研究背景2021年10月18日，習近平總書記在中共中央政治局第三十四次集體學習中強調：“要提高全民全社會數字素養和技能，夯實我國數字經濟發展社會基礎。”在這一背景下，從青少年階段人手，培養其數字素養與技能成為關鍵所在，各級中小學成為主戰場和前沿陣地。為實現這一目標，信息技術課程必須向未來公民傳遞數字素養，明確數字時代信息技術課程的新使命。2]《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）提出從“技術”到“科技”的跨越，傳遞了一種新的課程理念，即課程不應再局限于如編程訓練、軟件操作、設備應用等層面的技術操作，而應當融入科學原理的內容3，追求“科\"與“技\"并重的教學目標，讓學生在運用信息科技工具解決實際問題的過程中，深刻理解信息科技的知識、原理和方法，促進學科思想的深化與融合。科學教育不僅關乎科學知識的獲取與科學概念的形成，更注重培養學生領悟科學、運用科學的能力，其中包括理解科學事實、概念、原理、定律和理論，進行科學推理，以及運用科學解決個人和社會問題的能力。]因此，從科學教育的視角審視信息科技課程的實施與實踐，無疑具有深遠的意義。科學本質上是對周圍世界的探索與發現[]，信息科技課程若要彰顯其科學屬性，科學實驗便成為不可或缺的一環。通過科學實驗，學生得以親歷探究過程，感受抽象科學原理的實際應用，從而在主動探究中構建起對抽象知識的認知框架，逐步領悟并理解科學原理和概念。綜上所述，要實現學生對抽象科學原理和概念的真正理解與掌握，信息科技實驗教學無疑是一條關鍵路徑。信息科技實驗教學實踐案例：識花知語——探索圖像識別的原理信息科技實驗教學，旨在通過計算機、網絡平臺、系統軟件和應用軟件等信息科技工具，幫助學生學習信息科技的知識、原理與方法，進而發現或驗證規律，解決問題，實現創意，并逐步提升其核心素養。實驗教學可分為作品導向類和知識導向類兩類，其中知識導向類又可細分為體驗感悟類和科學探究類：體驗感悟類實驗側重于幫助學生形成感性經驗和知識，科學探究類實驗重在幫助學生主動建構理性知識。因而，在信息科技課程中納入科學探究類實驗尤為重要。在教學中，筆者基于新課標提出的六條邏輯主線之一的人工智能，以切實幫助學生真正建構起機器識別圖像原理的認知圖示為主要目標，按照實驗問題發現、實驗原理認知、實驗活動探究、實驗應用遷移四個模塊，設計了《識花知語——探索圖像識別的原理》這一探究類實驗教學課例。表1教學目標四維度分化表1.教學內容選定省內教材：川教版五年級下冊第二單元第1節“初識人工智能”。研讀新課標：①人工智能內容包括應用系統體驗、機器計算與人工智能的異同、倫理與安全挑戰。②在單元學業要求上進行了認識層和理解層兩個層面的分析。在認識層上，學生需認識身邊人工智能應用的技術基本特征，初步了解人工智能常見的實現方式，如機器學習。在理解層上，學生需理解人工智能與現實社會的聯系是普遍存在的，理解人工智能是存在安全問題的。形成復合課程內容觀：結合新課標中第四學段第三模塊“人工智能與智慧社會”的內容要求、學業要求、教學提示三方面的理解形成復合課程內容觀指導實驗教學設計。重構大單元框架：重構了人工智能課程學習單元，將主題確定為人工智能體驗，其中分為四個小單元，分別為探索人工智能圖像識別原理、探索人工智能語音識別原理、探索人工智能文字識別原理、探索生成式人工智能原理。項目式學習方式：在新課程教學理念的影響下，采用項目式學習的方式，讓學生在項目實踐和問題解決過程中主動建構新知。2.學情分析①學科知識：學生對生活中的人工智能有一定的了解和體驗，但其對背后的原理尚不清楚，未進行過相關的實驗探究活動。②學科能力：學生有一定的解決簡單問題并進行驗證的能力。學習由被動到主動，學習出現分化現象，學生對學習探索的積極性較高。③學科動機：學生對教學內容的興趣與對教師的認同有關，動機不穩定，需要教師在內容上進行引導和趣味化處理。3.教學目標（如表1）4.教學重難點重點：在問題意識自主激發下，通過先驗認知建立猜想，直觀感受并認識理解機器圖像識別的過程。難點：在真實問題情境中，基于實驗支架展開實踐，具身體驗并實踐驗證機器圖像學習的原理。5.教學活動具體設計本案例重點探索科學原理與實踐并重的探究性實驗的實施步驟和有效策略，在實驗探究基本精神和實驗探究“三化”思想的指導下形成教學模式（如圖1）。