2019教科版 高中信息技术 选择性必修6 开源硬件项目设计《第3单元 科学探究型项目设计》大单元整体教学设计2020课标

教科版高中信息技术选择性必修6开源硬件项目设计《第3单元科学探究型项目设计》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析本单元的教学内容是“科学探究型项目设计”，隶属于高中信息技术选择性必修6“开源硬件项目设计”模块。该单元通过三个具体的探究项目——水温监测、单摆监测和电压检测，旨在引导学生利用开源硬件进行科学探究，培养学生的科学探究能力和信息技术应用能力。这三个项目不仅涵盖了物理、化学等科学知识，还涉及传感器技术、数据处理、程序设计等多个信息技术领域，是跨学科整合教学的典范。水温监测：通过防水温度传感器实时监测水温变化，探究不同材质杯子的保温效果。此项目让学生理解传感器的工作原理，掌握数据收集与分析的方法。单摆监测：利用红外数字避障传感器监测单摆的振动，探究单摆周期与摆长、振幅等因素的关系。此项目旨在提升学生的实验设计能力，加深对物理原理的理解。电压检测：通过电压检测模块探究不同水果的导电性，理解水果电池的基本原理。此项目融合了化学与物理知识，强调跨学科知识的综合应用。（二）单元内容分析本单元内容围绕科学探究型项目设计展开，具有以下特点：实践性强：每个项目都要求学生动手搭建实验装置、编写程序、收集和分析数据，强调实践操作能力的培养。跨学科整合：项目涉及物理、化学等多个学科的知识，旨在通过信息技术手段解决科学问题，实现跨学科知识的综合应用。注重过程与方法：不仅关注探究结果，更重视探究过程和方法的培养，包括实验设计、数据收集与分析、结论推导等。培养信息技术素养：通过开源硬件的使用，让学生掌握传感器技术、数据处理、程序设计等信息技术技能，提升信息技术素养。（三）单元内容整合为了更好地实现教学目标，本单元内容整合如下：主题整合：以“科学探究型项目设计”为主题，将水温监测、单摆监测和电压检测三个项目整合为一个有机整体，每个项目都围绕科学探究的一般过程展开。知识整合：将物理、化学等科学知识与传感器技术、数据处理、程序设计等信息技术知识相整合，形成跨学科的知识体系。技能整合：通过三个项目的实践操作，整合实验设计、数据收集与分析、程序设计等技能，提升学生的综合实践能力。方法整合：强调科学探究方法的培养，包括提出问题、形成假设、设计实验、收集数据、分析数据、得出结论等步骤，让学生掌握科学探究的基本方法。二、《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解（一）信息意识对信息的敏感度：学生应能够敏锐地感知到水温、单摆振动周期、水果电压等实验数据的变化，理解这些数据所承载的信息。对信息价值的判断力：学生应能够判断收集到的实验数据对解决科学问题的重要性，理解数据在科学探究中的价值。信息来源的可靠性：学生应能够识别实验数据来源的可靠性，确保数据的准确性和有效性。信息分享与交流：学生应能够在小组内分享实验数据和分析结果，通过交流促进对科学问题的深入理解。（二）计算思维抽象与形式化：学生应能够将科学问题抽象为数学模型，利用计算思维进行形式化描述，如将单摆周期问题抽象为振动次数与时间的比值。算法设计：学生应能够设计算法来收集和处理实验数据，如编写程序来获取和显示水温、计算单摆周期等。自动化与系统化：学生应能够通过编写程序实现数据收集、处理和分析的自动化，形成系统化的解决方案。问题解决与迁移：学生应能够将利用计算思维解决科学问题的过程迁移到其他相关问题的解决中，提升问题解决的迁移能力。（三）数字化学习与创新数字化学习环境：学生应能够利用开源硬件和计算机程序等数字化工具创设学习环境，进行科学探究。数字化学习资源的获取与管理：学生应能够获取和管理数字化学习资源，如传感器技术文档、数据处理软件等，支持科学探究的进行。数字化工具的应用与创新：学生应能够创造性地应用数字化工具解决科学问题，如利用Arduino控制板和传感器设计实验装置。知识分享与协同创新：学生应能够在数字化学习环境中分享知识、协同创新，共同推进科学探究的进行。（四）信息社会责任信息安全与隐私保护：学生应能够在科学探究过程中保护个人信息和实验数据的安全，遵守信息安全法律法规。信息伦理与道德：学生应能够遵守信息伦理道德规范，在科学探究中尊重知识产权，不抄袭、不剽窃他人成果。信息技术应用的积极态度：学生应能够保持对信息技术应用的积极态度，认识到信息技术在科学探究中的重要作用。环境意识与可持续发展：学生应能够在科学探究过程中关注环境问题，促进信息技术的可持续发展。通过以上对《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的分解，我们可以更清晰地看到本单元教学内容与课程标准的内在联系，从而更好地指导教学实践，提升学生的信息技术素养和科学探究能力。三、学情分析（一）已知内容分析在进入本单元《科学探究型项目设计》之前，学生已经完成了对开源硬件的基础知识学习，对Arduino等开源硬件平台有了初步的了解，掌握了基本的编程技能，包括如何使用IDE编程环境进行程序编写、上传和调试。学生在之前的物理、化学课程中已经学习了相关的科学概念，如温度、单摆周期、电压等，为后续利用开源硬件进行科学探究打下了基础。在信息技术必修课程的学习中，学生已经掌握了数据处理与分析的基本方法，能够利用软件工具或平台对数据进行整理、组织、计算与呈现，并具备了一定的信息安全意识。通过“信息系统与社会”模块的学习，学生了解了信息系统的基本组成与功能，为后续利用开源硬件搭建信息系统进行科学探究提供了理论基础。（二）新知内容分析本单元《科学探究型项目设计》主要围绕三个探究项目展开：水温监测、单摆监测和电压检测。每个项目都要求学生利用开源硬件（如防水温度传感器、红外数字避障传感器、电压检测模块等）进行科学探究，通过设计实验、收集数据、分析数据并得出结论的过程，巩固科学知识，提升科学探究能力。具体来说，新知内容包括：传感器的使用方法：学生需要掌握防水温度传感器、红外数字避障传感器和电压检测模块的使用方法，了解它们的工作原理和接线方式。实验设计与数据收集：学生需要根据科学探究的一般过程，设计实验方案，搭建实验装置，编写程序收集实验数据。数据分析与结论得出：学生需要利用Excel等数据统计软件对收集到的数据进行分析，绘制图表，比较不同条件下的实验结果，得出结论。跨学科知识综合应用：在电压检测项目中，学生需要结合化学知识理解水果电池的发电原理，体现多学科知识的综合应用。（三）学生学习能力分析编程能力：通过之前的学习，学生已经具备了一定的编程基础，能够使用ArduinoIDE进行简单的程序编写和调试。对于复杂的实验设计和数据处理，学生可能还需要进一步提升编程能力。科学探究能力：学生在物理、化学等课程中已经接触过科学探究的基本方法，但利用开源硬件进行科学探究还是一个新的尝试。学生需要在实践中逐步掌握科学探究的一般过程和方法。跨学科知识整合能力：在电压检测项目中，学生需要结合化学知识理解实验原理，这要求学生具备跨学科知识整合的能力。由于学科壁垒的存在，学生可能在这方面存在一定的困难。团队协作能力：科学探究往往需要团队合作，学生需要在小组中分工合作，共同完成实验设计和数据收集任务。学生的团队协作能力也是影响学习效果的重要因素。（四）学习障碍突破策略加强编程训练：针对学生在编程能力上的不足，教师可以通过增加编程练习和案例分析的方式，帮助学生巩固编程基础，提升编程能力。教师可以提供编程模板和代码库，供学生参考和借鉴。引导科学探究：教师可以通过讲解科学探究的一般过程和方法，引导学生逐步掌握科学探究的技能。在实验设计阶段，教师可以提供实验设计方案模板和示例，帮助学生理清思路，明确实验目的和步骤。在数据收集和分析阶段，教师可以教授学生如何利用Excel等数据统计软件进行分析和图表绘制。促进跨学科知识整合：针对学生在跨学科知识整合上的困难，教师可以通过跨学科讲座、案例分析等方式，帮助学生理解不同学科之间的联系和区别。教师可以鼓励学生在小组中分享各自学科的知识和经验，促进跨学科知识的交流和整合。培养团队协作能力：教师可以通过小组合作学习的方式，培养学生的团队协作能力。在小组中，学生可以根据各自的兴趣和特长进行分工合作，共同完成实验任务。教师可以通过小组讨论、汇报等方式，促进小组成员之间的交流和沟通，提升团队协作能力。教师还可以采取以下措施来突破学生的学习障碍：提供丰富的学习资源：教师可以为学生提供丰富的学习资源，包括教材、参考书、网络课程、视频教程等，供学生自主学习和参考。开展实践活动：教师可以通过组织实践活动的方式，让学生亲身体验科学探究的过程和方法，提升学习兴趣和动力。加强反馈和评价：教师可以通过课堂观察、作业检查、小组讨论等方式，及时了解学生的学习情况，并给予针对性的反馈和评价。教师可以鼓励学生进行自我评价和互评，促进自我反思和提升。通过加强编程训练、引导科学探究、促进跨学科知识整合和培养团队协作能力等措施，教师可以有效地突破学生的学习障碍，提升学生的学习效果。教师还需要为学生提供丰富的学习资源和实践活动机会，加强反馈和评价工作，以促进学生的全面发展。