六年级“过程与控制”教学指南设计思路解读

摘要：六年级“过程与控制”教学指南内容包括系统与模块、反馈与优化、逻辑与运算三部分。该教学指南依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的基本要求和学生的认知规律，构建了总体内容体系，设计了多种类型的学习活动（包括数字化学习环境下的实验），保证创新活动切实可行，确保学生核心素养得到有效培养。关键词：过程与控制；教学指南；核心素养；数字化学习环境；实验“过程与控制”模块是义务教育信息科技课程中比较创新的内容，是之前信息技术课程中所没有涉及的，因此对《义务教育信息科技课程教学指南过程与控制六年级全一册》（以下简称“六年级教学指南”）的设计思路进行解读尤其重要。本文从核心素养、认知规律、创新、数字化学习环境四个视角，解读六年级教学指南的总体内容设计、内容切入点与案例选择、学习活动设计、实验设计等方面的思路，并从总体上提出一些教学建议，为教师更好地理解其设计意图，在教学中更好地落实《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）精神和指南意图提供帮助。一、核心素养视角：总体内容设计六年级教学指南涵盖课标中第三学段“过程与控制”模块的课程内容。本教学指南分为八个单元，按夯实基础、落到应用、回归价值三个层次来设计。第一至第四单元紧扣课标内容要求，以基础知识为主，目的是夯实基础；第五至第七单元基于课标的教学提示设计综合实践，目的是引导学生学以致用，提高综合应用能力；第八单元强调信息社会责任意识培养，旨在内化学科价值观。核心素养的培养是渗透整个模块教学的，但在各个层次有所侧重。例如，在夯实基础层次，信息意识的培养比较显著；在落到应用层次，计算思维会得到重点发展；在回归价值层次，信息社会责任意识得到集中强化；数字化学习与创新能力则渗透在整个模块的内容当中，但在落到应用层次和回归价值层次有比较显著的培养时机（如图1）。对于信息意识的培养，六年级教学指南首先从学生身边直观可见的控制系统引入。这个环节需要学生结合自己的学习生活实际，领悟到自己一直就在使用各种控制系统解决实际问题。这就增强了学生对控制系统的敏感度，以及主动使用的意识和能力，强化对信息科技的认同感。六年级教学指南在计算思维培养方面，延续了课标中“身边的算法”模块的要求，并回顾了“数据与编码”模块中的内容，由“数据”逐渐过渡到“计算”这个核心概念，帮助学生逐步提升计算思维意识和能力。对于数字化学习与创新的培养，六年级教学指南主要通过一些学习任务来展开，其中有的任务需要学生利用网络资源来完成，有的任务需要在虚拟仿真工具和编程环境中进行。这种数字化的学习环境，能潜移默化地激发学生对数字化工具运用的主动性，培养他们的数字化学习思维和能力。六年级教学指南对信息社会责任的培养，主要通过两个渠道落实。一是渗透在大部分学习活动中，引导学生通过了解、分析、感受各种控制系统的工作过程，知道各种控制系统给人们带来的便利、给信息社会发展带来的促进作用，从而意识到自己学习和使用这些系统是一种信息社会责任的体现。二是第28、29、30课分别从个人、社会、国家三个层面，培养学生具备良好的行为规范、系统安全设计意识和自主可控意识，培养他们的信息社会责任感。二、认知规律视角：内容切入点与案例选择在明确了教什么之后，怎么教是决定教学成败至关重要的因素。因此，遵循小学生的认知规律，从直观设备着手，让学生直接参与到控制的过程中，是六年级教学指南开篇设计的主要思路。（一）课程内容的切入点符合小学生认知规律“过程与控制”模块并不是自动控制等相关专业知识在小学阶段的简单下放，因此选择什么样的内容切入本模块的教学就很关键。尤其不能由“什么是过程与控制”切入，这不符合小学生的认知规律。那么，小学生在日常生活中最自然、最常规的一种“控制”是什么呢？是“开与关”操作。因此，六年级教学指南的第一单元，先从学生能直观感受到或接触到的设备出发，引导他们结合实际操作设备的经历逐渐建立对控制系统的感知；然后由触手可及的开关出发，引发学生思考开与关操作背后触发了怎样的一个过程，及时启发学生：你通过随手的开与关，正在打开一扇通往控制系统的门，开启控制系统的探秘之旅。