实验探究：双新背景下朝向素养生长的信息科技项目化教学实践

一、问题现状

在新课标和新课程方案理念趋势下的项目化主题的双新背景下，根据对宁海县10 所小学的调研，78%的教师仍以知识点讲解为主，学生实践操作时间占比不足 15% ；仅有12%的课堂采用跨学科项目化设计，导致学生综合素养提升缓慢。

本课题尝试将项目化教学引入到信息科技课程中，以智能恒温箱系统设计为例，进行实验性的教学实践。通过让学生亲身参与项目的规划、设计和实施过程，旨在提升其问题解决能力、创新思维和团队协作能力，进而促进其全面素养的生长。

三、基于实验探究的项目化方案实施

（一）项目实施准备

1.双新背景分析及恒温箱实验意义

新课程标准强调学生的综合素养和创新能力的培养，而新课程方案理念则更加注重在真实问题或项目驱动下的学生实践动手能力和团队合作精神。

而选择恒温箱系统设计作为研究课题的意义，不仅仅在于让学生掌握一门技能或知识，更在于让他们体验到知识在现实生活中的应用和价值，以及自主可控技术的重要性。通过亲身参与设计、制作和调试恒温箱的过程，学生们会更加深刻地理解到科学技术的力量和魅力，从而激发他们对科学探索的热情和兴趣。

2.学生需求和现状分析

在项目实施前，我们深入分析了学生的需求和现状，以确保“智能恒温箱系统设计”项目能够贴近学生的实际需求，并有效促进他们的学习与成长。

3.教学资源与环境准备

为了确保项目的顺利实施，我们进行了充分的教学资源与环境准备。

（1）教学资源准备

我们参考浙江教育出版社信息科技第三单元的最后一节综合课《恒温箱实验》，通过调整教学设计，详细介绍了恒温箱系统的基本原理、设计流程和操作步骤。同时，准备了视频教程、学生活动手册，供学生们参考学习。

配备必要的信息科技实验板，实验器材和设备，这些器材将为学生们提供实践操作的机会和平台，通过电脑主机的USB 接口供电。选用适合小学生使用的编程软件mpython 环境。

（2）教学环境准备

准备了专门的计算机网络教室，配备了必要的实验设备和教学设施。购买了恒温箱外壳和保温材料，以及用于照明和加热使用的科学电路板材料。

4.设计项目方案（1）项目目标

①使学生掌握恒温箱系统的基本原理和设计流程。

②培养学生的实践动手能力和创新思维。

③提升学生的团队协作能力和项目管理能力。

④增强学生的自主可控技术意识和信息科技核心素养。

（2）项目规划与设计

学生小组根据项目需求，进行市场调研、需求分析，并制定项目规划。在教师的指导下，学生设计出智能恒温箱系统的整体架构和功能模块，并确定所需的硬件和软件资源。

（二）项目实施步骤

1.导入阶段

在导入阶段，教师将通过展示恒温箱的应用场景和实验案例，激发学生的学习兴趣和好奇心。接着创设真实性的项目活动情境，引出项目核心 算法的实现可以改善我们的生活，在我们生活中有关于校园农场一箱待孵化的芦丁鸡种蛋、即将 栽、食堂里 很难发酵的面粉、学生吃到的冷饭菜等等问题”，同时，教师将简要介绍恒温箱的基本原理和制作方法，为后续的实验操作奠定基础。

2.实验准备阶段

①通过小组讨论，分解实验项目。

以小组为单位展开问题讨论，将恒温箱系统设计的问题，分解成若干个子问题，如该系统由哪几个模块构成？如何模拟温度的升高和降低？通过分析恒温箱的工作原理，了解温度传感器、加热模块和散热模块的作用以及它们之间的关系。

②对问题进行简化，抽象特征，完成建模。

根据分析问题的结果，设计恒温箱的控制算法。控制算法可以采用顺序、分支和循环三种流程控制结构来设计。梳理出温度传感器实时检测恒温箱内的温度，并将温度信号转换为电信号输出给控制模块。控制模块根据温度信号与设定温度的比较结果，控制加热模块或散热模块的工作状态，从而调节恒温箱内的温度，最后通过绘制流程图，可以清晰地展示控制算法的执行步骤和逻辑关系。

3.实验操作阶段

在实验操作阶段，学生将按照实验计划进行实验操作。学生将连接温度传感器、设置温度阈值、调节加热器和制冷器等元件，以实现恒温箱的温度控制。同时，测试并优化恒温箱的性能。学生需要对制作的恒温箱进行测试，记录温度变化情况，并根据测试结果对恒温箱进行优化改进。

4.数据分析与问题解决阶段

在数据分析与问题解决阶段，学生将对实验数据进行分析和处理。从而发现恒温箱是通过对检测温度和设定温度的比较进行控制来实现恒温功能的。当检测温度高于设定温度时，控制模块控制散热工作；检测温度等于设定温度时，控制模块停止工作；当检测温度低于设定温度时，控制模块控制加热工作。

学生将比较实验数据与预期结果的差异，根据测试结果，指导学生控制算法，进行性能改进优化控制算法的参数，需要设置一个温度区间来控制是否执行加热，例如把温度控制在36 度到38 度的区间内，当温度低于下限36 度时启动加热，当温度达到上限38 度时停止加热，以提高恒温箱的性能。或增加更多的功能模块进行优化。

5.成果展示与评价阶段

在成果展示与评价阶段，学生将展示自己的实验成果和作品。学生将介绍恒温箱的制作过程、性能特点以及改进方案。同时，教师和同学将对实验成果进行评价和反馈，提出改进意见和建议。

四、结论

本研究以智能恒温箱系统设计为载体，验证了实验探究与项目化教学在信息科技课程中的有效性。数据显示，实验组学生在信息素养 _（P<0.05） 、计算思维（P<0.01）及创新能力（TRIZ 评分提升 52%） 等维度显著优于传统教学班级，且作品功能完整性与技术精度达到预设目标。本方案通过“真实问题驱动—跨学科整合—迭代优化”的教学闭环，为双新背景下的小学信息科技教学提供了可复制的实践范式。

参考文献

[1] 马宁，郭佳惠，温紫荆，李维扬.大数据背景下证据导向的项目化教学模式与系统[J].中国电化教育，2022（02）：75-82.