四、大主题或大概念设计本大单元的主题为“利用开源硬件进行科学探究”，围绕这一主题，通过三个子课题“水温监测”、“单摆监测”和“电压检测”的学习活动，旨在培养学生利用开源硬件进行科学探究的能力，并通过实践活动增强他们的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。五、大单元目标叙写（一）信息意识增强信息敏感度：学生能够敏锐地感知到利用开源硬件进行科学探究中的信息变化，包括传感器数据的实时更新和实验结果的即时反馈。提升信息价值判断力：学生能够判断不同传感器数据在科学探究中的重要性，并理解如何利用这些数据解决实际问题。促进信息共享：在小组合作中，学生能够积极与团队成员共享实验数据和分析结果，共同讨论和优化实验方案。（二）计算思维形式化描述问题：学生能够针对科学探究中的问题，用形式化的方法准确描述问题的特征和要求。抽象与建模：学生能够基于实验需求，对实际问题进行抽象处理，建立相应的结构模型，如水温监测模型、单摆周期计算模型等。算法设计与实现：学生能够设计合理的算法来收集、处理和分析传感器数据，并利用编程语言实现这些算法。系统优化：在科学探究过程中，学生能够根据实验结果反馈，对实验装置和算法进行迭代优化，提高数据处理的准确性和效率。（三）数字化学习与创新适应数字化学习环境：学生能够熟练掌握Arduino等开源硬件的开发环境，适应数字化学习工具的使用。资源利用与整合：学生能够利用数字化资源和工具（如串口监视器、Excel等）进行数据采集、处理和分析，创造性地解决科学探究中的问题。协同工作与创新：在小组合作中，学生能够利用数字化平台进行协同工作，共同设计并实现科学探究项目，展现创新能力和团队合作精神。（四）信息社会责任信息安全与隐私保护：在科学探究过程中，学生能够遵守信息安全和隐私保护的相关法律法规，不泄露实验数据和个人隐私。伦理道德：学生能够理解并遵守信息社会的伦理道德规范，尊重知识产权，不抄袭他人成果。积极学习与理性判断：对于科学探究中出现的新观念和新事物，学生能够保持积极学习的态度，进行理性判断和负责行动。六、大单元教学重点开源硬件的基础操作与应用：学生需要熟练掌握Arduino等开源硬件的基础操作，包括控制板的连接、驱动安装、编程环境的使用等。传感器的选择与使用：根据科学探究的需求，学生需要能够选择合适的传感器（如防水温度传感器、红外数字避障传感器、电压检测模块等），并了解它们的工作原理和使用方法。实验设计与数据分析：学生能够基于科学探究的问题，设计合理的实验方案，收集并分析传感器数据，得出科学结论。跨学科知识的综合应用：在科学探究过程中，学生需要将物理、化学等学科知识与信息技术知识相结合，实现跨学科知识的综合应用。七、大单元教学难点实验装置的搭建与调试：学生在搭建实验装置时，可能会遇到硬件连接错误、程序编译失败等问题，需要具备较强的动手能力和问题解决能力。数据的准确收集与处理：在科学探究中，数据的准确性对实验结论至关重要。学生需要确保传感器数据的准确收集，并学会利用数据处理软件（如Excel）进行数据分析，以得出科学结论。跨学科知识的整合与应用：将物理、化学等学科知识与信息技术知识相结合进行科学探究，对学生来说是一个挑战。学生需要具备较强的跨学科知识整合能力和应用能力。实验方案的优化与创新：在科学探究过程中，学生需要根据实验结果反馈不断优化实验方案，这需要学生具备较强的创新思维和问题解决能力。学生还需要在小组合作中积极交流、讨论，共同推动实验方案的改进和创新。教学实施建议创设真实情境：教师应结合学生生活实际和科学探究的需求，创设真实的学习情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望。项目驱动学习：通过项目驱动的方式，引导学生在完成具体科学探究项目的过程中，掌握开源硬件的基础操作、传感器的使用、实验设计与数据分析等技能。小组合作与交流：鼓励学生进行小组合作，共同设计实验方案、搭建实验装置、收集和分析数据。在合作过程中，学生应积极交流、讨论，共同解决问题。迭代优化与反思总结：在实验过程中，教师应引导学生根据实验结果反馈不断迭代优化实验方案，提高数据处理的准确性和效率。在实验结束后，学生应进行反思总结，提炼实验过程中的经验和教训。通过以上教学设计，旨在培养学生利用开源硬件进行科学探究的能力，提升他们的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任，为他们未来的学习和发展奠定坚实的基础。八、大单元整体教学思路教学目标设定本单元的教学目标围绕《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》中提出的学科核心素养，旨在通过开源硬件项目设计的教学，全面培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力，以及信息社会责任。具体目标设定如下：（一）信息意识对信息的敏感度：学生能够敏锐地感知到生活中存在的科学问题，并意识到通过信息技术手段（如开源硬件）可以获取并分析相关数据以解决问题。对信息价值的判断力：学生能够判断哪些信息对于解决特定科学问题是有价值的，以及如何有效地利用这些信息来形成科学假设和设计方案。信息安全意识：在使用开源硬件进行数据收集和分析的过程中，学生能够意识到信息安全的重要性，并采取措施保护数据的完整性和隐私性。（二）计算思维形式化描述问题：学生能够运用计算机科学领域的思想方法，将科学探究问题抽象为可以形式化描述的问题，明确需要解决的关键问题。设计解决方案：针对提出的科学问题，学生能够设计合理的解决方案，包括硬件搭建、软件编程和数据分析等环节，并能够评估不同方案的优劣。实现与优化方案：学生能够运用编程语言或其他数字化工具实现解决方案，并在实践中不断优化和完善方案，提高问题解决的效率和准确性。（三）数字化学习与创新适应数字化学习环境：学生能够适应基于开源硬件的数字化学习环境，掌握相关硬件和软件工具的使用方法。创造性解决问题：在科学探究过程中，学生能够利用数字化资源和工具创造性地解决问题，形成具有创新性的设计方案和实验装置。知识分享与协作学习：学生能够通过网络平台或其他方式分享自己的学习成果和经验，与同伴进行协作学习，共同提高数字化学习与创新能力。（四）信息社会责任遵守法律法规与伦理道德：在使用开源硬件进行科学探究的过程中，学生能够自觉遵守相关法律法规和伦理道德规范，尊重知识产权和个人隐私。关注信息技术对社会的影响：学生能够认识到信息技术在科学探究中的重要作用，并关注信息技术对社会发展和环境可能带来的影响。积极传播正能量：在分享学习成果和经验的过程中，学生能够积极传播正能量，引导他人正确使用信息技术进行科学探究和学习。教学重点与难点教学重点开源硬件的使用方法：让学生掌握开源硬件（如Arduino控制板、各种传感器等）的基本使用方法，包括硬件连接、软件编程和调试等。科学探究的一般过程：让学生理解科学探究的一般过程，包括提出问题、形成假设、设计实验、收集数据、分析数据和得出结论等环节。数字化工具的应用：让学生学会利用数字化工具（如编程软件、数据统计软件等）进行数据处理和分析，提高问题解决的效率和准确性。教学难点跨学科知识的综合运用：科学探究往往涉及多个学科的知识，如何引导学生综合运用所学知识进行问题分析和解决是教学的难点之一。实验装置的设计与搭建：根据实验需求设计和搭建合理的实验装置，需要学生具备较强的创新思维和实践能力，这也是教学的难点之一。数据分析与结果解读：收集到的数据往往需要进行深入的分析和解读才能得出有意义的结论，如何引导学生正确地进行数据分析并解读结果是教学的另一个难点。教学策略与方法教学策略项目式学习：以科学探究项目为主线，通过项目设计、实施和评价等环节，让学生在实践中掌握开源硬件的使用方法和科学探究的一般过程。跨学科整合：结合物理、化学等学科的知识，引导学生综合运用所学知识进行问题分析和解决，培养学生的跨学科整合能力。合作学习：鼓励学生进行小组合作学习，通过分工协作、资源共享和成果展示等方式，提高学生的团队协作能力和数字化学习与创新能力。教学方法情境教学法：通过创设具体的科学探究情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望，引导学生主动发现问题并寻求解决方案。案例教学法：通过分析典型的科学探究案例，让学生了解科学探究的一般过程和方法，并借鉴他人的成功经验进行实践探索。任务驱动法：给学生设定具体的任务目标，让学生在完成任务的过程中掌握相关知识和技能，提高问题解决的实践能力。教学实施步骤（一）单元导入（1课时）情境导入：通过展示一些利用开源硬件进行科学探究的实例或视频，激发学生的学习兴趣和探究欲望。目标阐述：明确本单元的教学目标和学习内容，让学生了解本单元将要学习的知识和技能。任务布置：给学生布置本单元的学习任务，包括三个科学探究项目（水温监测、单摆监测、电压检测）的设计与实施。