（1）情境導入通過魔術變花、茶花辨識、拍照識花三個環節引入，與學生共同打造真實的問題情境，并引出中心問題“拍照識花的秘密是什么”，引導學生自主思考，提出解決問題的具體方法，感知信息科技帶來的便利。（2）問題探究以花為活動載體，聚焦“人類是如何識別圖像的”這一問題，引導學生通過分解問題進行逐步探究，從而梳理出人類識別圖像的三個階段，即觀察圖像特點、回憶相關信息、對比得到結果，借此幫助學生更好地理解機器是如何識別圖像的。（3）新知遷移對比人類識別圖像的過程，進行知識遷移，引導學生通過對比法，掌握機器識別圖像的過程，并結合生活案例—拍照識花應用來驗證猜想，再一次加深學生對機器圖像識別過程的理解（如圖2）。（4）合作實踐為幫助學生更好地完成實驗，教師首先對實驗步驟進行演示（如圖3），然后通過小組合作的方式開展機器學習識花實驗，以此激發學生的小組合作意識。在團隊進行實驗的過程中，學生通過實驗探索與應用具身體會新知，再一次加深對機器學習的理解。實驗課程創新點：探索科學原理與實踐應用并重的探究性實驗教學模式10ETPA實驗探究基本精神觀察認識體會分析理解比較討論情境問題究gt;》gt;先移》實作示流＼gt;聚售學結實驗問題發現實驗原理認知實驗活動探究實驗應用遷移01基于實情境02基于先驗認知03基實驗支架04基忠維論移1.1結合生活經驗發現潛在問題2.1喚醒相關經驗提供猜想依據3.1聞述實驗過程厘清實驗步驟4.1鏈接生活場景回歸教育本質1.2激發問題意識主動提出間題2.2聯結已學內容提出合理假設3.2借助實驗支架鍛煉實踐能力4.2驗證自身猜想主動建構新知3.3自主設計實驗培養創新精神3.4注重過程記錄提供論證依據實驗探究“三化”實驗探究過程項目化實驗探究效果可視化實驗探究設計一體化鼓勵學生交流分享，積極提交團隊作品進行測試，并匯報實驗數據和實驗成果，借此培養其科學實驗的精神，鍛煉其表達能力。圖1實驗教學模式□ed±2人與機器識別圖像對比遷移圖3實驗合作（5）展示交流教師引導學生關注身邊的圖像識別技術應用，在享受人工智能技術便利生活的同時，也認識到其可能帶來的安全和隱私問題。（7）聚焦生活學習總體效果，對學生問卷進行數據統計。②課程問卷分析結論（如圖5）。經驗總結（8）學習總結1.真實問題情境創設，啟發學生真正思考結合圖形化程序設計中的順序、判斷、循環三種基本算法及組合，導人已訓練好的模型，進行作品的完善和驗證。（6）作品完善教師引導學生回顧總結，理清思路。學生通過完成問卷自行判斷對本課知識的掌握水平，教師根據問卷結果掌握全班整體學習情況。本案例以學生視角為主體，以貼近學生真實生活的情境（野外游玩遇到花朵，充滿興趣，但不知道是什么花）激發學生對未知事物的好奇心，以此問題情境創設推動實驗教學思路創新。6.教學評價（1）學習過程評價設計任務驅動形式的課程導學單，進行表現性評價，如圖4所示。（2）實驗過程評價設計實驗過程評價表（如下頁表2），從參與實驗、記錄數據、分析數據、反思遷移四個維度進行學生自評、互評、師評。2.跨學科融合促進學生深度學習（3）課程總結評價圖4學習過程評價"①問卷數據呈現。為調查學生跨學科教學是促進學生深度學習的必然要求，有利于促進學生理解和問題意識的形成，其本身也是一種高階思維的表現。]本課以科學內容（這是什么花）為起點，以信息科技人工智能內容（機器是如何識別圖像的）為落腳點，貫穿書面表達、口頭語言組織能力的培養（語文），讓平面問題立體化，豐富問題求解思路，教會學生在面對科學問題（這是什么花）時，不僅可以從科學角度（研究花朵分類標準）去思考和解決，還可以借助現代化的信息科技工具幫忙解決，切實提高學生在真實生活中運用信息科技解決問題的意識與實際技能。不僅如此，本課作為信息科技課，不僅要教會學生如何使用信息科技工具，還在此基礎上更進一步地引導學生思考信息科技工具背后的原理（機器是如何識別圖像的），并在帶06實驗效果評價10ETPA《識花知語一探索機器圖像識別的原理》課程問卷分析結論通過學習，你了解了器01過以記，02在的，03器識花的實驗干凈、不同角度的照片根據數據表格顯示，參與調查的人中有根據數據表格顯示，參與在線訓練平臺的小根據數據表格顯示，所有參與者選擇了“對”的選項，97.67%表示了解機器進行圖像識別的原理，組中，所有人都愿意配合完成訓練機器識花占比為100%。