國家將義務教育階段的“信息技術”課程更名為“信息科技”，深刻反映了課程內容與教育理念的雙重演進。其轉型核心在于課程焦點已不再局限于技術技能的傳授，而是擴展至一個更加綜合的維度，強調“做中學”的實踐模式、對基礎概念與原理的深人探究以及對學科思維與方法論的掌握。在此背景下，強化基本概念與基本原理的學習顯得尤為重要?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）中多次提到“原理”及“原理教學”，尤其在教學建議中要求“要注重學習要求的全面性，體現(xiàn)科學原理與實踐應用的統(tǒng)一”“注重以科學原理指導實踐應用”，提出了“場景分析一原理認知一應用遷移”的教學策略。對教師而言，如何以更有效的方式針對科學原理展開教學，是一項重要的挑戰(zhàn)。許多教師限于簡潔的文字描述或圖示，未能將科學原理的“靜態(tài)”知識轉化為學生“做中學”和“學中悟”的“動態(tài)”自我構建過程。鑒于此，本文以《義務教育信息科技教學指南互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新七年級全一冊》（以下簡稱“七年級教學指南”）為例，提出針對信息科技課程內容的“科學原理直觀化”教學方法。該方法的基本思路是，以技術賦能學生做中學，憑借具體直觀現(xiàn)象或系統(tǒng)實例，通過“可看（觀察法）”“可比（類比法）”“可觸（操作法）”三類策略，以數(shù)字化教學創(chuàng)新的方式引導學生從感性體驗向理性認知逐級躍遷，旨在為教師提供一種新的視角和方法參考。一、“科學原理直觀化”的基本內涵課標關于“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”模塊的內容要求和學業(yè)要求雖僅160余字，卻涵蓋了數(shù)十項學科概念與基本原理。眾多概念性知識帶來了學習的困難。同時，課標在“互聯(lián)網(wǎng)應用與創(chuàng)新”模塊的教學提示中，特別提出了“直觀原理”的建議[1。進一步說，“直觀原理”是可以用“科學原理直觀化”來表達的一種教學方法，其基本內涵是在信息科技課程的科學原理教學中，選取可觀察、可比擬、可操作的具體現(xiàn)象或實例作為教學媒介，通過深入剖析，直觀揭示抽象概念與原理的本質。該方法旨在引導學生從直觀的感性認知逐漸提升至深人的理性認知，進而提高學習效率和理解能力。（一）“科學原理直觀化”的理論基礎“科學原理直觀化”可追溯至多種教育理論，其核心理念源自捷克教育家夸美紐斯（JohannAmosComenius）提出的直觀性原則。他認為，直觀性原則是教學過程中的一條金科玉律，它要求利用一切可以利用的直觀教具，如實物、模型、圖片等，豐富學生的感知材料，使知識具體化、形象化，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高學習的效率[2。這一原則與懷特海（AlfredNorthWhitehead）的教育觀點不謀而合。懷特海曾指出，教育的自的就是要讓學生的思維既能更為具體，又能更為抽象。只有當學生的思維能夠深入具體的事例并從中抽象出普遍的原則時，他們的自我發(fā)展才能真正被激發(fā)和引導。此外，認知結構主義理論提出的“學習是一個主動構建知識的過程，概念與原理的教學必須更加具體化，才能幫助學生達成更為抽象的學習目標”，本質與“科學原理直觀化”教學方法理念相一致。“科學原理直觀化”正是通過展示生動、具體的現(xiàn)象或實例，倡導“做中學、用中學、創(chuàng)中學”，讓學生在直接經(jīng)驗和直觀呈現(xiàn)的原理的基礎上進行理性思考，從而加深對原理的理解[3]，進而激發(fā)學生的學習興趣和好奇心，增強他們學習的內在動機。