（二）项目设计与实施（10课时）3.1水温监测（3课时）形成实验假设与设计实验（1课时）活动1：不同杯子的保温效果调研及实验假设活动2：不同杯子的保温效果探究实验设计进行实验探究与收集数据（1课时）活动1：探究不同杯子的保温效果的硬件搭建活动2：探究不同杯子的保温效果的程序编写活动3：探究不同杯子的保温效果的数据收集分析实验数据与得出结论（1课时）活动：不同杯子保温效果的数据分析与结论3.2单摆监测（3课时）形成实验假设与设计实验（1课时）活动1：单摆周期实验的假设活动2：探究单摆周期的实验设计进行实验探究与收集数据（1课时）活动1：探究单摆周期的硬件搭建活动2：探究单摆周期的程序编写活动3：探究单摆周期的数据收集分析实验数据与得出结论（1课时）活动：探究单摆周期的数据分析与结论3.3电压检测（3课时）形成实验假设与设计实验（1课时）活动1：水果导电性影响因素调研活动2：探究不同水果导电性实验设计进行实验探究与收集数据（1课时）活动1：水果电池电压检测的硬件搭建活动2：水果电池电路设计活动3：编写程序获取电压值活动4：收集数据分析实验数据与得出结论（1课时）活动：分析数据并得出结论（三）作品发布与评价（2课时）作品发布：各小组展示自己的科学探究作品，包括实验装置、程序代码、数据分析报告等。作品评价：采用自评、互评和教师评价相结合的方式，对各小组的作品进行评价，评价内容包括实验装置的合理性、程序的正确性、数据分析的准确性等方面。（四）单元总结与拓展（1课时）单元总结：回顾本单元的学习内容和学习过程，总结科学探究的一般过程和方法，以及开源硬件在项目设计中的应用。拓展练习：鼓励学生结合所学知识，选择一个感兴趣的科学问题进行自主探究，设计并实施一个科学探究项目，体验科学探究的乐趣和成就感。学业评价评价原则过程性评价与总结性评价相结合：注重对学生学习过程的评价，包括课堂参与度、小组合作情况、实验装置设计与搭建、程序编写与调试等方面；也要对学生的最终作品进行总结性评价。多元化评价：采用自评、互评和教师评价相结合的方式，从不同角度全面评价学生的学习成果和表现。注重能力培养：在评价过程中，注重对学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任等学科核心素养的培养情况进行评价。评价内容与方法实验设计与实施能力：通过观察学生在实验设计、硬件搭建、程序编写和数据分析等方面的表现，评价其实验设计与实施能力。数据分析与处理能力：通过分析学生的数据分析报告和实验结果，评价其数据分析与处理能力。团队合作与沟通能力：通过观察学生在小组合作学习中的表现，评价其团队合作与沟通能力。创新能力：通过评价学生的实验装置设计、程序编写和数据分析等方面的创新性，评价其创新能力。信息意识与社会责任：通过观察学生在信息获取、使用和保护等方面的表现，以及其对相关法律法规和伦理道德的遵守情况，评价其信息意识和社会责任。通过以上教学思路的实施，旨在全面培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任，提高学生的科学素养和综合素质。九、学业评价在进行《第3单元科学探究型项目设计》的教学评价时，我们将依据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合本单元的教学内容，从信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面进行教学目标、学习目标及评价目标的设定。（一）信息意识教学目标：通过本单元的学习，学生能够具备对信息的敏感度和对信息价值的判断力，能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息，并在科学探究过程中有效运用信息技术工具。学习目标：能够识别并获取与科学探究相关的信息，如传感器数据、实验条件等。能够判断信息的准确性和可靠性，对实验数据进行有效筛选和整理。在科学探究过程中，能够主动利用信息技术工具（如Arduino控制板、传感器等）获取和处理信息。评价目标：信息敏感度：学生能否快速识别并获取与水温监测、单摆监测、电压检测等科学探究相关的信息。信息价值判断力：学生能否准确判断实验数据的准确性和可靠性，并对数据进行有效筛选和整理。信息技术工具应用：学生能否在科学探究过程中主动利用信息技术工具获取和处理信息，如利用Arduino控制板和传感器获取实验数据。（二）计算思维教学目标：通过本单元的学习，学生能够运用计算机科学领域的思想方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据，并通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案。学习目标：能够针对科学探究问题，运用计算思维进行问题抽象和特征提取。能够设计并实现基于开源硬件的数据采集和处理系统，如水温监测装置、单摆监测装置等。能够通过编程实现数据收集、处理和分析，形成科学结论。评价目标：问题抽象与特征提取：学生能否针对科学探究问题，运用计算思维进行问题抽象和特征提取，如将水温变化、单摆振动周期等实际问题抽象为数学模型。系统设计与实现：学生能否设计并实现基于开源硬件的数据采集和处理系统，包括硬件连接、程序编写和系统测试等环节。数据处理与分析：学生能否通过编程实现数据收集、处理和分析，如利用Arduino编程读取传感器数据，并进行分析以得出科学结论。（三）数字化学习与创新教学目标：通过本单元的学习，学生能够认识数字化学习环境的优势和局限性，适应数字化学习环境，掌握数字化学习系统、学习资源与学习工具的操作技能，利用数字化资源与工具创造性地解决问题，形成创新作品。学习目标：能够适应数字化学习环境，掌握Arduino编程、传感器使用等数字化学习工具的操作技能。能够利用数字化学习资源和工具（如网络搜索、数据分析软件等）进行科学探究和数据分析。能够在科学探究过程中发挥创新思维，设计并实现具有创新性的实验装置或解决方案。评价目标：数字化学习环境适应能力：学生能否适应数字化学习环境，熟练掌握Arduino编程、传感器使用等数字化学习工具的操作技能。数字化学习资源利用能力：学生能否有效利用数字化学习资源和工具进行科学探究和数据分析，如利用网络搜索相关资料、利用数据分析软件处理实验数据。创新能力：学生能否在科学探究过程中发挥创新思维，设计并实现具有创新性的实验装置或解决方案，如改进水温监测装置、设计新的单摆监测方法等。（四）信息社会责任教学目标：通过本单元的学习，学生能够具有一定的信息安全意识与能力，遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则，在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范，既能有效维护信息活动中个人的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全。学习目标：能够了解并遵守信息法律法规和伦理道德准则，在科学探究过程中保护个人信息和实验数据的安全。能够识别并抵制不良信息行为，如篡改实验数据、抄袭他人成果等。能够积极维护信息社会的公共秩序和安全，如分享科学探究成果、参与学术交流等。评价目标：信息安全意识：学生能否了解并遵守信息法律法规和伦理道德准则，在科学探究过程中保护个人信息和实验数据的安全，如妥善保管实验数据、不泄露他人成果等。不良信息行为抵制能力：学生能否识别并抵制不良信息行为，如篡改实验数据、抄袭他人成果等，保持学术诚信和科研道德。信息社会公共秩序维护：学生能否积极维护信息社会的公共秩序和安全，如分享科学探究成果、参与学术交流等，为信息社会的健康发展贡献力量。评价实施为了全面、客观地评价学生在本单元学习中的表现，我们将采用多种评价方式相结合的方法，包括课堂观察、作品评价、实验报告评价、同伴互评和自我评价等。课堂观察：教师将通过观察学生在课堂上的表现，如参与讨论的积极性、提出问题的质量等，评价学生的信息意识和计算思维能力。作品评价：教师将对学生设计的实验装置、编写的程序、制作的实验报告等作品进行评价，重点关注作品的创新性、实用性和科学性，以此评价学生的数字化学习与创新能力和信息社会责任。实验报告评价：学生将提交实验报告，详细记录实验过程、数据分析和结论等内容。教师将对实验报告进行评价，重点关注报告的完整性、准确性和逻辑性，以此评价学生的计算思维和数字化学习与创新能力。同伴互评和自我评价：学生将进行同伴互评和自我评价，通过相互交流和反思，评价自己在信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任等方面的表现。这将有助于学生更全面地认识自己的优点和不足，促进自我提升和发展。通过本单元的学业评价，我们旨在全面、客观地评价学生在信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任等方面的表现，促进学生全面发展，提高信息技术学科核心素养。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本大单元《科学探究型项目设计》的实施旨在通过一系列基于开源硬件的科学探究项目，培养学生的科学探究能力、信息技术应用能力及跨学科整合能力。