的過程中深化對大概念的理解，并提升知識遷移與應用能力。

情境創設：（回顧并展示上節課的校園農場原型）隨著暑假的臨近，同學們即將短暫地告別熟悉的校園。那么，在無法每天親臨農場的情況下，該如何知曉并監控農場的實時狀況呢？在物聯網中，我們如何從數據的維度去考慮？通過網絡，數據是從哪一端到哪一端？它們的傳輸可靠、準確嗎？

在真實情境的創設下，學生思考數據在物聯網中的作用，以及它是如何從物理世界被采集并傳輸到數字世界的。在問題鏈的驅動下，學生開始深入探討物聯網數據獲取的各個環節，思考如何選擇傳感器、如何確保數據的準確性和實時性、如何實現數據在網絡中的傳輸及遠程監控平臺的構建等問題。這些問題能夠幫助學生將大概念中的抽象概念具體化、實例化，為后面的實驗設計奠定基礎。

3.組織實驗活動，促進大概念應用

（1）大概念引領實驗設計

在《物聯網數據的獲取》一課的實驗設計中（如圖2），大概念明確了實驗的核心目標——掌握物聯網數據傳輸的原理。圍繞這一核心目標，將具體概念細化為數據獲取、發送、傳輸和接收四個關鍵環節。與此同時，緊密圍繞這些具體環節提出關鍵問題，它們為實驗設計提供了清晰且明確的方向。在實驗結束后，通過深化問題的探討，進一步加深學生對大概念的理解。

（2）實驗單支撐實驗過程

實驗單作為實驗過程的實施指南，確保實驗能夠緊密圍繞大概念展開，并順利達成預設的實驗目標。在大概念的引領下，教師可以引導學生從數據的視角出發，探究物聯網系統中數據的流轉過程，以促進對基本原理的理解。

實驗一：采集物聯子系統原型產生的數據。本實驗旨在通過構建一個簡單的物聯子系統原型，采集其產生的數據，并初步分析這些數據以理解物聯網數據的基本特征（如圖3）。

實驗二：本實驗將探索物聯網數據的發布與接收流程。實驗將構建一個完整的物聯網數據傳輸場景，其中，物聯子系統產生的數據將通過MQTT等通信協議傳送至物聯網平臺，而接收端則通過訂閱相關主題來接收這些數據，并將其應用于實際場景中（如下頁圖4）。

（3）關鍵問題深化大概念

在實驗結論得出后，教師仍可通過提出關鍵性問題來進一步深化、勾連大概念。

師：實驗中物聯網數據定時發送，這會導致數據冗余嗎？除了定時發送，數據還能如何更智能地發送，以減少冗余？

生：①數據會等到某個條件滿足了再發送，如溫度到了某個程度（閾值數據）；②當需要查看數據時，再發送請求去獲取（指令數據）。

在此基礎上，師生可共同總結物聯網系統中涉及的三類數據——環境數據、閾值數據、指令數據，并探討其關系，從而促進對物聯網系統中數據大概念的深化理解。

4.實施教學評價，促進自我反思與概念深化

在融合大概念的初中信息科技實驗教學中，教學評價不僅是檢驗學生學習成果的手段，更是促進大概念深入理解和應用的關鍵環節。在設計評價指標時，應緊密圍繞大概念，確保評價內容能夠準確反映學生對大概念的理解和應用能力。例如，在《物聯網數據的獲取》一課中，可以設計如表2所示的評價指標。

綜上所述，將大概念融合于信息科技實驗教學之中，使兩者相輔相成，形成相互促進的良性循環。大概念的引入為實驗教學提供了堅實的理論基礎和清晰的學習方向。反過來，實驗教學則為學生提供了實踐探索的平臺，通過動手操作和問題解決，學生得以更深入地理解和應用大概念，進一步鞏固和拓展自己的知識體系。因此，融合大概念與實驗教學，不僅能夠提升學生的學習效率，還能夠培養他們的實踐能力和創新精神。

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）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]周正青，陳亞男.大概念下初中信息科技學科實驗教學實踐——以“智能養花系統”實驗項目為例[J].中國信息技術教育，2024（14）：90-93.