【一等奖小学信息科技实验教学】信息科技实验教学的设计、实践与评价——以“设计小型扩音系统”为例

信息科技实验教学的设计、实践与评价

——以“设计小型扩音系统”为例

[摘要]《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》要求通过实验教学，帮助学生理解技术原理、掌握数字工具、解决真实问题，避免理论灌输。具体而言，教师应帮助学生在“发现问题—设计方案—实验验证—优化改进”的过程中深化信息科技原理，将理论知识应用于实践，以此培养学生的学科核心素养。

[关键词]信息科技；课程标准；核心素养；实验教学

《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(以下简称《课程标准》)强调“做中学”“用中学”“创中学”，要求教师通过实验教学培养学生的学科核心素养，避免理论灌输。实验教学指的是带领学生通过动手实践理解技术原理、掌握数字工具、解决真实问题。“扩音系统”是浙教版《信息科技》六年级下册第三单元的内容，对应《课程标准》提出的跨学科主题“小型系统模拟”。本单元整合了“系统与模块”“反馈与优化”“逻辑与运算”等内容，结合控制的过程与原理，旨在提升学生利用计算机解决问题的能力。为了培养学生的创新精神和实践能力，教师可以通过项目化学习的方式，设计小型控制实验进行教学。本文以“设计小型扩音系统”为例，帮助学生在“发现问题一设计方案一实验验证一优化改进”的过程中完成信息科技探究实验，从而在真实情境中习得信息科技原理，提升学科核心素养。

教师在设计实验内容前，需要明晰教材的知识脉络，同时要考虑学生的真实需求，以解决实际问题为动力。实验教学要关注学生学科核心素养的

培养，在设计过程中，可以结合其他学科的知识，真正让学生将课堂上学到的理论用起来。

实验设计必须紧扣信息科技核心素养，避免单纯的技术操练。教师以《课程标准》为理论依据，深挖教材中的实验元素。浙教版《信息科技》六年级下册安排了“控制系统中的反馈”“控制系统中的运算”“扩音系统”三个单元。学生知道了“输入一计算一输出”是生活中广泛应用的计算模式，即从外界获得的数据经过计算后输出，并作用于外界，再影响输入情况，从而形成反馈系统。为了帮助学生将书本上的理论知识转化为生活中的实践应用，教师设计了一个探究性实验，帮助学生检测自己的猜想是否可行。

信息科技教学要关注学生真实的想法，让学生投入解决真实问题的过程中。本单元的教学中，教师从“如何解决班级吵闹时听不清学校的广播的问题”出发，以“设计小型扩音系统”为项目主题，让学生在解决真实问题的过程中提升学科核心素养。

学习本单元前，学生已经知道下列知识：声音传感器可以将声波转化为数值并显示出来，且这个数值是连续量；为了能控制系统执行，需要先将数值转化为开关量，并设定國值进行比较，以此来判定播放音量的等级；扩音模块将数字信号转换成模拟信号输出到喇叭，喇叭的振动膜跟随电流信号的幅度有节奏地振动，从而带动空气的振动，振动传到耳朵里就听到了声音。根据以上学情，教师设计了相应实验，让学生利用教材配套的声音传感器和程控扩音模块，获取环境中的声音值，以声音值为开关量设计算法，达到智能调整播放音量的目的。

《课程标准》对信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面的核心素养做了顶层设计。教师据此确定了“设计小型扩音系统”实验教学目标，如表1所示。

《课程标准》要求信息科技教学突破学科壁垒，通过真实问题、项目驱动和工具协同，推动学生从单一技能学习转向综合素养发展。教师在进行实验设计时，可融入科学、数学等学科的内容，以知识的整合和思维方式的融合，培养学生的创新能力和复杂问题解决能力。

实验教学过程有五大关键词：观察、猜想、思考、实验、验证。教师在设计实验时，通过“发现问题一设计方案一实验验证一优化改进”四个步骤，带领学生开展探究实验。

为了使学生的学习更有方向，教师先引导学生观察生活中的扩音系统存在的不足之处，然后猜想能否借助计算机优化扩音系统，实现智能化控制音量的目标。学生想到教室里吵闹时经常听不清校园广播的声音。对此，教师带领学生思考：环境中的声音响度能否进行数字化转化，可以通过哪些传感器和主控板以及扩音模块来实现？师生提炼驱动性问题“如何用传感器实时获取环境中的音量值，并根据音量值控制广播播放的音量”。从学生身边的真实问题出发设计教学，极大地激发了学生参与实验的积极性。

1.分析小型扩音系统的反馈设计

学校广播系统中的音量是一个固定值。为了在安静、吵闹的环境中都能听到稳定的声音，需要利用声音检测装置获取环境中的音量，并据此调节广播的输出音量。因此需要将测得的音量值反馈到输入端，与设定的阈值进行比较。如果大于阈值，就增大播放的音量。反之就减少播放的音量，最终达到智能调节音量。这些知识学生在前面已经学习过，本单元的实验能够让学生将理论与实际结合，使知识活起来。教师引导学生思考小型扩音系统的工作过程，通过填写任务单上的反馈设计图(如图1)帮助学生梳理思路。

2.检测环境中的音量

(1)分析声音检测装置的工作原理

为了检测环境中的音量，需要先明确声音传感器的工作原理。声音传感器是一种可以检测声音的装置，内部有一个驻极体电容式麦克风，声波使驻极体薄膜振动导致电容变化，进而产生微小的电压变化，经放大后传送给计算机(如图2)。控制器在接收到电信号后，转化成音量值，方便人们识别。学生拿到实验板后，可以仔细观察实验板上的声音传感器。

(2)检测、记录环境音量

信息科技实验板内置声音传感器，可以实时感知周围声音的音量，并转化为具体的数值。学生使控制板通电，在电脑中运行信息科技实验板编程工具，导入“声音采集.py”文件，再通过控制板屏幕查看数据，并填写任务单(如表2)。