实施思路如下：情境创设与问题提出：通过真实生活场景或科学现象引入探究问题，激发学生的学习兴趣和探究欲望。知识与技能准备：介绍开源硬件的基础知识、传感器的使用方法及相关编程技能，为后续探究活动奠定基础。项目设计与实验方案制定：引导学生根据探究问题，设计实验方案，明确实验目的、自变量、因变量及控制变量。硬件搭建与程序编写：指导学生搭建实验装置，编写程序以收集和处理实验数据。数据收集与分析：通过实验收集数据，利用数据统计软件或编程方法分析数据，得出结论。成果展示与评价：组织学生展示探究成果，进行自评和互评，分享探究经验。拓展练习与深化理解：提供拓展练习，鼓励学生自主选择探究主题，深化对科学探究及信息技术应用的理解。二、教学目标设定（一）信息意识对信息的敏感度：能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值。对信息价值的判断力：能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性。（二）计算思维形式化：能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。模型化：能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程。自动化：能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率。系统化：能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序。（三）数字化学习与创新数字化学习环境的创设：能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境。数字化学习资源的采集与管理：能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析。数字化学习资源的应用与创新：能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案。（四）信息社会责任信息安全意识：在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据。法律法规遵守：遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规。伦理道德：在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信。三、教学结构图科学探究型项目设计|├──3.1水温监测|├──情境创设与问题提出|├──知识与技能准备（温度传感器、编程基础）|├──项目设计与实验方案制定|├──硬件搭建与程序编写|├──数据收集与分析|├──成果展示与评价|└──拓展练习|├──3.2单摆监测|├──情境创设与问题提出|├──知识与技能准备（红外避障传感器、编程进阶）|├──项目设计与实验方案制定|├──硬件搭建与程序编写|├──数据收集与分析|├──成果展示与评价|└──拓展练习|├──3.3电压检测|├──情境创设与问题提出|├──知识与技能准备（电压检测模块、编程综合）|├──项目设计与实验方案制定|├──硬件搭建与程序编写|├──数据收集与分析|├──成果展示与评价|└──拓展练习|├──单元学习评价|├──科学探究能力评价|├──信息技术应用能力评价|├──跨学科整合能力评价|└──自评与互评|└──单元学习总结├──科学探究过程总结├──信息技术应用总结├──跨学科整合体会└──未来探究方向展望四、具体教学实施步骤3.1水温监测情境创设与问题提出：展示不同材质的杯子，提问学生：“谁的杯子保温效果更好？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍防水温度传感器的工作原理和使用方法。讲解Arduino编程基础，包括串口通信、数据读取等。项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“塑料杯比陶瓷杯保温效果好”。设计实验方案，明确自变量（杯子材质）、因变量（水温变化）及控制变量（初始水温、水量、杯子形状等）。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水温监测装置，将温度传感器连接到Arduino控制板。编写程序，通过串口监视器显示温度数据，并每隔一定时间记录一次数据。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用Excel等软件绘制图表，分析不同材质杯子的保温效果。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与温度相关的探究问题，设计实验方案并实施。3.2单摆监测情境创设与问题提出：通过摆钟引入单摆概念，提问学生：“不同长度的单摆周期相同吗？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍红外数字避障传感器的工作原理和使用方法。讲解Arduino编程进阶知识，包括时间函数、条件判断等。项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“摆长越长，单摆周期越长”。设计实验方案，明确自变量（摆长）、因变量（单摆周期）及控制变量（摆球质量、振幅等）。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建单摆监测装置，将红外避障传感器对准单摆小球。编写程序，通过传感器检测单摆振动次数和时间，计算单摆周期。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同摆长下单摆周期的变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与单摆相关的探究问题，设计实验方案并实施。3.3电压检测情境创设与问题提出：通过水果电池引入电压概念，提问学生：“不同水果的导电性相同吗？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍电压检测模块的工作原理和使用方法。讲解Arduino编程综合知识，包括模拟输入、数据处理等。项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“酸性水果的导电性更强”。设计实验方案，明确自变量（水果种类）、因变量（电压值）及控制变量（电极材料、间距等）。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水果电池电路，将电压检测模块连接到Arduino控制板。编写程序，读取并输出电压值。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同水果的电压值变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与电压检测相关的探究问题，设计实验方案并实施。单元学习评价科学探究能力评价：评价学生在实验设计、数据收集与分析等方面的能力。信息技术应用能力评价：评价学生在开源硬件使用、编程实现等方面的能力。跨学科整合能力评价：评价学生在物理、化学等学科知识综合应用方面的能力。自评与互评：鼓励学生进行自我评价和相互评价，促进反思与成长。单元学习总结科学探究过程总结：总结科学探究的一般过程和方法，强调观察、假设、实验、分析等环节的重要性。信息技术应用总结：总结开源硬件在科学探究中的应用价值，提升信息技术应用能力。跨学科整合体会：分享跨学科整合的体会和收获，鼓励学生在未来学习中注重跨学科知识的综合应用。未来探究方向展望：-鼓励学生根据本单元学习经验，提出未来探究方向和目标，持续培养科学探究兴趣和能力。十一、大情境、大任务创设一、大情境创设在当今科技飞速发展的时代，开源硬件已成为创新教育和科学探究的重要工具。开源硬件以其开放性、可扩展性和低成本等特点，为学生提供了实践创新、动手操作的广阔平台。本次大单元教学将以“开源硬件与科学探究”为主题，通过一系列基于开源硬件的科学探究项目，引导学生深入理解科学探究的方法，提升信息技术应用能力，培养跨学科整合能力和创新思维。二、大任务创设本单元将通过三个具体的科学探究项目——水温监测、单摆监测和电压检测，让学生体验科学探究的全过程，从提出问题、形成假设、设计实验、收集数据到分析数据、得出结论，每一步都紧密结合开源硬件的应用。通过这三个项目，学生不仅能够掌握开源硬件的基础知识和操作技能，还能提升计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。三、教学目标设定（一）信息意识对信息的敏感度：学生能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值。