杨伟 山东省滨州市第一中学

张献敏 山东省滨州莲华学园

2022年4月，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》颁布，其在“身边的算法”和“过程与控制”内容中的要求是：“学生能熟悉一些常用的算法描述风格与方式，理解算法执行的流程；能利用自然语言、流程图等方式，描述求解简单问题的算法，并对算法的正确性和执行效率进行讨论和辨析。”“学生能认识到过程与控制广泛存在于日常生活中，知道其中的反馈、环路、优化等概念，针对简单的过程与控制系统，能通过编程进行验证。”基于义教阶段的学生特点，“身边的算法”“过程与控制”模块的学习以基本概念和基本原理为主，学习目标主要定位在提升学生思维能力和知识迁移能力上。如何优化设计课堂学习活动，使教师教学和学生学习更加接近新课标的理念和要求呢？笔者尝试在项目化学习活动设计中，针对过程控制和算法逻辑采用双向学习的方式，增强两者之间的正向影响，提升学生数字化学习适应力、胜任力和创造力。

● 学习项目：探究充电系统的功能和设计

项目情境来源于生活中常见的小区智能充电系统。学生通过对充电系统的功能探究，将系统分解成若干功能模块，并探究各功能模块的算法逻辑和控制过程。在项目学习实施过程中，采用项目、活动、问题的三层组织构架，通过微观问题的解决、项目活动的实施、项目成果的达成，实现自下而上的学习探究目标。

● 学习活动1：充电系统的功能探究和分解

预设问题1：充电系统应该具备什么功能？问题解决思路：通过对充电过程、原理的探究，认识到充电系统应该具备电源的开关、电费金额的计算、系统温度控制等基本功能。

预设问题2：如何将充电系统划分成不同的模块？问题解决思路：根据功能对应模块的理念，将充电系统划分成“开关控制模块”“充电计费模块”和“温度预警控制模块”等，如图1所示。

图1 充电系统的功能分解

设计意图：对问题的分解是计算思维体系中重要的思维活动。本学习活动主要训练学生将大问题分解成子问题的能力，同时，让学生在完成问题分解的过程中思考子问题的逐步解决和大问题整体解决之间的关系。

● 学习活动2：开关控制过程的探究

预设问题1：如何将“电源开关”按钮和“电源状态”进行逻辑对应？问题解决思路：引入一个“电源状态”元素来表示充电系统是否进行工作，如下页图2所示。当“电源开关开启”按钮被按下时，“电源状态”为“开（1）”；当“电源开关关闭”按钮被按下时，“电源状态”为“关（0）”。

图2 电源开关和电源状态的逻辑控制环路

预设问题2：如何利用“预设充电时间”控制电源关闭？问题解决思路：用户自主设置“预设充电时间”，系统通过判断连续量“预设充电时间”是否到达“0”值来控制充电系统电源。

生成问题3：如何利用“电池电量”控制电源关闭？随着问题1和问题2的解决，学生在学习讨论中提出新的问题：用户未设置充电时长并且忘记按下停止充电的按钮，导致电池充满后电源持续供电。问题解决思路：针对生成性问题，教师提出活动修正建议，新增加“电池电量”控制元素，当“电池电量”值为“100”时控制充电系统关闭，如图3所示。

图3 利用三种方法控制充电停止的开环控制图示

设计意图：在该学习活动中，学生首先理解利用按钮点击产生开关状态量“1”和“0”的方式来模拟系统电源的开启和关闭，其次学习利用“预设时间”和“电池电量”两个连续量经由“阈值”（0和100）判断是否将电源关闭。在该活动中，学生不仅要清晰掌握电源开关的控制过程，还要针对“电源状态”“预设充电时间”“电池电量”三个元素之间的逻辑关系做充分的厘清。

● 学习活动3：温度预警控制过程的探究

预设问题1：在温度预警控制过程中如何实现反馈效果？问题解决思路：在充电系统中预先设置“警戒温度”。温度预警模块时刻检测“系统实时温度”。当“系统实时温度”到达“警戒温度”时，通过“温度阈值判断”将警戒消息反馈给系统，触发“系统风扇开关控制”启动风扇转动对系统进行降温；当风扇无法及时降低系统温度时，启动“电源开关控制”将充电系统电源关闭；等“系统实时温度”降低到“警戒温度以下”再通过“温度阈值判断”将解除警戒的消息反馈给系统，启动“电源开关控制”将充电系统电源重新开启。

