例谈四年级信息科技实验教学实施路径

引言

随着新课标的颁布，核心素养导向的教学改革对小学信息科技课程提出新要求。实验教学作为连接理论认知与实践创新的关键载体，在培养学生计算思维、数字化学习能力及技术伦理意识方面具有独特价值。四年级作为逻辑思维发展的关键期，其认知特点与实验教学的具身性、交互性高度契合，却面临课程体系断层、资源适配不足等现实挑战。本文基于新课标理念与学科特征，聚焦四年级学段，通过解构实验教学内涵、剖析现实困境，提出系统化实施路径，助力小学信息科技教育实现从“技术操作”向“思维赋能”的质性跃迁。

一、小学信息科技实验教学内涵

新课标根据学生认知的进一步优化，列出数据、算法、信息处理、信息安全和人工智能等六条逻辑主线。小学信息科技实验教学是落实核心素养培育的重要路径，其内涵体现为教育理念转型、学科特征表达与育人价值实现三重维度。基于新课标要求，实验教学以真实情境为载体，通过硬件操作、编程实践与跨学科整合，促进学生计算思维、数字化能力与技术伦理的协调发展。小学信息科技实验教学以新课标为指导，突破传统“技术操作”导向，转向“核心素养”培育。通过创设真实情境下的实验任务，引导学生在硬件搭建、程序调试、数据分析等实践中形成数字化思维。例如，通过“智能浇花系统”项目，学生需综合运用温湿度传感器知识、编程逻辑与环境科学认知，实现跨学科能力整合。

同时，区别于传统机房教学，小学信息科技实验教学凸显“做中学”特征，教师采用 Micro bit、Arduino 等开源硬件搭建可触可感的实验环境，使抽象的计算思维可视化。例如，在四年级“智能交通灯”实验中，学生通过编写延时函数控制 LED 灯时序变化，直观理解“条件判断 - 循环执行”的程序逻辑，将算法思维转化为物理世界的具体反馈。另外，小学信息科技实验教学需要构建“三维育人”体系，知识维度完成传感器原理、编程基础等课标要求；能力维度培养问题拆解、方案迭代等工程思维；素养维度塑造学生的技术伦理意识。如“校园噪音监测”项目中，学生在校准分贝传感器的同时，需讨论数据隐私保护策略，实现技术应用与社会责任的同步提升。

二、小学信息科技实验教学现状

1. 验证性实验占比过高，探究性实验严重不足

当前小学信息科技实验教学普遍以验证性实验为主导，大多数课堂实验内容为“照单操作”模式。此类实验通常提供标准化操作手册，要求学生按既定步骤完成硬件连接或程序编写，例如，“用 Micro:bit 显示爱心图案”等任务，仅关注技术复现而忽视思维发展。教材中的实验项目大多数属于传感器数据读取类验证实验，学生只需对照接线图连接元器件即可完成，缺乏真实问题情境的探究空间，新课标倡导的“科学探究与实践”核心素养在此类教学中难以落地。

2. 实验单设计停留表层，核心概念挖掘缺位

现有小学信息科技实验指导材料存在“重流程轻原理”的设计缺陷，不少实验单未设置核心概念解析环节。例如，在“智能风扇”实验中，实验单仅标注舵机与温湿度传感器的接线顺序，却未解释PWM 信号调节转速的物理原理；在“光线感应灯”项目中，学生机械完成光敏电阻数值读取，但未建立光照强度与电阻值的函数关系认知。教师没有将“过程与控制”“数据编码”等课标核心概念转化为可感知的实验认知支架，使学生陷入“知其然不知其所以然”的困境。

3. 实验后环节流于形式，理解深化机制缺失

当前，绝大多数小学信息科技课堂未建立系统的实验反思机制，实验成果停留于设备运行演示，缺乏多模态反思工具支持，评价过度聚焦代码正确性，忽视思维过程外化。例如，在完成“超声波测距”实验后，教师通常仅验证测距精度便转入新课，未引导学生构建“声波传播时间 - 距离换算”数学模型。在“智能停车场”项目总结时，小组汇报多展示车牌识别效果，却未分析图像处理算法的伦理风险，导致知识迁移率低，严重制约学生计算思维的形成。