這種方法不僅符合學生從具體到抽象、從感性到理性的認知發(fā)展規(guī)律，還有助于學生將抽象的概念與具體的形象聯(lián)系起來，進而促進知識的同化與順應，加速認知結構的構建與完善。（二）“科學原理直觀化”的學習機制學習機制作為描述學習各要素間相互作用與影響的框架，涵蓋了學習者、學習內容、學習環(huán)境及學習方法等多個維度，凸顯了學習者作為主體的自我感知、建構與理解過程。因此，我們對“科學原理直觀化”的學習機制進行了剖析（如圖1），厘清各個學習要素間的關系，旨在深化我們對科學原理學習過程的理解。由圖1可知，教學要素間的互動形成了學習的動態(tài)機制，直觀感知經(jīng)由個體煉制，升華為概念或原理的理解。在直觀教學過程中，媒介扮演著不可或缺的角色。它是學生探索的起點，其設計需貼合學生的認知特點，激發(fā)學生的觀察興趣，確保信息的有效接收。教師引導學生通過觀察、想象、討論、實驗等多種形式與媒介互動，并通過適時提問、解釋，幫助學生建立知識與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，促進深度思考。媒介可以“用現(xiàn)成的”，也可以利用生成式人工智能等數(shù)字技術制作，還可以在開源軟件基礎上改編。比如，瀏覽器中的“開發(fā)者工具”就是“現(xiàn)成的”技術，學生借助此工具，就可以非常直觀地查探網(wǎng)頁內隱的數(shù)據(jù)類型及傳輸過程。圖1“科學原理直觀化”的學習機制同時，“科學原理直觀化”的學習機制也揭示了知識內化由感性到理性的過程。首先，學生通過直觀的媒介接觸，初步形成對知識的感性認識。其次，在教師引導下，學生將感性認識與已有知識結合，通過分析、比較、歸納等思維活動，逐步提升至理性認識層面。最后，經(jīng)過多次觀察、思考與討論，學生逐漸構建起個性化的知識體系，這一過程不僅可加深學生對知識的理解，也可培養(yǎng)其學科思維和創(chuàng)新能力。二、“科學原理直觀化”的實施策略與案例說明我們參考課標的內容要求和七年級教學指南的課例，總結出了“科學原理直觀化”的主要分類方法和內容，并針對部分案例提出教學建議。（一）“科學原理直觀化”的主要分類“科學原理直觀化”可以主要歸納為三種類別：可看（觀察法）、可比（類比法）、可觸（操作法）（如圖2）。這三種類別各有不同，各有側重。其中，“可看”強調視覺觀察，“可比”側重于思維和想象，“可觸”強調動手實踐。它們可以單獨使用，也可以相互結合，共同促進學生對知識的理解和掌握。需要注意的是，雖然在某些情況下“可觸”可能伴隨著“可看”，但兩者并非必然關聯(lián)；同樣，“可比”雖然常常借助具體的觀察或操作來輔助理解，但它本身并不局限式人工智能制作促進學生理解的學件。圖2“科學原理直觀化”的主要分類3.操作法—可觸于這些形式。1.觀察法—可看觀察法側重于通過視覺感官直接感知抽象概念與原理的具體表現(xiàn)。它要求找到與抽象概念相對應的、可見的實體媒介，使學生通過肉眼觀察到概念與原理對應的內容。這種方法的本質在于透過現(xiàn)象觀察本質，實現(xiàn)抽象概念的可視化。通過觀察，學生能夠捕捉到抽象概念或原理對應的具象特征，從而建立起對抽象內涵的直觀理解。模型、原理圖、數(shù)據(jù)可視化的圖表，乃至用生成式人工智能制作的H5網(wǎng)頁，這些靜態(tài)、動態(tài)與交互式的媒介，能讓學生自主觸摸到聯(lián)結抽象概念的直觀層面。學生在觀察、動手與交互中，能從界面、功能、運作狀態(tài)、輸出結果等多角度進行自主感知，進而引發(fā)“它是什么”“它能做什么”“它為什么…”的思考或聯(lián)想，從而為基本概念與關鍵原理的理解做思維鋪墊。2.