科学教育背景下小学信息科技实验教学实践策略探究
研究背景
2021年10月18日，习近平总书记在中共中央政治局第三十四次集体学习中强调：“要提高全民全社会数字素养和技能，夯实我国数字经济发展社会基础。”在这一背景下，从青少年阶段人手，培养其数字素养与技能成为关键所在，各级中小学成为主战场和前沿阵地。为实现这一目标，信息技术课程必须向未来公民传递数字素养，明确数字时代信息技术课程的新使命。2]《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）提出从“技术”到“科技”的跨越，传递了一种新的课程理念，即课程不应再局限于如编程训练、软件操作、设备应用等层面的技术操作，而应当融入科学原理的内容3，追求“科\与“技\并重的教学目标，让学生在运用信息科技工具解决实际问题的过程中，深刻理解信息科技的知识、原理和方法，促进学科思想的深化与融合。科学教育不仅关乎科学知识的获取与科学概念的形成，更注重培养学生领悟科学、运用科学的能力，其中包括理解科学事实、概念、原理、定律和理论，进行科学推理，以及运用科学解决个人和社会问题的能力。]因此，从科学教育的视角审视信息科技课程的实施与实践，无疑具有深远的意义。科学本质上是对周围世界的探索与发现[]，信息科技课程若要彰显其科学属性，科学实验便成为不可或缺的一环。通过科学实验，学生得以亲历探究过程，感受抽象科学原理的实际应用，从而在主动探究中构建起对抽象知识的认知框架，逐步领悟并理解科学原理和概念。综上所述，要实现学生对抽象科学原理和概念的真正理解与掌握，信息科技实验教学无疑是一条关键路径。
信息科技实验教学实践案例：识花知语——探索图像识别的原理
信息科技实验教学，旨在通过计算机、网络平台、系统软件和应用软件等信息科技工具，帮助学生学习信息科技的知识、原理与方法，进而发现或验证规律，解决问题，实现创意，并逐步提升其核心素养。实验教学可分为作品导向类和知识导向类两类，其中知识导向类又可细分为体验感悟类和科学探究类：体验感悟类实验侧重于帮助学生形成感性经验和知识，科学探究类实验重在帮助学生主动建构理性知识。因而，在信息科技课程中纳入科学探究类实验尤为重要。
在教学中，笔者基于新课标提出的六条逻辑主线之一的人工智能，以切实帮助学生真正建构起机器识别图像原理的认知图示为主要目标，按照实验问题发现、实验原理认知、实验活动探究、实验应用迁移四个模块，设计了《识花知语——探索图像识别的原理》这一探究类实验教学课例。
表1教学目标四维度分化表
1.教学内容
选定省内教材：川教版五年级下册第二单元第1节“初识人工智能”。
研读新课标：①人工智能内容包括应用系统体验、机器计算与人工智能的异同、伦理与安全挑战。②在单元学业要求上进行了认识层和理解层两个层面的分析。在认识层上，学生需认识身边人工智能应用的技术基本特征，初步了解人工智能常见的实现方式，如机器学习。在理解层上，学生需理解人工智能与现实社会的联系是普遍存在的，理解人工智能是存在安全问题的。
形成复合课程内容观：结合新课标中第四学段第三模块“人工智能与智慧社会”的内容要求、学业要求、教学提示三方面的理解形成复合课程内容观指导实验教学设计。
重构大单元框架：重构了人工智能课程学习单元，将主题确定为人工智能体验，其中分为四个小单元，分别为探索人工智能图像识别原理、探索人工智能语音识别原理、探索人工智能文字识别原理、探索生成式人工智能原理。
项目式学习方式：在新课程教学理念的影响下，采用项目式学习的方式，让学生在项目实践和问题解决过程中主动建构新知。
2.学情分析
①学科知识：学生对生活中的人工智能有一定的了解和体验，但其对背后的原理尚不清楚，未进行过相关的实验探究活动。②学科能力：学生有一定的解决简单问题并进行验证的能力。学习由被动到主动，学习出现分化现象，学生对学习探索的积极性较高。③学科动机：学生对教学内容的兴趣与对教师的认同有关，动机不稳定，需要教师在内容上进行引导和趣味化处理。
3.教学目标（如表1）
4.教学重难点
重点：在问题意识自主激发下，通过先验认知建立猜想，直观感受并认识理解机器图像识别的过程。
难点：在真实问题情境中，基于实验支架展开实践，具身体验并实践验证机器图像学习的原理。
5.教学活动具体设计
本案例重点探索科学原理与实践并重的探究性实验的实施步骤和有效策略，在实验探究基本精神和实验探究“三化”思想的指导下形成教学模式（如图1）。
（1）情境导入
通过魔术变花、茶花辨识、拍照识花三个环节引入，与学生共同打造真实的问题情境，并引出中心问题“拍照识花的秘密是什么”，引导学生自主思考，提出解决问题的具体方法，感知信息科技带来的便利。
（2）问题探究
以花为活动载体，聚焦“人类是如何识别图像的”这一问题，引导学生通过分解问