当“信息技术”遇见“科学”

张松

在全球新一轮科技教育革命中，多学科融合的教育理念、跨界跨学科的思维方式越来越受到教育者与受教育者的青睐。小学信息技术与科学这两门学科相互支撑、相互补充，共同发展，在相互碰撞中，培养学生各方面技能，强调学生科学思维习惯的养成。本文提到信息技术和科学课，很多读者也许会认为，这又是一篇阐述信息技术在科学课上巧妙运用的文章，恰恰不是，笔者所要讲的，是信息技术课程与科学课程之间的融通嬗变，对小学生的科学思维带来的影响。在小学阶段，信息技术和科学分别是两个不同的学科，它们分别有独立的课程目标，有特定的课程体系，有独特的课程价值。但它们又同属于学校科技教育的领域，尤其是当今“人工智能”的提出，机器人教育的普及，对科学学科以及信息技术学科的教育内涵，都提出了更高的要求，因此，笔者尝试将两门学科的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个层面深度融合，从而优化学生科学思维的意志品质。

知识与技能的融合，梳理思维的多元与逻辑

2017年10月，江苏省小学信息技术教师基本功大赛圆满落幕。从理论考试、上机实操到最后的课堂教学展示，提到最多的主题莫过于人工智能。国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中也提出，要在中小学阶段设置人工智能相关课程，推动人工智能领域一级学科建设。而人工智能的知识体系，恰是科学和信息技术的合二为一，缺一不可。

片段一：在科学课上，学生把《杠杆》作为本节课的主要知识点。教师通过各种实例让学生掌握了如何定位支点、动力点、阻力点，再引导学生对比动力臂与阻力臂之间的距离，从而得出什么样的杠杆是省力杠杆，什么样的杠杆是费力杠杆，什么样的杠杆是不省力不费力杠杆，课堂的着眼点在于真理的归纳和总结。

片段二：在信息技术课上，设计一个智能跷跷板，按钮的触动可以使跷跷板自动升降。机器人教学的着眼点放在编程上，教师教会学生如何用编程语言赋予机器人程序的思维，机器人就可以完成指定的任务。那么此时，学生所理解的机器人能够“听指挥”，完全是因为编程造成的，没有人会注意到组成机器人的结构件里蕴藏了很多机械原理，学生在编程之前，动手搭建的跷跷板正是一个典型的杠杆，可是杠杆原理又属于科学课的范畴。

诸如此类的课例屡见不鲜，如《手摇发电机器人》一课，学生通过机器人的模块搭建出一个手摇机器人小车模型（如图1）。

学生通过摇动手中的马达1，带动马达2进行驱动，形成小车前行和后退的过程。在信息技术的课堂上，学生体验了驱动器转动发电的现象，证实了数据线传递信息的过程，了解了机器人的传动知识。其实这正是一次能源的二次转化过程，马达通过学生手摇产生了动能，这一动能又通过物理效应转化为电能，最终电能使小车前行和后退。显而易见，“能量之间的转化”这一科学性知识点，又在信息技术的课堂上展现得通俗易懂，渗透得淋漓尽致。同时，如此生动的课堂，能够让学生从多元的视角思考问题，从不同的着眼点发现问题，从多元的知识结构上分析问题，从而解决问题。这不得不说，信息技术与科学学科的融合势在必行，知行合一。

过程与方法的融合，实现思维的理性与客观

众所周知，科学课讲究的是实验，通过实验证明假设，验证假设的过程；信息技术课注重的是操作性和实践性，通过探究活动获得技能的过程。两者之间存在着必然的共性——以学生为主体的实践活动。当前的信息技术课，教师过多地关注学生技能的训练，总以学生掌握技能、灵活使用为目标，忽视了他们思维习惯的养成性培养。相比之下，科学课已经形成的课堂教学模式“提出问题—猜想假设—动手实验—收集数据—对照指标—得出结论—归纳真理”更值得借鉴。尤其是在机器人教学的编程模块，更需要让学生在编程之前，学会构建程序流程图，若程序中出现判断语句，学生便要根据不同的判断进行合理的假设，并给出相应的处理方案。待程序书写并下载完毕后，再对机器人进行调试，这一周而复始的预判、检测、调试的过程也正是一个收集数据、对照指标的过程。

