新課標視域下虛擬教具在小學信息科技“老教材新 用”中的策略研究

孔靜潔

摘要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中倡導真實性學習，但當前的“硬件資源不足”“硬件資源不匹配”等問題給真實性學習帶來了一定的挑戰(zhàn)。而虛擬教具通過對真實環(huán)境的模擬，能充分調動學生的空間智能，更直接地傳遞信息，提高學習效率。因此，本文以《智能家居生活》一課為例，闡述虛擬教具在“過程與控制”模塊教學中的具體實施路徑，以期為學生提供豐富的空間素材與形象的直觀引導，促進真實性學習的發(fā)生。

關鍵詞：真實性學習；虛擬教具；資源；環(huán)境；現(xiàn)實

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2024）12-0058-03

問題提出

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的頒布，新教材也相繼出爐，2023年下半年小學信息科技三年級上冊的新教材率先投入使用，其他年級的新教材將逐年投入使用。在新老教材更新的過渡期，老教材與新課標沖突，給一線教師帶來了挑戰(zhàn)，如何使“老教材新用”是當下待解決的難題。新課標倡導真實性學習，鼓勵教師改進教學方式，注重創(chuàng)設真實情境，引入多元化數(shù)字資源，并鼓勵“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，而當下信息科技的資源匱乏給真實性學習帶來了一定的挑戰(zhàn)。虛擬教具的引入可以很好地彌補以上不足，同時，徹底脫離真實空間的干預與影響，讓學生的學習聚焦于核心問題的解決。因此，筆者嘗試基于有限的硬件設施，借助圖形化編程軟件，搭建虛擬仿真系統(tǒng)，為學生提供豐富的空間素材與形象的直觀引導，以促進真實性學習的發(fā)生。

理論支撐

捷克教育家夸美紐斯在《大教學論》一書中指出“應該盡可能地把事物本身或代替它的圖像放在面前，讓學生去看看、摸摸、聽聽、聞聞等”，并率先提出了直觀性原則，即教學中引導學生直接感知事物、模型或通過教師形象語言描繪學習對象，使學生獲得感性認識。建構主義將學習定義為：在一定的外界環(huán)境中，以可使用的資源為輔助，主動積極進行自身獨特的意義建構，改變固有認知結構體系，結合新知識對知識結構進行重組，實現(xiàn)學習者認知結構的改變。

“虛擬教具”是有限條件下的直觀教學的有效手段，是意義建構的有效輔助。通過對真實環(huán)境的各種模擬，即用圖片素材、動畫素材打造出的仿真環(huán)境，能充分調動學生的空間智能，更直接地傳遞信息，提高學習效率。

策略研究

虛擬教具的合理運用對學科教學有一定的增值作用，下面筆者以《智能家居生活》一課為例，闡述虛擬教具在“過程與控制”模塊教學中的具體實施路徑。

1.虛擬資源精挑選，提高真實值

新課標提倡以項目式學習的方式開展學習，因而在選擇虛擬資源前先要確定項目，蘇教版六年級教材中有很多項目案例，如“智能公交系統(tǒng)”“智能圖書館系統(tǒng)”“智能家居系統(tǒng)”等，筆者基于教材并遵循高熟識度和可擴展性兩個原則遴選出合適的“大系統(tǒng)”，以開啟對學科原理的理解與探索之路。

（1）高熟識度原則

教師要結合學生的興趣點與認知范圍，并結合教材中的內容創(chuàng)新虛擬教具，讓學生更直觀地了解虛擬教具的輔助教學作用。例如，筆者選擇“智能家居”主題是因為學生對智能家居具有熟識度，并且學生對這樣的生活產(chǎn)品非常感興趣，因此，在《智能家居生活》一課中從學生描繪心目中的智能家居到生活中的智能家居的過渡中導入，讓學生感受到智能家居與我們的生活息息相關。

（2）可擴展性原則

將智能家居作為“過程與控制”模塊的案例大場景是因為“大系統(tǒng)”中的“小系統(tǒng)”非常多，如智能燈照、智能門禁、智能安防等，每一個子系統(tǒng)都以“智能控制”為內核，并且子系統(tǒng)中也有非常多的產(chǎn)品可以作為拓展案例，因此，在《智能家居生活》一課中，筆者以溫控系統(tǒng)為研究性案例，設計了制作“智能感知的空調”的任務，化大為小，讓“過程與控制”的體驗與學習真正落到實處。