通过实际科学探究项目，学生能够发现并提出与开源硬件相关的科学问题，如不同材质的杯子保温效果、单摆的振动周期、水果的导电性等。对信息价值的判断力：学生能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性。在科学探究过程中，学生能够识别并筛选出有价值的信息，如传感器的准确读数、实验数据的合理性等，以支持科学结论的形成。（二）计算思维形式化：学生能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。例如，在水温监测项目中，学生能够将水温变化抽象为时间序列数据，用数学模型描述水温随时间的变化规律。模型化：学生能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程。在单摆监测项目中，学生能够根据单摆的运动规律建立数学模型，预测不同摆长下单摆的振动周期。自动化：学生能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率。在电压检测项目中，学生能够编写Arduino程序，自动读取水果电池的电压值，并进行分析处理。系统化：学生能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序。在三个项目中，学生能够系统地规划实验步骤，从问题提出到数据收集、分析再到结论得出，每一步都紧密相连、逻辑清晰。（三）数字化学习与创新数字化学习环境的创设：学生能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境。通过Arduino等开源硬件平台，学生能够搭建物理装置，结合编程实现数据的实时采集和处理。数字化学习资源的采集与管理：学生能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析。在科学探究过程中，学生能够熟练使用Excel等数据统计软件，对实验数据进行整理、分析和可视化呈现。数字化学习资源的应用与创新：学生能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案。例如，在电压检测项目中，学生可以尝试使用不同的电极材料或改变电极间距，探究这些因素对水果电池电压的影响。（四）信息社会责任信息安全意识：在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据。学生能够认识到实验数据的重要性，妥善保管实验数据，确保数据的安全性和保密性。法律法规遵守：遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规。学生能够了解并遵守实验室的安全操作规程，确保实验过程的安全；能够遵守信息技术相关的法律法规，如软件版权、数据隐私等。伦理道德：在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信。学生能够坚持实事求是的科学态度，不篡改或伪造实验数据，确保实验结果的客观性和真实性。四、具体教学实施步骤3.1水温监测情境创设与问题提出展示不同材质的杯子，提问学生：“谁的杯子保温效果更好？”引发学生思考。通过这一情境创设，激发学生对水温监测的兴趣和探究欲望。知识与技能准备介绍防水温度传感器的工作原理和使用方法，讲解Arduino编程基础，包括串口通信、数据读取等。为学生后续的实验探究奠定知识和技能基础。项目设计与实验方案制定学生分组讨论，形成实验假设，如“塑料杯比陶瓷杯保温效果好”。设计实验方案，明确自变量（杯子材质）、因变量（水温变化）及控制变量（初始水温、水量、杯子形状等）。硬件搭建与程序编写学生根据实验方案搭建水温监测装置，将温度传感器连接到Arduino控制板。编写程序，通过串口监视器显示温度数据，并每隔一定时间记录一次数据。数据收集与分析学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用Excel等软件绘制图表，分析不同材质杯子的保温效果。成果展示与评价学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习学生自主选择与温度相关的探究问题，设计实验方案并实施。如探究不同厚度杯子的保温效果、不同环境温度下杯子的保温效果等。3.2单摆监测情境创设与问题提出通过摆钟引入单摆概念，提问学生：“不同长度的单摆周期相同吗？”引发学生思考。通过这一情境创设，激发学生对单摆监测的兴趣和探究欲望。知识与技能准备介绍红外数字避障传感器的工作原理和使用方法，讲解Arduino编程进阶知识，包括时间函数、条件判断等。为学生后续的实验探究奠定知识和技能基础。项目设计与实验方案制定学生分组讨论，形成实验假设，如“摆长越长，单摆周期越长”。设计实验方案，明确自变量（摆长）、因变量（单摆周期）及控制变量（摆球质量、振幅等）。硬件搭建与程序编写学生根据实验方案搭建单摆监测装置，将红外避障传感器对准单摆小球。编写程序，通过传感器检测单摆振动次数和时间，计算单摆周期。数据收集与分析学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同摆长下单摆周期的变化规律。成果展示与评价学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习学生自主选择与单摆相关的探究问题，设计实验方案并实施。如探究不同摆球质量对单摆周期的影响、不同振幅下单摆周期的变化等。3.3电压检测情境创设与问题提出通过水果电池引入电压概念，提问学生：“不同水果的导电性相同吗？”引发学生思考。通过这一情境创设，激发学生对电压检测的兴趣和探究欲望。知识与技能准备介绍电压检测模块的工作原理和使用方法，讲解Arduino编程综合知识，包括模拟输入、数据处理等。为学生后续的实验探究奠定知识和技能基础。项目设计与实验方案制定学生分组讨论，形成实验假设，如“酸性水果的导电性更强”。设计实验方案，明确自变量（水果种类）、因变量（电压值）及控制变量（电极材料、间距等）。硬件搭建与程序编写学生根据实验方案搭建水果电池电路，将电压检测模块连接到Arduino控制板。编写程序，读取并输出电压值。数据收集与分析学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同水果的电压值变化规律。成果展示与评价学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。教师总结点评，提出改进建议。拓展练习学生自主选择与电压检测相关的探究问题，设计实验方案并实施。如探究不同电极材料对电压的影响、不同电解液浓度对电压的影响等。五、单元学习评价通过本单元的学习，学生应能够掌握科学探究的一般方法，体验科学探究的全过程，形成利用开源硬件开展科学探究以解决问题的意识。单元学习评价应注重对学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任的全面考察。具体评价方式可采用自评、互评和教师评价相结合的方式，评价内容应包括实验设计的合理性、数据收集的准确性、数据分析的科学性以及实验过程中的创新表现等。六、单元学习总结通过本单元的学习，学生不仅掌握了开源硬件的基础知识和操作技能，还提升了计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任。在科学探究过程中，学生学会了如何将实际问题抽象为可计算的模型，如何设计实验方案并收集分析数据，如何运用数字化工具进行创新和创造。学生也深刻认识到信息安全、法律法规和伦理道德在信息技术应用中的重要性。学生将继续运用所学知识和技能，开展更多有意义的科学探究活动，不断提升自己的综合素养和创新能力。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：开源硬件项目设计——科学探究型项目设计课时设计：第1课时：3.1水温监测——情境创设与问题提出、知识与技能准备第2课时：3.1水温监测——项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写第3课时：3.1水温监测——数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习第4课时：3.2单摆监测——情境创设与问题提出、知识与技能准备第5课时：3.2单摆监测——项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写第6课时：3.2单摆监测——数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习第7课时：3.3电压检测——情境创设与问题提出、知识与技能准备第8课时：3.3电压检测——项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写第9课时：3.3电压检测——数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习第10课时：单元学习评价与总结（二）学习目标教学目标设定：信息意识：学生能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值。