三、小学四年级信息科技实验教学实施路径

1. 基于真实问题解决，培养学生计算思维能力

新课标强调核心素养导向，要求教学从“技术操作”转向“思维赋能”。信息科技实验教学作为连接理论与实践的纽带，在培养学生计算思维、解决真实问题中具有关键作用。然而，当前教学普遍存在验证性实验主导、概念挖掘浅层化、反思环节缺失等问题，导致学生难以形成系统性技术思维。所以，教师应该通过设计真实任务，引导学生在分层实验中分析容错等级、版本号等变量对算法效率的影响，并借助数字化工具验证与迁移成果，助力学生理解算法逻辑与场景适配的关系，更通过技术伦理思辨促进学科育人价值实现。

以电子工业版（2022）信息科技第四册第 2 单元 2.4 探究项目——“制作二十四节气二维码名片”为例。教师首先以学校“传统文化数字博览会”为背景，提出设计二十四节气智能二维码名片的真实需求，融合文化传承与技术应用，既呈现节气特征（如清明踏青习俗的图文介绍），又保障二维码的识别效率。随后，抛出核心问题：“如何让二维码在承载节气图文、音频等多元信息的同时，适应不同环境下的快速识别需求？”由此建立算法效率与真实场景的关联。在此过程中，学生需理解二维码生成涉及的容错算法、编码规则等技术原理，并意识到算法选择直接影响用户体验与文化传播效果，为后续探究奠定认知基础。接着，教师引入Python qrcode 库进行变量控制实验，设置版本号（1-10）、模块尺寸（4-10px）等参数组合，通过自动化脚本采集500 组数据，利用Matplotlib 绘制三维散点图，直观展现版本号与模块尺寸的交互效应——版本号每增 1 级。最后，基于实验数据构建决策树模型，开发智能参数推荐系统：输入使用场景（如户外张贴需高容错、室内手册可低容错），系统自动输出最优算法组合。学生通过 Blockly 可视化编程训练模型，理解算法参数与场景需求的映射逻辑，完成从数据观察到模型构建的思维跃迁。

2. 指向信息社会责任，遴选实验活动内容

小学信息科技实验教学需要教师始终以学习者为中心进行实验活动，课前了解学生的学习需求，关注个体差异发展，遴选适当的实验活动内容，强化学生信息社会责任，加强学生的信息安全意识教育，培养题目的信息社会责任感，强化题目的法律法规意识，最终体现信息科技课程的特点。

例如，教学电子工业版（2022）信息科技第四册跨学科主题学习——用编码描述秩序。本节课内容要求学生认识身边的编码，并且理解编码的内涵，主要保护自身的安全。通过课前的问卷调研，基于《数据安全法》、《个人信息保护法》等法规要求，我们可以尝试重构“用编码描述秩序”实验目标，将信息社会责任融入技术实践。以“校园秩序管理系统编码设计”为项目载体，要求学生在设计班级考勤编码方案时，同步完成数据隐私风险评估：学号加密处理需采用哈希算法而非明文存储，人脸识别数据采集须获得家长知情同意书。通过真实案例对比，如某小学因考勤系统漏洞导致 3000 条学生信息泄露事件，引导学生理解“编码不仅是技术行为，更是伦理实践”。我们可以开展“图书馆图书编码优化”实验活动，对比传统索书号与 RFID 电子标签的隐私保护差异。学生通过手持设备扫描测试发现：传统索书码暴露书籍借阅记录，而 RFID 系统采用动态加密技术，可有效防止借阅信息追踪，认知秩序与编码的关系。通过将信息社会责任具象化为可操作的实验任务，使学生在编码实践中形成“技术向善”的价值自觉，真正实现知识习得、能力发展与素养提升的融合。