在这里，笔者想和大家分享信息技术《变速风扇》一课，学生在调试程序的过程中发现科学奥秘的有趣故事。笔者把学生分成了甲、乙两组，所给的实验材料为机器人搭建风扇模型（如图2）。

任务一：在程序编写上，甲、乙两组学生赋予电机运转的功率都为10。有一定编程基础的学生，能很顺利地完成此任务。

任务二：设置风扇的第二个档位。甲组学生修改程序，设置电机运转功率为50；乙组学生把电机连接的主动轮换成8齿小齿轮，再让小齿轮啮合扇叶连接的40齿大齿轮（如图3），让原主动轮变为从动轮，程序不做修改。猜测哪一组风扇转得更快呢？

绝大多数学生都会猜测修改功率的风扇转速快。其实不然，通过侦测数据，学生发现两组风扇的转速竟然还是一样的，只不过一个是改变程序，一个是改变结构，效果却神奇般的一样，并顺势发现了大齿轮带小齿轮是加速的原理。此时，笔者再次质疑：大齿轮和小齿轮之间的齿轮比与增速之间有什么关系呢？根据教师的引导，学生不难计算出40齿齿轮和8齿齿轮的齿轮比是5∶1，增加的电机功率值也刚好是5倍，它们是正比关系。

任务三：给风扇设置第三个档位，功率为200，但程序可设置的最大功率为100，那么该怎么做呢？此时，学生的思维被打开，他们从最初的定势思维，逐渐开拓形成发散思维，学会了用科学机械原理与编程相结合的办法来解决问题，用客观的依据和实践的检验来证明假设，用严密的逻辑计算和推理来归纳和演绎“齿轮组传动力”的科学真理，这也正是思维的理性与客观的统一。

情感态度与价值观的融合，培养思维的辩证与创新

课程标准明确指出，“情感态度与价值观既是学生学习的动力因素，影响着学生对学习的投入、过程与效果，又是教育的目标之一”。诸如科学与信息技术学科一类的综合实践活动学科，要由单一的知识与技能目标改为多元教学目标，注重培养学生的情感态度与价值观。尤其是科学课上最能体现思维的思辨性——学生可以根据自己的实验习得，与同伴之间进行平权的争议；可以通过丰富的直接经验和感性认识进行理性的怀疑，再通过自主活动、实践活动和亲身体会去推翻怀疑，争论假设或者验证判断。

再如，《机器人的芭蕾》一课的重点是两个马达之间的差速，会使“机器人小车”执行不同的运动轨迹。笔者在执教此课时，设计了这样一个实验量图（如图4）。

学生根据量图提供的马达功率进行一一实验测试，对测试结果进行判断和总结，并将结果填入报告单。随后，笔者组织小组讨论，学生将自己的测试结果拿出来分享和比对，得出如图5所示的结论。

在这一过程中，学生先从自我实践中提炼出所谓的实验“真理”，当与同伴交流碰撞中找到不同时，学生会对自己的预判提出质疑，并再次投入测试和实验中，从而进行“真理”的再次推敲和总结，周而复始，直至所谓“真理”扎实落地，任务得以完成，答案得以笃定，科学性的思维品质在一个小小的实验过程中得以完美遇见。

如今的信息技术课堂也正需要这种思辨的思维方式来激发学生敢于质疑真理的态度，用创新思维的方式来激励学生敢于挑战自我的意志品质。课程之间只有深度融合，才能给予学生充分发挥想象的素材、進行创新创造的空间、展开思维碰撞的路径，才能让教师的教育眼光更加深邃、教育思维更加睿智。

结语

小学信息技术课和科学课的融合就像使用粉笔、黑板、纸和笔一样自然、流畅，这里是一个“糅合”的概念，这就是“课程融合”的核心。随着教育改革与各学科之间的深度融通与嬗变，教与学的“双重”革命正在教室内外悄然发生。笔者认为，这场“静悄悄的学习革命”是支持每位学生的多元化、个性化需要的革命，也是促进教师的自主性和创造性的革命。