学生能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性。计算思维：学生能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。学生能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程。学生能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率。学生能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序。数字化学习与创新：学生能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境。学生能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析。学生能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案。信息社会责任：学生在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据。学生遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规。学生在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信。（三）评价任务信息意识评价：通过学生在课堂讨论中提出的科学问题，评价其对生活中科学问题的敏感度。通过学生对实验数据的分析和解释，评价其对信息价值的判断力。计算思维评价：通过学生设计的实验方案和数学模型，评价其形式化和模型化能力。通过学生编写的程序和数据处理结果，评价其自动化和系统化能力。数字化学习与创新评价：通过学生创设的数字化实验环境和数据管理工具，评价其数字化学习环境创设能力。通过学生设计的实验方案和数据分析结果，评价其数字化学习资源的应用与创新能力。信息社会责任评价：通过学生在实验过程中的操作和数据管理，评价其信息安全意识和法律法规遵守情况。通过学生对实验数据的处理和结论的得出，评价其科学诚信和伦理道德。（四）学习过程3.1水温监测第1课时：情境创设与问题提出、知识与技能准备情境创设与问题提出：展示不同材质的杯子，提问学生：“谁的杯子保温效果更好？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍防水温度传感器的工作原理和使用方法；讲解Arduino编程基础，包括串口通信、数据读取等。第2课时：项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“塑料杯比陶瓷杯保温效果好”；设计实验方案，明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水温监测装置，将温度传感器连接到Arduino控制板；编写程序，通过串口监视器显示温度数据。第3课时：数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表；利用Excel等软件绘制图表，分析不同材质杯子的保温效果。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评；教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与温度相关的探究问题，设计实验方案并实施。3.2单摆监测第4课时：情境创设与问题提出、知识与技能准备情境创设与问题提出：通过摆钟引入单摆概念，提问学生：“不同长度的单摆周期相同吗？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍红外数字避障传感器的工作原理和使用方法；讲解Arduino编程进阶知识，包括时间函数、条件判断等。第5课时：项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“摆长越长，单摆周期越长”；设计实验方案，明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建单摆监测装置，将红外避障传感器对准单摆小球；编写程序，通过传感器检测单摆振动次数和时间，计算单摆周期。第6课时：数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表；利用数据统计软件分析不同摆长下单摆周期的变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评；教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与单摆相关的探究问题，设计实验方案并实施。3.3电压检测第7课时：情境创设与问题提出、知识与技能准备情境创设与问题提出：通过水果电池引入电压概念，提问学生：“不同水果的导电性相同吗？”引发学生思考。知识与技能准备：介绍电压检测模块的工作原理和使用方法；讲解Arduino编程综合知识，包括模拟输入、数据处理等。第8课时：项目设计与实验方案制定、硬件搭建与程序编写项目设计与实验方案制定：学生分组讨论，形成实验假设，如“酸性水果的导电性更强”；设计实验方案，明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水果电池电路，将电压检测模块连接到Arduino控制板；编写程序，读取并输出电压值。第9课时：数据收集与分析、成果展示与评价、拓展练习数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表；利用数据统计软件分析不同水果的电压值变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评；教师总结点评，提出改进建议。拓展练习：学生自主选择与电压检测相关的探究问题，设计实验方案并实施。第10课时：单元学习评价与总结单元学习评价：评价学生在科学探究能力、信息技术应用能力、跨学科整合能力等方面的表现；鼓励学生进行自我评价和相互评价。单元学习总结：总结科学探究的一般过程和方法；分享开源硬件在科学探究中的应用价值；鼓励学生提出未来探究方向和目标。（五）作业与检测作业设计：设计并完成一个与温度、单摆或电压检测相关的自主探究项目，包括实验设计、数据收集与分析、结论得出等环节。撰写实验报告，详细记录实验过程、数据分析结果和结论。检测方式：通过课堂观察、小组讨论、实验报告等方式，检测学生对科学探究方法和信息技术应用能力的掌握情况。通过成果展示和互评，检测学生的实验设计和数据分析能力。（六）学后反思学生反思：反思自己在科学探究过程中的收获和不足，如何更好地利用开源硬件和信息技术解决实际问题。思考如何将科学探究方法与日常生活和学习相结合，提高自己的创新能力和实践能力。教师反思：反思教学过程中的成功与不足，如何进一步激发学生的学习兴趣和探究欲望。-思考如何优化教学内容和方法，提高教学效果和学生的学科核心素养。十三、学科实践与跨学科学习设计在《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，结合选择性必修6《开源硬件项目设计》第3单元《科学探究型项目设计》的教学内容，我们设计了本单元的学科实践与跨学科学习方案。通过跨学科实践，旨在培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力，以及信息社会责任，提升学生的综合素养。一、教学目标设定（一）信息意识对信息的敏感度：通过科学探究项目，学生能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值，学会利用信息技术手段解决实际问题。对信息价值的判断力：学生能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性，提升信息筛选和判断能力。（二）计算思维形式化：学生能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题，培养逻辑思维和抽象能力。模型化：学生能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程，提升数学建模和问题解决能力。自动化：学生能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率，培养自动化思维和编程能力。