新课标视域下虚拟教具在小学信息科技“老教材新 用”中的策略研究

孔静洁

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中倡导真实性学习，但当前的“硬件资源不足”“硬件资源不匹配”等问题给真实性学习带来了一定的挑战。而虚拟教具通过对真实环境的模拟，能充分调动学生的空间智能，更直接地传递信息，提高学习效率。因此，本文以《智能家居生活》一课为例，阐述虚拟教具在“过程与控制”模块教学中的具体实施路径，以期为学生提供丰富的空间素材与形象的直观引导，促进真实性学习的发生。

关键词：真实性学习；虚拟教具；资源；环境；现实

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）12-0058-03

问题提出

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的颁布，新教材也相继出炉，2023年下半年小学信息科技三年级上册的新教材率先投入使用，其他年级的新教材将逐年投入使用。在新老教材更新的过渡期，老教材与新课标冲突，给一线教师带来了挑战，如何使“老教材新用”是当下待解决的难题。新课标倡导真实性学习，鼓励教师改进教学方式，注重创设真实情境，引入多元化数字资源，并鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，而当下信息科技的资源匮乏给真实性学习带来了一定的挑战。虚拟教具的引入可以很好地弥补以上不足，同时，彻底脱离真实空间的干预与影响，让学生的学习聚焦于核心问题的解决。因此，笔者尝试基于有限的硬件设施，借助图形化编程软件，搭建虚拟仿真系统，为学生提供丰富的空间素材与形象的直观引导，以促进真实性学习的发生。

理论支撑

捷克教育家夸美纽斯在《大教学论》一书中指出“应该尽可能地把事物本身或代替它的图像放在面前，让学生去看看、摸摸、听听、闻闻等”，并率先提出了直观性原则，即教学中引导学生直接感知事物、模型或通过教师形象语言描绘学习对象，使学生获得感性认识。建构主义将学习定义为：在一定的外界环境中，以可使用的资源为辅助，主动积极进行自身独特的意义建构，改变固有认知结构体系，结合新知识对知识结构进行重组，实现学习者认知结构的改变。

“虚拟教具”是有限条件下的直观教学的有效手段，是意义建构的有效辅助。通过对真实环境的各种模拟，即用图片素材、动画素材打造出的仿真环境，能充分调动学生的空间智能，更直接地传递信息，提高学习效率。

策略研究

虚拟教具的合理运用对学科教学有一定的增值作用，下面笔者以《智能家居生活》一课为例，阐述虚拟教具在“过程与控制”模块教学中的具体实施路径。

1.虚拟资源精挑选，提高真实值

新课标提倡以项目式学习的方式开展学习，因而在选择虚拟资源前先要确定项目，苏教版六年级教材中有很多项目案例，如“智能公交系统”“智能图书馆系统”“智能家居系统”等，笔者基于教材并遵循高熟识度和可扩展性两个原则遴选出合适的“大系统”，以开启对学科原理的理解与探索之路。

（1）高熟识度原则

教师要结合学生的兴趣点与认知范围，并结合教材中的内容创新虚拟教具，让学生更直观地了解虚拟教具的辅助教学作用。例如，笔者选择“智能家居”主题是因为学生对智能家居具有熟识度，并且学生对这样的生活产品非常感兴趣，因此，在《智能家居生活》一课中从学生描绘心目中的智能家居到生活中的智能家居的过渡中导入，让学生感受到智能家居与我们的生活息息相关。

（2）可扩展性原则

将智能家居作为“过程与控制”模块的案例大场景是因为“大系统”中的“小系统”非常多，如智能灯照、智能门禁、智能安防等，每一个子系统都以“智能控制”为内核，并且子系统中也有非常多的产品可以作为拓展案例，因此，在《智能家居生活》一课中，笔者以温控系统为研究性案例，设计了制作“智能感知的空调”的任务，化大为小，让“过程与控制”的体验与学习真正落到实处。