第一单元学习活动的主线是：控制教室、家庭等环境的电气设备获得功能服务→关注开与关操作→分析多种状态的切换，感受控制规则（如三色变光灯以及交通信号灯的控制）→情境活动“把车推到目的地”让学生实际感受控制的过程→分析人的思维活动以及声控灯的控制过程，按“输入—计算—输出”的模式构建控制系统的工作过程。整个单元的教学，从身边看得见、摸得着的设备出发，从熟悉的开与关操作着手，从情境体验展开，逐渐上升到相对抽象的控制系统内部的工作过程（如图2）。这样的设计符合学生的认知规律，有利于他们在熟知的生活场景中产生进一步学习的兴趣。“过程与控制”模块并不涉及过多的系统科学、系统论等专业知识，因为这些知识超越学生的认知范畴，过多的系统论知识会对他们现阶段的学习造成干扰。因此，六年级教学指南在第1课结束就提出关键词“控制系统”，保证后续的教与学定位在控制系统上，而不被广义的“系统”所困扰。另外，全书紧扣“输入—计算—输出”模式，让看不见、摸不着的“过程与控制”直观化和具体化。本教学指南还把课标“过程与控制”模块第1和第2条内容要求中关于系统的相关知识后移到第四单元，并且紧扣控制系统来展开。这样的编排顺序更加符合小学生的认知规律，同时也合理界定了“过程与控制”模块与系统论等相关专业课程的关系。（二）案例立足学生的“身边”，放眼学生的“未来”六年级教学指南的案例选择遵循“紧密结合学生的学习生活实际”的原则，以学生的实际学习生活为出发点，但不是终点。在第一至第四单元介绍新知识时，涉及很多规模较小的学习活动。这些活动大多数基于学生身边的案例，如各种常见电气设备的控制、交通信号灯的控制等。但是，教与学的最终目标是引导学生立足身边，放眼世界，捕捉未来。因此，本教学指南选取了一些大多数学生没接触过的案例，如自动送货机器人、宇宙飞船、智能种植大棚、智能家居、智能汽车等。同时，教学指南所设计的案例符合时代发展的强音，符合国家发展的导向。例如，第六单元的智能种植大棚案例符合国家的乡村振兴战略，体现智能农业发展主题；第七单元的汽车控制案例，涉及了智能汽车，符合当前新质生产力的发展主题，也属于中国式现代化的范畴。虽然这些案例远离学生当前生活实际，但是信息科技就是要引领学生感受什么是科技，就是要把学生从他们认知的“一亩三分地”里带出来，让他们知道自己“身边”之外的世界正在发生什么、即将发生什么，从而紧跟科技发展的步伐，成为信息时代的先行者。这些案例还会引导学生从小就把自己的理想与国家发展方向结合起来，让自己的人生更有价值。（三）优化概念学习的思维模式，把握指南中的关键词概念是人们由感性认识上升到理性认识，把所感知事物的共同本质特点抽象出来加以概括的一种表达方式。但是信息科技学科知识瞬息万变，尤其是人工智能的发展，甚至会颠覆人们已建立的概念体系。因此，在不影响学生理解和表达的前提下，六年级教学指南不是通过“下定义”的方式引出概念，而是以关键词的形式帮助学生构建“过程与控制”模块的“概念”体系。指南采用了以下四种方式引出关键词。1.有严格的界定或前提。例如，第1课引出“控制系统”时，将其界定为“在这个学习阶段，可以把……看作控制系统”。2.从直观、具体的角度对关键词给出解释。例如，由直观具体的、实际控制过的各种设备，引出控制系统；由噪声监测系统采集声音数据引出连续量与阈值。3.从生活场景引出关键词。例如，第11课由妈妈叫弟弟起床的场景引出“反馈”。4.从功能的角度加强对关键词的理解。例如，第11课总结反馈的作用时，提到反馈可以让系统保证输出结果符合人们要求，就是从功能的角度引出“控制系统的反馈”。表1列出了六年级教学指南主要的关键词，有助于师生把握整个模块的总体内容。三、创新视角：学习活动设计创新是信息科技课程学习永恒的主题。课标出现“创新”一词就有78次，可见培养学生创新意识和创新行为的重要性。六年级教学指南在设计学习活动时，注重创设真实情境，引入多元化数字资源，提高学生的学习参与度，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性。