系统化：学生能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序，培养系统思维和项目管理能力。（三）数字化学习与创新数字化学习环境的创设：学生能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境，提升信息技术应用能力。数字化学习资源的采集与管理：学生能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析，培养数据管理和分析能力。数字化学习资源的应用与创新：学生能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案，培养创新思维和实践能力。（四）信息社会责任信息安全意识：在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据，培养信息安全意识。法律法规遵守：遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规，培养法治观念。伦理道德：在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信，培养科学道德和伦理意识。二、学习目标设定（一）信息意识了解科学探究与信息技术的融合：通过参与科学探究项目，学生能够认识到信息技术在科学探究中的重要性和应用价值。评估信息来源的可靠性：学会评估实验数据和信息来源的可靠性，提升信息筛选和判断能力。（二）计算思维抽象与建模：能够将复杂的科学问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。程序设计与实现：能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提升编程能力和问题解决能力。系统化思考：能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序，培养系统思维和项目管理能力。（三）数字化学习与创新数字化实验环境创设：利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境，提升信息技术应用能力。数据管理与分析：能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析，培养数据管理和分析能力。创新实验设计：能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案，培养创新思维和实践能力。（四）信息社会责任信息安全与隐私保护：在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据，培养信息安全意识。遵守法律法规：遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规，培养法治观念。科学诚信与伦理道德：在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信，培养科学道德和伦理意识。三、作业目标设定（一）信息意识信息筛选与评估：搜集与科学探究项目相关的资料和信息，评估其可靠性和有效性，撰写信息评估报告。信息交流与分享：与同学分享自己搜集的信息和资料，讨论信息来源的可靠性和实验数据的准确性，提升信息交流和分享能力。（二）计算思维实验方案设计：设计一个基于开源硬件的科学探究实验方案，包括实验目的、实验步骤、数据收集与分析方法等，提升实验设计能力。程序编写与调试：编写程序实现实验数据的自动收集和处理，进行程序调试和优化，提升编程能力和问题解决能力。系统化思考：将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序，绘制科学探究流程图，培养系统思维和项目管理能力。（三）数字化学习与创新数字化实验环境搭建：利用开源硬件和编程环境搭建数字化实验环境，撰写实验环境搭建报告。数据管理与分析：收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析，撰写数据分析报告，培养数据管理和分析能力。创新实验设计：基于所学知识，设计一个具有创新性的科学探究实验方案，包括实验目的、实验步骤、预期结果等，培养创新思维和实践能力。（四）信息社会责任信息安全与隐私保护：在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据，撰写信息安全与隐私保护报告。法律法规遵守：遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规，撰写法律法规遵守报告，培养法治观念。科学诚信与伦理道德：在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信，撰写科学诚信与伦理道德报告，培养科学道德和伦理意识。四、学科实践与跨学科学习设计（一）学科实践设计水温监测项目实践实践目标：掌握防水温度传感器的使用方法，能够搭建物理装置监控水温变化，并运用于科学探究。了解科学探究的一般过程和方法。实践内容：形成实验假设与设计实验：调研不同杯子的保温效果，形成实验假设，设计实验方案。进行实验探究与收集数据：搭建水温监测装置，编写程序获取和显示水温数据，收集实验数据。分析实验数据与得出结论：利用数据统计软件分析数据，比较不同杯子的保温效果，得出结论。跨学科整合：结合物理知识（如热传导、比热容等）和化学知识（如不同材料的导热性）进行跨学科整合，深化对科学探究过程和方法的理解。单摆监测项目实践实践目标：掌握红外避障传感器的使用方法，能够自主设计验证单摆周期的实验方案，并搭建实验装置。能够编程收集实验数据，完成探究实验，体验科学探究的一般过程。实践内容：形成实验假设与设计实验：调研单摆周期的影响因素，形成实验假设，设计实验方案。进行实验探究与收集数据：搭建单摆监测装置，编写程序获取单摆振动次数和时间，计算单摆周期，收集实验数据。分析实验数据与得出结论：利用数据统计软件分析数据，验证或证伪假设，得出结论。跨学科整合：结合物理知识（如单摆周期公式、简谐运动等）和数学知识（如数据分析、统计图表绘制等）进行跨学科整合，提升科学探究能力和问题解决能力。电压检测项目实践实践目标：掌握电压检测模块的使用方法，能够用串口输出电压值。了解水果电池的基本组成和原理。通过探究活动，体验多学科知识的综合应用和科学探究方法。实践内容：形成实验假设与设计实验：调研水果导电性的影响因素，形成实验假设，设计实验方案。进行实验探究与收集数据：搭建水果电池电路，连接电压检测模块，编写程序获取电压值，收集实验数据。分析实验数据与得出结论：利用数据统计软件分析数据，比较不同水果的导电性，得出结论。跨学科整合：结合化学知识（如电解质导电性、水果电池原理等）和物理知识（如电压、电流、电阻等）进行跨学科整合，提升科学探究能力和多学科知识综合运用能力。（二）跨学科学习设计物理与信息技术的整合整合点：在科学探究项目中，利用开源硬件和编程技术实现物理量的测量和数据分析，如水温、单摆周期、电压等。实施方式：结合物理学科知识，设计实验方案，利用开源硬件搭建实验装置，编写程序实现数据收集和处理。通过跨学科整合，深化对物理现象和规律的理解，提升信息技术应用能力。化学与信息技术的整合整合点：在科学探究项目中，利用信息技术手段探究化学现象和规律，如水果电池的导电性、不同材料的化学反应等。实施方式：结合化学学科知识，设计实验方案，利用开源硬件和编程技术实现化学实验的数字化和自动化。通过跨学科整合，提升化学实验的安全性和准确性，培养创新思维和实践能力。数学与信息技术的整合整合点：在科学探究项目中，利用数学知识和方法分析实验数据，得出科学结论。利用信息技术手段实现数据的收集、处理和分析。实施方式：结合数学学科知识，设计数据分析方案，利用数据统计软件或编程技术实现数据的可视化和深入分析。通过跨学科整合，提升数据分析能力和问题解决能力，培养逻辑思维和数学素养。通过以上学科实践与跨学科学习设计，旨在培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任，提升学生的综合素养和科学探究能力。通过跨学科整合，深化学生对各学科知识的理解和应用，培养跨学科思维和创新能力。十四、大单元作业设计一、教学目标信息意识：学生能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值。学生能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性。计算思维：学生能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。学生能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程。学生能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率。