類比法一可比類比法通過比較兩個或多個具有相似特征的事物或情境，幫助學生借助已有的生活經(jīng)驗或知識理解新的概念或原理。這種方法有兩種主要形式：一是找到與新概念或原理具有相似特征的可對比事物。這些事物通常是學生在生活中已經(jīng)熟悉的，通過它們可以搭建起通往新概念理解的橋梁。二是通過角色扮演或模擬游戲的方式，讓學生親自體驗概念或原理中的某些元素，從而更深入地感受問題解決的原始情境，加深對概念或原理的理解和記憶。類比法強調思維和想象的運用，是科學原理直觀化重要的組成部分。值得說明的是，類比法可以用言語類比，也可以用人或物的實體模擬類比，還可以用軟件交互來類比。比如，以“以快遞為類比，理解TCP/IP模型，要求生成交互式網(wǎng)頁，可拖動”為提示語，可以用生成操作法建立在觀察法的基礎上，強調學生與實體媒介的真實交互。通過多視角、多層次的接觸式交互與觀察，學生能夠獲得更為豐富和深入的感知體驗，進而有助于提煉出實體的特征，甚至構建出對應的抽象模型。在七年級的信息科技教學中，操作法極為常見。根據(jù)細微的特征差異，操作法被歸納為實驗驗證、仿真實驗、實踐操作和編寫程序等子類。這些子類雖然各有側重，但它們的界限并不絕對清晰，而是相互滲透、相互補充的。通過操作法，學生能夠更直接地體驗到概念或原理的實際應用，從而加深對它們的理解和掌握。（二）“科學原理直觀化”的案例說明上述歸納的三類方法在七年級教學指南中多有呈現(xiàn)，下面選取部分案例予以說明。1.觀察法之“模型”在第1課“互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展靠創(chuàng)新”中，七年級教學指南直觀地向學生展示了網(wǎng)絡連接的多樣化結構（如圖3）。該圖示不僅讓學生迅速領悟了網(wǎng)絡架構的復雜性，還引導他們自然而然地思考“網(wǎng)絡健壯性”的議題。通過分析這些結構，學生可以關注到網(wǎng)絡安全的連接架構層面，并探討更可靠的連接方式，從而加深對“互聯(lián)網(wǎng)可靠傳輸”的理解?！澳Ｐ汀边@一實體媒介，包含多種不同的理解，此處是指經(jīng)過簡化或抽象的圖示。圖3模型示例2.觀察法之“原理圖”第4課“數(shù)據(jù)分包靈活傳”通過圖4的原理圖，向學生直觀展示了數(shù)據(jù)分包傳輸?shù)娜^程。七年級教學指南將網(wǎng)絡比作高速公路，天型數(shù)據(jù)需拆分并由多輛編號標記的貨車運輸。這些貨車可選擇相同或不同的路徑，到達終點后，拆分的數(shù)據(jù)需按編號重新組合。此原理圖清晰展示了數(shù)據(jù)分包的必要性、問題解決思路和流程，以及在規(guī)則框架內可能出現(xiàn)的各種情況?！霸韴D”的直觀呈現(xiàn)，使得復雜的數(shù)據(jù)傳輸過程變得直觀易懂，有助于學生深入理解和掌握相關概念與原理。圖4原理圖示例3.類比法之“經(jīng)驗類比”學生是帶著經(jīng)驗來到課堂的，教師在教學中可以借助學生已有的“學科經(jīng)驗”和“生活經(jīng)驗”，找到學生經(jīng)驗與本課概念、原理之間的聯(lián)系之處，架構聯(lián)系的橋梁。我們把這種聯(lián)系稱之為“經(jīng)驗類比”。源于生活經(jīng)驗的類比例子，學生往往能憑直覺揭示答案，無須深思熟慮。在“網(wǎng)絡協(xié)議分層設”這一課中，學生面臨一項挑戰(zhàn)：深刻理解通信分層的基本原理，即“在構建互聯(lián)網(wǎng)架構時，將錯綜復雜的通信任務劃分至不同層級，每一層負責解決相對單一的子問題，通過層與層之間的有序疊加，最終實現(xiàn)復雜網(wǎng)絡通信問題的有效處理”。