预设问题2：温度预警控制过程如何实施？问题解决思路：根据问题1的学习结论，通过补充“温度预警控制环路图”的方式进行理解性学习，如图4所示。

图4 温度预警控制过程的闭环控制图示

设计意图：通过本活动的学习，学生了解了“过程与控制”的特征及实现方式，知道“反馈”“环路”等基本概念，由此可以举一反三地认识到过程与控制广泛地存在于现实生活中，进一步理解过程与控制系统自身的特点和规律。

● 学习活动4：充电计费算法实现的探究

预设问题1：如何计算电费数额？问题解决思路：根据“预设时间T”和系统预设的“时间单位电价X”进行计算，得出“充电电费S”，并引导学生通过自然语言的方式进行算法描述。

电费计算算法的自然语言描述：

第一步：输入充电时间T。

第二步：利用S=T*X计算出充电电费S。

第三步：输出充电电费S。

生成问题2：如何利用“阶梯电价”计算电费数额？问题解决思路：学生在思考过程中根据现实情况得出实施“阶梯电价”的系统改进思路。根据“阶梯电价”的规则，利用“选择控制结构”解决问题，并引导学生通过流程图的方式进行算法描述，如下页图5所示。

图5 阶梯电价计费算法的流程图

设计意图：在该活动设计中，着重加强对学生思维逻辑的训练。同时，根据充电时间的变化，引发单位电价的变化，增强了充电系统的经济性设计。

● 学习活动5：充电系统安全性和经济性探究

预设问题1：充电系统如何保证充电安全性和经济性？问题解决思路：根据活动2、活动3和活动4中的生成性问题进行总结，从以下两个方面阐述充电系统的安全性和经济性。

（1）充电安全性分析。“电源关闭按钮”“预设充电时间为零”“电池电量满”和“系统实时温度高”四个因素都可以控制电源的关闭，降低了系统的风险性。

（2）充电经济性分析。选择合适的充电时机，提高一次性充电时间，可以提高充电系统的利用率，提升电池使用寿命，降低充电费用，进而提升充电经济性。

设计意图：在该学习活动的设计中，着力训练学生利用信息工具高效解决问题并进行创新学习的能力。

苍山点题

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布，不仅从课程名称上确定了以“信息科技”代替原来的“信息技术”的课程改革的大方向，更是在内容上以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六大逻辑主线架构新的课程体系。这既是对科学技术教育的重要突破，也是对信息技术教育的重新定位。当然，具体到教学内容如何从知识学习转向素养教育提升，又不失去技术应用与创新能力培养，是一线教师最需要学习、实践与反思的。为此，本期解码抢先从一线挖掘最新研究成果，与大家一起观察、研讨与尝试。

第一篇文章，展现的是山东省潍坊市教科院与下属区教研室及相关学校教师在2022年4月份义教信息科技课标出台之后立即着手进行研究的成果之一。他们从最难的课程内容着手探索，一边学习，一边架构，一边实验，并在暑假期间进行了成果的系统展示与交流。本文是“过程与控制”的整体设计，即基于大单元架构组织内容体系，以微项目学习开展学习活动，并借助情境问题、仿真平台等多种形式来让课程趣味化、生活化、科学化、可操作化，充分体现信息科技研究、探索、研讨、实验等学科学习特点，值得大家学习与借鉴。

第二篇文章，展现的是结合“算法”与“过程控制”进行综合探究与创作学习，以“双向学习”方式巧妙地既进行了算法逻辑对过程与控制的设计探索，也体现出过程与控制系统创作中借用算法逻辑逐步优化设计的过程，真正体现出生活需求、学科价值和学习过程一致性发展，是一种集教师教学、学生学习、技术创作、思维优化等多方面于一体的整体化设计的范式，值得我借鉴与发扬。

义教信息科技标准已经出台，新的课程必将越来越丰富，让我们尽快看到更多来自一线的教学探索与教育智慧吧！