首都师范大学金泽小学韩婧：助力拔尖创新人才早期培育

首都师范大学金泽小学教师 韩婧

【摘要】

在拔尖创新人才早期培养的教育目标引领下，小学信息科技课程亟需突破传统“理论讲授+简单操作”的教学范式，构建以实践为核心、多维度融合的教学体系。本文以六年级信息科技课程师生共研项目《设计智能书桌》中的《灯光控制系统》一课为研究载体，结合《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》中“系统与模块”的核心要求，系统阐释“生活情境锚定—自主流程建构—实践迭代优化—知识迁移延伸”四阶教学路径的设计与实施逻辑，重点分析如何将抽象的控制系统理论转化为学生可参与、可探究、可创造的实践任务。教学实践数据表明，该教学模式能有效帮助学生将学习到的“输入—计算—输出”的控制系统核心逻辑有关知识，巧妙的在实践过程中体验、内化，显著提升问题解决能力与系统思维素养，同时为小学信息科技课程落实实践育人理念、探索拔尖创新人才早期培养路径提供了可复制、可推广的实践范式。

【关键词】

实践育人；人工智能设计应用；小学信息科技；控制系统教学；拔尖创新人才培养 

一、研究背景与课程定位

（一）政策导向与课标要求

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确将“采用计算机科学领域的思想方法界定问题、分析问题、组织数据、制定问题解决方案”列为核心内容要求，特别强调“系统与模块”部分需引导学生“体验身边的过程与控制”“了解系统中蕴含的独立模块”，培养 “从整体到模块”的思维方式。这一要求不仅为小学信息科技课程划定了“理论联结实践”的教学方向，更将“问题拆解与方案设计”等创新能力要素纳入教学目标，为拔尖创新人才的早期素养培育提供了课标依据。

（二）学生认知特征与教学适配性

六年级学生正处于“具象思维为主、抽象思维萌芽”的认知过渡阶段，对“控制系统”这类抽象概念的理解易受限于静态理论讲解，需依托生活化场景与动手实践实现认知突破。从前期知识储备来看，“学生已掌握控制系统的开关状态分类、‘输入—计算—输出’三环节基础框架，以及连续量通过阈值判断转化为开关量的基本原理，并完成智能书桌项目的需求调研与初步功能设计。基于此，《设计智能书桌—灯光控制系统》作为该项目的延伸课程，既承担着深化已有理论知识的任务，更需实现从理论认知到实践应用的能力跃迁，为后续复杂系统设计奠定基础。”

二、《设计智能书桌 — 灯光控制系统》的教学实施逻辑

（一）情境锚定：以项目延续激活已有经验

以“智能书桌项目延续”为核心切入点，衔接学生此前在控制系统认知、项目调研及基础功能设计等方面的已有经验。通过引导学生回顾“控制系统解决生活需求”的项目意图，将本课探究重点聚焦于智能书桌大系统中的灯光控制子系统，让学生建立“大问题分解为小问题”的认知。这种基于项目延续的情境创设，打破了孤立的课时教学模式，让学习任务源于已有知识积累与实际需求，有效降低了实践门槛，激发了学生的探究热情。

（二）流程建构：以问题驱动梳理设计逻辑

以问题链为核心搭建思维支架，引导学生从发散思考到逻辑聚焦，逐步完成灯光控制系统的设计逻辑梳理，实现抽象理论与具体实践的衔接。

1.发散思考与逻辑梳理：立足“智能灯光控制的实现路径”核心研究方向，抛出开放性问题“要实现灯光智能控制，需要开展哪些关键工作？”。鼓励学生围绕“功能定义、硬件选择、条件设定、编程实现”等维度自由表达想法，教师通过板书提炼关键环节，形成初步思维框架。随后以“各环节的先后顺序如何排布”为引导，组织学生深入讨论，帮助其建立“先明确目标再落实手段”的逻辑认知，厘清设计环节的内在关联。

2.递进提问与细节完善：通过三层针对性问题深化思考维度，层层拆解“输入—计算—输出”的核心逻辑。首先聚焦功能定位，提问 “你设计的智能灯光系统需具备哪些核心功能？”；其次明确硬件支撑，追问“实现该功能需要哪些输入装置等硬件设备？”；最后落脚逻辑与输出，引导思考“功能触发需满足哪些计算条件？灯光最终将呈现怎样的输出状态？”。在学生汇报过程中同步开展评价指导，帮助其将抽象的系统逻辑与具体设计环节精准对应，完善细节设计。

3.小组共创与流程可视化：组织各小组基于前期讨论成果开展协作，按逻辑顺序梳理设计思路，自主绘制包含功能描述、硬件清单、条件阈值等关键信息的设计流程图（如标注“功能：声音控制亮灯”“硬件：麦克风+掌控板”“条件：声音值＞N”）。安排小组进行流程图展示，鼓励其他小组从逻辑完整性、可行性等角度提出补充建议。教师聚焦核心逻辑漏洞进行针对性点拨，如引导学生探讨 “先确定功能还是先选硬件更符合设计规律”，助力学生形成兼具个性化与科学性的完整设计方案。