可以得出結論：在機器識花實驗的過程僅有2.33%表示一般了解，沒有人表示不了中，學生意識到拍損時需要更多地選擇背景干凈、不的實驗，占比達到100%。解。可以看出大多數人對機器進行圖像識別同角度的照片是正績的法。的原理有一定了解。時，在們04你期待以后繼續上這樣的05安全隱患，你認同嗎？人工智能課程嗎？根據數據表格量示，針對人工智能圖象識別技術在根據數據表格顯示，參與調查的所有人都期生活中存在信息安全除患的問題，100%的人認同這待以后繼續上人工智能課程，占比達到一觀點。可以得出結論學生的確都認為人工智能圖。100%。可以得出結論，調查對象普遍期待像識別技術在生活中廣泛應用的同時，鎮實存在一定的信息安全穩患。以后繼續上人工智能課程。全8三學習過程評價實驗過程評價課程總結評價。領學生實驗探究、分析總結、得出答案的過程中，潛移默化地向學生傳輸人工智能既是實用工具也是人類智慧的結晶的觀念，它值得深入地思考、學習和探究。3.教學評價方式多元，真實反饋教學效果本案例關注學生的學習過程性評價、實驗過程與成果評價和學習總結性評價，并采用課程導學單、實驗過程和成果觀察表、問卷調查等方法進行了多維度的可量化評價。課程以多種方式，從多角度對學生進行全方位的分析和評價，力求評價結果真實、全面地反映學生的學習效果，不僅有利于教師真正掌握學生的學習情況，也有利于學生在學習過程中根據過程性評價結果及時判斷自己當前的學習梯度，從而及時調整學習狀態，找準突破方向。因此，本課教學效果良好，實驗教學達成了預設的教學目標。本課的亮點如下：①圍繞核心素養確立教學目標，有效落實了立德樹人的根本任務，培養了學生的數字素養與技能，發揮了課程育人功能。②以真實問題為驅動，注重創設真實問題情境，鼓勵學生“做中學”“用中學”“創中學”。③遵循實驗探究精神和學生學習規律，系統設計了“實驗問題發現一實驗原理認知一實驗活動探究一實驗應用評價”四個環環緊扣的學習活動。④推動了以學生為主體的學習方式創新，引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程和數字化工具應用過程。4.創新設計實驗探究過程項目化本課例不僅注重實驗探究的嚴謹性，還強調了學生自主探究和團隊合作的能力培養。通過項目設計，學生被賦予了更多的自主權和責任感，他們需要在教師的引導下，自己規劃實驗步驟、分配任務、收集數據、分析結果，并最終形成結論。此外，本課例還融入了跨學科的知識元素，使得實驗探究過程更加豐富多彩。學生不僅需要掌握信息科技領域的知識和技能，還需要運用數學、科學等其他學科的知識來解決問題。在項目式學習的設計中，提出了“機器是如何識別花的”這一核心探究問題，引導學生圍繞此問題展開深入的實驗探究學習。整個探究過程聚焦于以下四個關鍵問題：①人類是如何識別和理解圖像的？②機器是如何模仿人類的圖像識別能力進行工作的？③機器學習在圖像識別過程中的具體步驟和機制是怎樣的？④圖像識別技術的應用對我們的日常生活產生了哪些深遠的影響？這四個關鍵問題不僅構成了本次實驗探究的框架，也激發了學生的好奇心和探索欲。通過這樣一系列的問題導向和項目式的探究活動，學生不僅掌握了圖像識別的基本原理和機器學習的核心技術，還培養了探究精神、批判性思維和創新能力。他們學會了如何運用所學知識解決實際問題，如何在團隊中協作與交流，如何面對挑戰尋求解決方案。不僅如此，在每個實驗項目結束后會組織學生進行反思討論，分享實驗過程中的經驗和教訓。通過這樣的方式，學生能夠不斷總結經驗，優化實驗方案，提高自己的實驗能力和科研素養。表2實驗過程評價表5.創新設計實驗探究目標可視化本課例對實驗探究的目標進行了可視化設計，使得實驗目標的達成與否清晰、明確，便于教師了解學生的實驗操作效果，及時補充引導內容或優化實驗環節，提高實驗目標的達成率，具體體現在實驗模型數據可視化、實驗模型效果可視化、實驗反饋可視化三個方面。首先，在學生利用在線識別平臺拍攝不同花朵的大量照片后，平臺將生成識別這幾種花朵的實驗模型，當利用該模型識別未知花朵時，平臺將會以首分比的數據形式給出該實驗花朵與模型中不同花朵的相似比，相似比越高，則未知花朵越像模型中某已知花朵，繼而識別出未知花朵的種類。該環節的實驗探究目標為建立已有全部種類花朵的識別模型，在實驗模型建立后比對不同花朵相似度的數據清晰呈現，有無花朵種類的遺漏可以清楚閱覽，學生建立模型的實驗探究目標達成與否也就可以明確判斷。其次