2.虛擬環(huán)境巧搭建，增加效能值

智能家居的場景可以是臥室、客廳、廚房，在本項目中筆者選擇了臥室，并將空調等圖片素材添加到合適的舞臺位置。在場景基礎素材完成后，需要進行“上層建筑”半成品程序的搭建。以往半成品程序搭建的是“初始化程序”，留白關鍵程序，只需關注單角色事件的順序即可。但智能家居系統(tǒng)由多角色構建，使用簡單線性思維無法實現(xiàn)，因此，要通過“面向對象”的方式把握角色間或者角色與場景間的復雜關系，幫助學生理解智能控制的內核。

（1）構建基礎邏輯模型

新課標在“過程與控制”模塊的定位和整體要求中指出：控制的一般過程由“輸入—計算—輸出”模型組成，虛擬教具搭建的關鍵即為構建“輸入—計算—輸出”模型。智能空調虛擬環(huán)境搭建應基于現(xiàn)實模型，因此學生需要了解空調系統(tǒng)的工作原理（空調系統(tǒng)的工作原理是通過溫度傳感器測量室內溫度，通過控制模塊將室內溫度與預設溫度進行比較，然后調節(jié)出風口的運轉）。根據(jù)空調自動控制的原理，可以抽象出“輸入”為“室內溫度”，“計算”為“控制模塊將室內溫度與預設溫度比較”，“輸出”為“出風口的運轉”。輸入是影響輸出的關鍵，因此支架的核心就是如何有效地模擬“室內溫度”，室內溫度是數(shù)據(jù)并且是不斷變化的數(shù)據(jù)，所以可以用圖形化工具中的變量模擬輸入。此外，生活中“室內溫度”的變化因子是季節(jié)的更替，因而筆者用窗外的風景點綴細節(jié)，幫助學生輕松匹配空調的狀態(tài)。具體“輸入模擬”虛擬環(huán)境的實現(xiàn)如上頁表1所示，輸出設備模擬如表2所示。

（2）發(fā)散拓展內核模型

虛擬教具的選擇除了要遵循高熟識度以外，還要遵循可拓展性原則。例如，在《智能家居生活》一課中，“智能空調”的制作還可以引申出“智能燈”“智能窗簾”等拓展案例，智能燈、智能窗簾和智能空調共同的內核是智能控制。虛擬拓展支架的搭建由“輸入—計算—輸出”三部分組成。燈的影響因子有光線、時間等，窗簾的影響因子與其相似，因此可以生活中的定時控制為依據(jù)，引入“時間”這一變量，留白計算部分。預設輸出狀態(tài)的各種造型，如表3所示，通過這種方式留白拓展部分，讓學生在虛擬教具中舉一反三。

3.虛擬現(xiàn)實共融合，提升經(jīng)驗值

（1）基于現(xiàn)實依據(jù)，激活虛擬教具應用

在教學中，教師應盡量設計與學生實際生活相仿的活動，在虛擬教具搭建好后，還需要提供生活情境、問題情境來支持虛擬教具的應用。例如，筆者在《智能家居生活》一課中，設計了輔助支架的學習單，讓學生通過“閱讀程序”記錄模擬溫度變量的四季溫度范圍，通過查閱資料了解需開空調的氣溫臨界值，并通過小組討論得出計算部分的閾值。

（2）基于現(xiàn)實體驗，促進虛擬教具內化

真實體驗以其全方位感知與直接性觸達的優(yōu)勢，讓學生的認知實現(xiàn)從“抽象”到“具體”的辯證統(tǒng)一。在《智能家居生活》一課中，通過虛擬教具讓學生對智能控制有了深刻的認識，但是一直沉浸在虛擬環(huán)境中，學生的認知是片面的。因此，筆者通過觀看視頻《家中的智能家居》以及學生體驗“智能燈”的方式升華課堂，讓學生在真實環(huán)境中應用智能家居，真正實現(xiàn)學以致用的教學目標。

結語

構建虛擬與現(xiàn)實融合的互動體驗式學習場景，把世界“搬到”學生手中，可以讓學生在觀察、體驗、探索中學習、創(chuàng)造，不但有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力，還可以促進學生的深度學習。當然，虛擬教具只是教學過程中的輔助手段，為了避免其流于形式，還需要教師在保證學生主體地位的同時，深入挖掘虛擬教具的價值，培養(yǎng)學生舉一反三、觸類旁通的高階思維能力。

參考文獻：

蒲菊華，陳輝，熊璋.信息科技課程的時代性、科學性和育人價值[J].課程·教材·教法，2022（11）：134-139.