（三）实践优化：以迭代模式深化理论应用

采用“首次实践+二次优化”的迭代式教学模式。首次实践中，明确小组分工，聚焦“灯能按条件亮/灭”的基础功能实现，让学生在硬件搭建与基础编程中，将“输入—计算—输出”的理论逻辑转化为实际操作能力。同时引导学生记录未解决的问题，如“灭灯反应慢”“误触发等，为后续优化铺垫。在成果汇报与互评后，发放“优化任务卡”，明确二次实践重点解决1-2个核心问题，如加双重条件防误触、调整阈值提升灵敏度等。这种“实践—发现问题—优化再实践” 的模式，让学生在反复调试中深化对控制系统逻辑的理解，培养迭代优化的创新思维。

（四）多元评价赋能，拓宽设计思路与视野

采用“小组汇报+学生互评+教师点拨”的多元评价方式。选取具有代表性的单条件方案、双条件方案及存在未解决问题的方案进行汇报，要求学生说明需求、演示功能、解读逻辑。组织学生对照评价标准互评，从功能合理性、逻辑完整性等维度提出优化建议，促进小组间思维碰撞。教师针对共性问题补充反馈，引导学生发现设计中的不足。多元评价不仅让学生清晰表达自己的设计思路与成果，锻炼逻辑表达能力，更让他们在借鉴他人优点、指出不足的过程中拓宽视野，避免单一化认知。

（五）跨场景延伸，迁移知识应用能力

课程结尾回顾“发现问题—设计方案—首次制作—反馈优化—二次制作”的完整流程，帮助学生串联成系统的“问题解决链条”。以温度控制系统、坐姿提示系统等其他智能子系统为例，引导学生将本课所学的设计思路迁移到其他生活场景，打破“仅局限于灯光控制” 的认知边界。布置课后自主设计任务，鼓励学生结合生活需求设计其他智能系统，为后续项目学习积累方案，实现“从课堂到生活”的延伸，培养知识迁移与自主创新能力。

三、教学实践对拔尖创新人才培养的促进作用

（一）系统思维：构建“整体—模块”的认知框架

通过智能书桌大系统与灯光控制子系统的关系梳理，以及“输入—计算—输出”三环节的反复实践，学生逐渐形成“从整体拆解模块，从模块整合系统”的思维方式。在流程图设计、方案优化等过程中，学会全面考量功能需求、硬件选择、逻辑条件等多方面因素，系统思维能力得到有效锻炼。

（二）问题解决能力：提升实践与调试素养

从发现生活中的灯光控制需求，到梳理设计流程、动手搭建调试，再到解决实践中的误触发、反应慢等问题，学生全程参与“界定问题—分析问题—解决问题”的完整过程。在反复实践与优化中，提升了动手操作、问题排查与灵活调整的综合素养，为创新实践奠定基础。

（三）创新意识：激发个性化设计与探索热情

课程给予学生充分的创意空间，允许他们根据自身发现的问题设计个性化功能。在互评与优化环节，不同思路的碰撞激发了学生的创新灵感，如添加手动备用开关、设计多条件组合控制等。课后自主设计其他智能系统的任务，进一步激发了学生的持续探索热情，培养了“基于需求创新”的意识。

（四）协作能力：强化团队分工与沟通素养

小组实践中，学生通过明确硬件搭建、程序编写、问题记录等分工，在协作中完成设计与优化任务。汇报互评环节，学生需要清晰表达自己的观点，同时倾听他人建议并合理采纳，有效锻炼了团队协作、沟通表达与批判性思维能力，这些都是拔尖创新人才不可或缺的素养。

四、人工智能实践活动在小学信息科技课程实施中的反思与展望

（一）反思：平衡自主探究与教师引导的关系

在实践育人导向的教学中，既要充分给予学生自主探究的空间，保护其思维主动性与创意灵感，又不能忽视教师的引导作用。当学生在流程图设计中出现逻辑混乱、实践中遇到技术瓶颈时，教师需及时通过精准提问、针对性点拨提供支持，避免学生陷入无效探索，确保自主探究与有效学习的平衡。

（二）展望：深化多元融合与个性化教学

未来教学中，可进一步融入人工智能技术，如利用AI工具模拟不同环境下的灯光控制效果，或基于学生的实践表现推送个性化的优化建议。同时，可加强信息科技与工程、数学等学科的跨学科融合，如在设计中融入设施搭建、阈值计算等知识，拓宽学生的学科视野。此外，可搭建更广阔的成果展示平台，鼓励学生将设计方案转化为实际作品，进一步激发创新实践的动力。

五、结论

《设计智能书桌—灯光控制系统》的教学实践表明，以项目为载体、以实践为核心、以迭代优化为路径的多元融合教学模式，能有效赋能小学信息科技教学，从系统思维、问题解决、创新意识、协作能力等多个维度促进学生素养提升，为拔尖创新人才培养奠定坚实基础。在人工智能时代，信息科技教育工作者应持续探索实践育人的有效路径，充分发挥课程的实践优势，让学生在“做中学、创中学”中提升科技素养与创新能力，助力拔尖创新人才培养目标的实现。 

编辑 | 周  静

校对 | 李梓萌