面向科学家精神培育的小学信息科技 AI 主题单元教学策略

在当今 AI 时代，社会对人才素养提出了新的要求。科学家精神所蕴含的批判质疑、实证求真、合作探究等核心价值，对于培养未来具有创新能力和科学素养的人才至关重要。小学信息科技学科作为 AI 启蒙和计算思维培养的重要阵地，其涵盖的数据、编码、算法等内容是 AI的基础，为科学家精神的培养提供了天然契机。那么，如何在小学信息科技 AI 主题单元教学中有效渗透科学家精神培育呢？本文将聚焦苏科版四年级上册第四单元“编码传递信息”，探讨具体的教学实践策略。

一、理论基础与核心概念界定

（一）科学家精神内涵

在小学阶段，科学家精神主要聚焦于批判质疑、实证求真、合作探究、坚持不懈、勇于创新等核心要素。这些要素是培养学生科学思维和创新能力的关键，同时也蕴含着一定的社会责任意识。

（二）AI 启蒙核心要素

与第四单元相关的 AI 基础概念包括数据是基础、编码是手段、算法是核心（规则、模式）以及信息传输的可靠性等。AI 不仅是一种工具，更是一种计算思维方式，它贯穿于数据感知、编码规则理解和信息传输模拟等活动中。

（三）融合点

在数据感知、编码规则理解、信息传输模拟等活动中，可以自然融入科学家精神的培养。例如，理解编码规则需要实证思维，设计可靠传输方案需要创新与合作，质疑数据的准确性需要批判精神。

二、聚焦单元选择与内容分析

第四单元“编码传递信息”包含《数字化传输》《从编码到解码》《可靠的信息传输》三课。该单元内容直接指向信息处理的核心流程，是理解现代通信（包括AI系统信息交互）的基础。其涉及规则制定、问题解决、系统优化，为培养批判质疑、实证求真、合作探究、勇于创新等科学家精神提供了绝佳载体。相比于同本教材的其他单元，其“工程实践”和“系统思维”色彩更浓，更贴近科学家解决问题的过程。

单元核心内容包括信息数字化传输的基本概念、编码与解码的意义及过程、信息传输中可能出现的错误及保证可靠性的简单方法（如校验）。

三、面向科学家精神培育的教学策略与实践探究

（一）核心策略

采用“基于真实问题的项目式探究学习”（PBL），设定核心驱动性问题“如何让我们的‘秘密消息’在充满‘干扰’（模拟噪声）的‘网络’（如教室局域网或模拟环境）中安全、准确地传递给同伴？”，将三课内容有机串联。

（二）具体策略与整合案例阐述

1. 创设“不完美”情境，激发批判质疑与问题意识

在引入传输概念后，教师可设计活动让学生体验“受损”传输。例如，让学生用简单的数字编码（如学号代表字母）发送短消息“HELLO”，教师在传递过程中故意引入“干扰”。学生收到错误信息后，引导他们观察现象、提出问题，质疑传输过程的可靠性，模拟科学家面对现象提出疑问的第一步。此策略要点在于不回避问题，利用“错误”作为学习起点，培养学生敏锐的观察力和敢于质疑的精神。

2. 引导“提出假设→设计实验”，强化实证求真与算法思维

针对传输错误问题，教师可引导学生分组讨论提出解决方案的“假设”，如重复发送、增加检查码、设计更复杂的编码等。然后设计实验进行验证。

实验 1（验证重复法）：小组尝试发送每条消息两次，教师引入不同频率的干扰，学生记录错误率，发现重复法能减少但不能完全避免错误，且效率低。

实验 2（设计简单校验码）：引入奇偶校验概念（简化版），学生在编码时计算并添加一位校验位，传输后接收方重新计算“1”的个数，判断是否与校验位一致，不一致则要求重发。 学生经历提出猜想、设计验证方案、收集“数据”、分析结果、得出结论的完整过程，强调方案设计的合理性（算法思维）和验证的客观性（实证）。失败是宝贵经验，培养学生坚持不懈和基于证据修正观点的求真精神。此策略要点是将“可靠传输”的知识点转化为需要学生主动探索和验证的问题解决方案，强调方案设计的逻辑性和验证过程的严谨性。

3. 开展协作式“工程”挑战，深化合作探究与创新优化

在初步理解校验原理后，教师可提出升级挑战：“设计一个更‘强大的编码传输方案，能在更强干扰下（如可能同时错两位），尽可能保证信息准确或能发现错误，并比较不同方案的效率（编码长度、传输时间）”。小组合作设计新方案，可以基于奇偶校验改进，如分行分列校验；或引入更简单的“校验和”概念。每组需要明确编码规则（创新点）、设计测试用例（模拟不同干扰）、进行模拟传输测试、分析方案的优缺点（容错能力 vs 效率），并向全班展示、解释并答辩。此策略强调团队协作、创新设计、系统优化，答辩环节模拟科学交流，培养学生清晰表达和接受同行评议的能力。通过开放性挑战任务，可以引导学生将知识应用提升到系统设计和优化层面，在协作与竞争中激发创新潜能和工程思维。

4. 贯穿“反思迭代”，培养元认知与持续改进意识

在每个关键活动后，教师可以设置结构化反思环节。提出问题如“我们最初的想法是什么？哪里行得通 / 行不通？”“验证结果和预期一致吗？为什么？”等。引导学生回顾探究过程，审视自己的思维方式和合作表现，总结经验教训，培养元认知能力和对持续改进的追求。此策略要点是将反思作为学习过程的重要组成部分，引导学生关注过程而不仅仅是结果。

四、结语

在小学信息科技 AI 教育启蒙阶段，通过精心设计的基于真实问题的探究性学习活动，将科学家精神的培育有机融入知识学习与技能实践是可行且必要的。本文以第四单元“编码传递信息”为例，通过“体验问题 $$ 提出假设 $$ 设计验证 $$ 协作创新 $$ 反思迭代”的实践路径，教师可以让学生在解决信息传输可靠性这一核心问题的过程中，潜移默化地体验和养成批判质疑、实证求真、合作探究、勇于创新、坚持不懈等宝贵的科学家品质。这种融合教学对于培养适应 AI 时代发展的未来人才具有重要意义。

参考文献

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