六年级教学指南是以学习活动贯穿始终的，因此在设计学习活动时，编者尽可能多地给学生提供创新的机会，让他们的创新意识得到强化，创新行为得到落实。（一）通过多种类型的学习活动，激发学生创新的兴趣六年级教学指南的学习活动，除了自主阅读、分析、讨论、思考、实践等类型，还有很多在数字化环境中开展的实验、情景剧、角色扮演、辩论等类型。例如，第3课的“把车推到目的地”学习活动，既让学生在轻松有趣的氛围中体验了比较抽象的“过程与控制”，又在这个过程中设计推车路线，增强了学生的创新意识；第30课的辩论赛既让学生树立了正确的价值观，又提升了他们的自我表达能力和思辨能力，为创新奠定了坚实的基础（如图3）。（二）挖掘潜在的“设计”机会，让创新意识和创新行为落到实处如何让创新落到实处？如何让创新具有可行性？创建更多的“设计”活动，引导学生主动进行设计，通过设计表达自己的创意，就是落实创新的重要途径。我们知道，随着人工智能技术的发展，在未来社会，提出问题、设计方案是一种非常重要的能力。面对各种人工智能产品，如果你提不出问题和要求，不知道要让它帮助你做什么，终将被人工智能时代淘汰。因此，六年级教学指南里创设了不少“设计”类活动，让学生提出自己的要求，表达自己的创意。例如，第3课让学生在经历了推车子的控制过程后，设计一台符合自己要求的自动送货机器人；第11课鼓励学生想象和设计具备反馈功能的微波炉和洗衣机；第14课引导学生设计自己的智能家居，并设计出智能家居App的操作界面；第17课引导学生设计自己的智能种植园，虽然种植园无法真正运行，但要鼓励学生去构想、去规划，甚至画出草图。（三）坚持问题导向，增强创新的目的性和可行性要使创新得到更好的落实，就要坚持问题导向，这样才保证创新不会走过场，不会落空。例如，在第3课“把车推到目的地”的活动中，最开始设计这个活动时，编者认为要开放性强一些，对学生少一些干扰和约束，于是只要求学生把车推到目的地，体验这个过程中的控制。但是在试教过程中，编者发现这个活动实施起来略显仓促，学生推着车子从起点走到终点就结束了，问学生感受到什么，他们觉得只是很简单的一个过程，好像没有什么值得思考的。于是，编者细化了活动要求，设计了一些问题，让学生带着问题去体验推车子的过程……在设计自动送货机器人时，也建议教师关注问题导向，在设计具备反馈功能的微波炉和洗衣机时，也列出具体的问题，给学生更多方向上的指引（如图4）。紧扣学习目标的问题，会为学生的创新思维发展提供有用的脚手架，让创新更加可行。四、数字化学习环境视角：实验设计如今，数字化学习环境已成为一种基本的学习环境。六年级教学指南创建了丰富的基于数字化学习环境的“实验”类活动，旨在引导学生能自主利用各种数字化平台与工具探索新知识、掌握新技能，从而以比较新颖的视角去思考问题和分析问题，逐渐具备在数字化环境中生存的能力。通过表2汇总的基于数字化学习环境开展的实验，师生可以总体把握六年级教学指南实验的设计思路。六年级教学指南的“实验”属于学习活动的一种，但此类活动需要借助数字化平台或工具，如虚拟仿真工具、开源硬件、实体机器人等，因此与一般的学习活动有所区别。教学指南秉持“用简单操作和简明思路帮助学生理解和体验”的原则，因此实验小而精，易操作（如图5），让学生在数字化学习环境中体验控制的过程，理解控制背后的机制，发展计算思维，增强创新的主动性。为了保证数字化学习环境的多样性，第五、六、七单元实验环境的选择可以有所侧重。例如，第五单元建议以开源硬件为主，第六单元以虚拟仿真工具为主，第七单元以Python环境为主。另外，课标“过程与控制”模块第5条内容要求明确了“能在实验系统中通过编程等手段验证过程与控制系统的设计”，因此，六年级教学指南对编程验证也有所体现。但是，由于学生的编程基础参差不齐，教师教学时要根据实际情况灵活处理，采取相应策略，不要让程序编写或程序验证成为学习的障碍。对此，编者在设计虚拟仿真实验时，为师生顺利开展基于编程环境的实验提供了三个层次的支撑：参数设置面板、图形化程序和Python程序。1.部分虚拟仿真实验可查看图形化程序和Python程序