学生能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序。数字化学习与创新：学生能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境。学生能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析。学生能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案。信息社会责任：学生在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据。学生遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规。学生在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信。二、作业目标设定信息意识：学生能够识别并选择与科学探究相关的有效信息源。学生能够评估实验数据的准确性和可靠性，判断其在科学探究中的价值。计算思维：学生能够将科学探究问题抽象化，并用计算机可处理的方式表述。学生能够设计合理的实验方案，包括数据收集、处理和分析方法。学生能够编写程序实现实验数据的自动化收集和处理。学生能够将科学探究过程系统化，明确各环节的逻辑关系和先后顺序。数字化学习与创新：学生能够利用开源硬件和编程工具创设数字化实验环境。学生能够运用数据统计软件对实验数据进行整理、分析和可视化呈现。学生能够结合所学知识，创新性地设计实验方案，解决实际问题。信息社会责任：学生在实验过程中严格遵守信息安全和隐私保护规定。学生遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规，确保实验安全。学生在探究过程中坚持科学诚信，不伪造数据，尊重科学事实。三、作业内容与要求3.1水温监测作业内容：实验设计与准备：学生分组讨论，确定实验假设，如“塑料杯比陶瓷杯保温效果好”。设计实验方案，明确自变量（杯子材质）、因变量（水温变化）及控制变量（初始水温、水量、杯子形状等）。准备实验器材，包括Arduino控制板、防水温度传感器、USB数据线、陶瓷杯、塑料杯等。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水温监测装置，将防水温度传感器连接到Arduino控制板。编写程序，通过串口监视器显示温度数据，并每隔一定时间记录一次数据。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用Excel等软件绘制图表，分析不同材质杯子的保温效果。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。撰写实验报告，总结实验过程、数据分析和结论。作业要求：实验设计合理，能够明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建正确，程序编写无误，能够正确显示和记录温度数据。数据分析准确，图表清晰，结论合理。实验报告内容完整，逻辑清晰，能够体现科学探究的过程和方法。3.2单摆监测作业内容：实验设计与准备：学生分组讨论，确定实验假设，如“摆长越长，单摆周期越长”。设计实验方案，明确自变量（摆长）、因变量（单摆周期）及控制变量（摆球质量、振幅等）。准备实验器材，包括Arduino控制板、红外数字避障传感器、单摆支架、摆线、小球等。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建单摆监测装置，将红外数字避障传感器对准单摆小球。编写程序，通过传感器检测单摆振动次数和时间，计算单摆周期。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同摆长下单摆周期的变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。撰写实验报告，总结实验过程、数据分析和结论。作业要求：实验设计合理，能够明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建正确，程序编写无误，能够准确检测单摆振动次数和时间。数据分析准确，能够得出合理的结论。实验报告内容完整，逻辑清晰，能够体现科学探究的过程和方法。3.3电压检测作业内容：实验设计与准备：学生分组讨论，确定实验假设，如“酸性水果的导电性更强”。设计实验方案，明确自变量（水果种类）、因变量（电压值）及控制变量（电极材料、间距等）。准备实验器材，包括Arduino控制板、电压检测模块、铜锌电极、水果等。硬件搭建与程序编写：学生根据实验方案搭建水果电池电路，将电压检测模块连接到Arduino控制板。编写程序，读取并输出电压值。数据收集与分析：学生利用实验装置收集数据，填写数据记录表。利用数据统计软件分析不同水果的电压值变化规律。成果展示与评价：学生展示实验装置和数据分析结果，进行小组自评和互评。撰写实验报告，总结实验过程、数据分析和结论。作业要求：实验设计合理，能够明确自变量、因变量及控制变量。硬件搭建正确，程序编写无误，能够准确读取和输出电压值。数据分析准确，能够得出合理的结论。实验报告内容完整，逻辑清晰，能够体现科学探究的过程和方法。四、作业评价标准信息意识（20分）：能够识别并选择与科学探究相关的有效信息源（5分）。能够评估实验数据的准确性和可靠性（5分）。能够判断实验数据在科学探究中的价值（5分）。能够关注科学探究领域的最新动态和发展趋势（5分）。计算思维（30分）：能够将科学探究问题抽象化，并用计算机可处理的方式表述（10分）。能够设计合理的实验方案，包括数据收集、处理和分析方法（10分）。能够编写程序实现实验数据的自动化收集和处理（5分）。能够将科学探究过程系统化，明确各环节的逻辑关系和先后顺序（5分）。数字化学习与创新（30分）：能够利用开源硬件和编程工具创设数字化实验环境（10分）。能够运用数据统计软件对实验数据进行整理、分析和可视化呈现（10分）。能够结合所学知识，创新性地设计实验方案，解决实际问题（5分）。能够在探究过程中提出新的想法和观点，推动科学探究的深入发展（5分）。信息社会责任（20分）：在实验过程中严格遵守信息安全和隐私保护规定（5分）。遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规，确保实验安全（5分）。在探究过程中坚持科学诚信，不伪造数据，尊重科学事实（5分）。能够关注科学探究对社会的影响，积极传播科学知识和科学精神（5分）。五、作业反思与改进在完成大单元作业设计后，教师应引导学生进行反思和改进，以不断提升学生的科学探究能力和信息技术应用能力。具体反思内容可包括：实验设计的合理性和可行性：学生是否明确了自变量、因变量及控制变量？实验方案是否科学、合理，能否有效验证实验假设？硬件搭建与程序编写的正确性：硬件搭建过程中是否遇到问题，如何解决的？程序编写是否无误，能否正确实现预期功能？数据收集与分析的准确性：数据收集过程中是否存在误差，如何减小误差？数据分析方法是否合理，能否得出准确结论？成果展示与评价的全面性：成果展示是否充分，能否体现实验过程和结论？自评和互评是否公正、客观，能否促进相互学习和进步？信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的培养：学生在作业过程中是否体现了较强的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力和信息社会责任？如何进一步加强这些方面的培养，提高学生的综合素养？通过反思和改进，教师可以不断完善大单元作业设计，提高教学效果，为学生的全面发展奠定坚实基础。十五、“教-学-评”一致性课时设计3.1水温监测教学目标（一）信息意识学生能够敏锐地捕捉到生活中的科学问题，意识到信息技术在科学探究中的应用价值。学生能够评估不同信息来源的可靠性，判断实验数据的有效性和准确性。（二）计算思维学生能够将探究问题抽象为可计算的模型，用形式化的方法表述问题。学生能够设计实验方案，建立数学模型以模拟实验过程。学生能够编写程序实现实验数据的自动收集和处理，提高探究效率。学生能够将科学探究过程系统化，明确各个环节的逻辑关系和先后顺序。（三）数字化学习与创新学生能够利用开源硬件和编程环境创设数字化实验环境。学生能够收集和管理实验数据，利用数据统计软件进行分析。学生能够创新性地应用数字化学习资源，设计具有新颖性的实验方案。（四）信息社会责任学生在实验过程中注重个人信息的保护，不泄露实验数据。学生遵守实验室安全规范及信息技术相关法律法规。学生在探究过程中尊重科学事实，不伪造数据，秉持科学诚信。作业目标完成水温监测装置的硬件搭建和程序编写。收集不同杯子保温效果的数据，并进行初步分析。撰写实验报告，包括实验目的、实验过程、数据分析和结论。课程目标学生掌握防水温度传感器的使用方法，能够搭建物理