3. 基于数字化平台，优化信息科技实验教学

新课标强调数字化学习与创新素养的培养，推动实验教学从“工具应用”转向“思维建构”。当前小学信息科技实验教学面临资源分散化、反馈滞后化等挑战，亟需依托数字化平台实现教学范式转型。教师可以通过虚拟研讨室汇聚学生真实需求，利用分层微课支持个性化学习，借助智能设备实时采集操作数据，实现精准教学干预，优化实验方案设计，提升信息科技实验教学质量，有效促进技术习得与信息社会责任意识协同发展。

以电子工业版（2022）信息科技第四册第 1 单元 1.4 探究项目——“我为班级图书来编码”为例。教师可以依托钉钉、腾讯课堂等平台搭建虚拟研讨室，通过思维导图工具开展图书编码需求分析。学生围绕“纸质标签易破损”“借阅记录难追溯”等真实问题展开讨论，平台实时统计高频关键词生成词云图（“防撕毁”“扫码快”“隐私保护”位列前三）。基于群体智慧形成的数据，明确技术指标：编码需兼容ISBN 信息、支持借阅者学号加密存储、适应手机多型号扫码。教师同步展示国家图书馆 RFID 编码标准文档，引导学生对比民用与专业编码系统的差异，将实验目标锚定在“低成本实现可扩展的班级图书管理系统”。当然，我们也可以利用腾讯会议开展“编码隐私边界”主题辩论，围绕“是否应在图书编码中存储借阅者班级信息”展开攻防，辩论记录经 AI 语义分析生成“逻辑严谨性”“伦理敏感度”评分。通过数字化平台的全流程渗透，信息科技实验教学真正成为培养数字公民的核心阵地。

4. 实施项目化教学，有效提升学生数字素养

实验教学是链接科学原理与应用实践的桥梁，依托在地化特色资源，合理开发信息科技实验案例并付诸于教学实践，能够有效提升学生的数字素养与技能。在当前强调核心素养的教育背景下，小学信息科技课程亟需从传统的技能传授转向对学生计算思维与解决问题能力的培养。项目化学习（PBL）作为一种以学生为中心的教学策略，通过驱动性问题和持续探究，为这一转变提供绝佳的实践路径。

例如，在开展四年级信息科技实验教学的时候，教师以“蓄水池水满了”自动报警器项目为载体，完整实施了基于项目化学习的教学路径。教师的教学过程始于创设真实情境并提出驱动性问题，通过展示水满溢出的现实危害，激发学生探究兴趣，并引导其将复杂问题分解为“感知、处理、报警”等子任务，完成项目方案的设计构想。在核心的探究实践阶段，教师角色转变为引导者与支持者，指导学生安全连接开源硬件、传感器与执行器，并侧重于通过关键性提问（如“程序如何初始化？”“怎样定义‘水满了’的条件？”）来启迪学生的编程思维，而非直接提供代码，让学生在实践中深刻理解循环、判断等计算思维概念，并历经测试、调试、迭代的完整工程过程。最后，在成果展示与反思环节，教师组织学生进行功能演示与交流，开展以功能实现、创新性与协作性为核心的多维度评价，并进一步引导学生思考知识的迁移应用（如花盆干湿报警器），从而将项目成果升华，最终达成培养学生利用信息技术解决真实问题综合素养的教学目标。整个实施路径充分体现了“教师主导、学生主体”的项目化学习特征，使学生在完成一个有意义的项目中实现了知识的建构与能力的提升。

结束语

综上所述，在新课标与数字化背景下，小学信息科技实验教学将迎来更多的挑战和机遇，探索小学信息科技课程的素养化转型路径迫在眉睫。作为小学四年级信息科技教师，应该尝试通过“真实问题解决 - 社会责任融入 - 数字平台赋能 -项目化教学”的路径，有效破解传统信息科技教学中知识碎片化、评价单向度等困境，为信息科技新课标落地及数字公民培养提供参考。

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