2.虚拟环境巧搭建，增加效能值

智能家居的场景可以是卧室、客厅、厨房，在本项目中笔者选择了卧室，并将空调等图片素材添加到合适的舞台位置。在场景基础素材完成后，需要进行“上层建筑”半成品程序的搭建。以往半成品程序搭建的是“初始化程序”，留白关键程序，只需关注单角色事件的顺序即可。但智能家居系统由多角色构建，使用简单线性思维无法实现，因此，要通过“面向对象”的方式把握角色间或者角色与场景间的复杂关系，帮助学生理解智能控制的内核。

（1）构建基础逻辑模型

新课标在“过程与控制”模块的定位和整体要求中指出：控制的一般过程由“输入—计算—输出”模型组成，虚拟教具搭建的关键即为构建“输入—计算—输出”模型。智能空调虚拟环境搭建应基于现实模型，因此学生需要了解空调系统的工作原理（空调系统的工作原理是通过温度传感器测量室内温度，通过控制模块将室内温度与预设温度进行比较，然后调节出风口的运转）。根据空调自动控制的原理，可以抽象出“输入”为“室内温度”，“计算”为“控制模块将室内温度与预设温度比较”，“输出”为“出风口的运转”。输入是影响输出的关键，因此支架的核心就是如何有效地模拟“室内温度”，室内温度是数据并且是不断变化的数据，所以可以用图形化工具中的变量模拟输入。此外，生活中“室内温度”的变化因子是季节的更替，因而笔者用窗外的风景点缀细节，帮助学生轻松匹配空调的状态。具体“输入模拟”虚拟环境的实现如上页表1所示，输出设备模拟如表2所示。

（2）发散拓展内核模型

虚拟教具的选择除了要遵循高熟识度以外，还要遵循可拓展性原则。例如，在《智能家居生活》一课中，“智能空调”的制作还可以引申出“智能灯”“智能窗帘”等拓展案例，智能灯、智能窗帘和智能空调共同的内核是智能控制。虚拟拓展支架的搭建由“输入—计算—输出”三部分组成。灯的影响因子有光线、时间等，窗帘的影响因子与其相似，因此可以生活中的定时控制为依据，引入“时间”这一变量，留白计算部分。预设输出状态的各种造型，如表3所示，通过这种方式留白拓展部分，让学生在虚拟教具中举一反三。

3.虚拟现实共融合，提升经验值

（1）基于现实依据，激活虚拟教具应用

在教学中，教师应尽量设计与学生实际生活相仿的活动，在虚拟教具搭建好后，还需要提供生活情境、问题情境来支持虚拟教具的应用。例如，笔者在《智能家居生活》一课中，设计了辅助支架的学习单，让学生通过“阅读程序”记录模拟温度变量的四季温度范围，通过查阅资料了解需开空调的气温临界值，并通过小组讨论得出计算部分的阈值。

（2）基于现实体验，促进虚拟教具内化

真实体验以其全方位感知与直接性触达的优势，让学生的认知实现从“抽象”到“具体”的辩证统一。在《智能家居生活》一课中，通过虚拟教具让学生对智能控制有了深刻的认识，但是一直沉浸在虚拟环境中，学生的认知是片面的。因此，笔者通过观看视频《家中的智能家居》以及学生体验“智能灯”的方式升华课堂，让学生在真实环境中应用智能家居，真正实现学以致用的教学目标。

结语

构建虚拟与现实融合的互动体验式学习场景，把世界“搬到”学生手中，可以让学生在观察、体验、探索中学习、创造，不但有助于培养学生创新精神和实践能力，还可以促进学生的深度学习。当然，虚拟教具只是教学过程中的辅助手段，为了避免其流于形式，还需要教师在保证学生主体地位的同时，深入挖掘虚拟教具的价值，培养学生举一反三、触类旁通的高阶思维能力。

参考文献：

蒲菊华，陈辉，熊璋.信息科技课程的时代性、科学性和育人价值[J].课程·教材·教法，2022（11）：134-139.