攻克這一難點的關鍵在于能否用直觀化的方法勾勒出“復雜問題分解策略”“各層獨立處理子任務”以及“逐層遞進解決宏觀問題”這三大核心特征。為此，七年級教學指南引入了一個貼近學生生活的分層實例快遞包裹的運送網(wǎng)絡，借助這一熟悉的生活情境，引導學生提煉出分層解決復雜問題的關鍵要素與核心理念，進而實現(xiàn)對抽象分層協(xié)議概念的深刻理解和突破。在七年級“數(shù)據(jù)傳輸有新意”課例中，學生對于在已知IP地址的情況下還需確定通信端口號感到困惑。為了幫助學生更好地理解，七年級教學指南巧妙地將計算機數(shù)據(jù)通信與學生去食堂窗口取餐的過程進行了類比。在教學中，借助這一生動的比喻，學生恍然大悟：“IP地址”就如同“食堂的位置”，而通信的“端口”則對應于食堂里的“取餐口”。這樣一來，學生便能清晰地認識到，在同一個IP地址下的計算機設備上可能有多個通信程序在運行，或者一個程序會同時開啟多個通信端口，正如食堂設有多個取餐口以滿足不同需求。4.類比法之“游戲角色扮演以第4課“數(shù)據(jù)分包靈活傳”為例，七年級教學指南設計了一項角色扮演的游戲活動，讓學生扮演通信介質的角色。在明確的游戲規(guī)則指引下，學生需完成數(shù)據(jù)傳遞的任務（如圖5）。這項活動的核心目的在于，通過游戲體驗，促使學生清晰闡述規(guī)則細節(jié)，并深刻理解這些規(guī)則是如何在應對通信挑戰(zhàn)的過程中逐步建立起來的。教師可以在活動中不斷引人意外情況，激發(fā)學生的思考，促使他們探索解決方案，并據(jù)此對規(guī)則進行調整和完善。通過這樣的過程，我們希望學生能夠認識到，規(guī)則實質上是通信底層操作的方法和步驟的體現(xiàn)，從而引導他們形成算法思維。值得注意的是，此處的角色扮演并非強調“角色意識”，而是更多地采用類比的方式，讓參與的學生親身體驗規(guī)則的形成與演變過程。5.操作法之“實驗驗證”做實驗強調“眼見為實”，讓學生觀察到網(wǎng)絡應用中數(shù)據(jù)傳輸與處理的過程或結果，從而驗證網(wǎng)絡的基本原理。實驗既可以看到指定輸入帶來的相應輸出，也可以打開網(wǎng)絡通信的黑盒，跟蹤數(shù)據(jù)的編碼、傳輸路徑等。利用軟件工具觀察過程或結果，學生可加深對原理的理解。例如，第9課“數(shù)據(jù)傳輸有新意”中觀察TCP協(xié)議“三次握手”過程的實驗可以使用軟件“網(wǎng)絡嗅探器”，使學生更直觀地理解TCP連接建立的過程。6.操作法之“仿真實驗利用簡化軟件模擬真實系統(tǒng)或過程的教學方法即為“仿真實驗”。例如，在第14課“互聯(lián)網(wǎng)搜索新發(fā)展”中，教師可以通過使用簡易搜索系統(tǒng)的仿真實驗，幫助學生理解搜索背后的基本原理。在第16課“探秘網(wǎng)頁與代碼”和第20課“組建網(wǎng)站跟我做”中，教師可以指導學生在局域網(wǎng)內構建簡易的Web服務器，并通過仿真實驗讓學生體驗瀏覽和發(fā)布網(wǎng)站的過程。仿真也可視為實驗驗證法的子集。7.操作法之“實踐操作”系統(tǒng)組裝或拆解是原理教學的直觀且有效的方法。在第10課“綜合所學建網(wǎng)絡”中，七年級教學指南設計了一個真實情境下的學習任務，即引導學生在局域網(wǎng)內自己搭建一個網(wǎng)絡直播系統(tǒng)，將運動會的情況實時傳遞到教室。在這一過程中，學生不僅能夠親身體驗系統(tǒng)組裝的全過程，還能夠通過實際操作深入理解技術及背后的原理。8.操作法之“編寫程序”這是體驗和理解協(xié)議或算法的直觀途徑，旨在通過引導學生編寫（或修改）簡單的程序或腳本，讓他們認識到程序代碼才是協(xié)議的真實面貌。在第17課“制作網(wǎng)頁展活動”中，利用HTML編輯器進行網(wǎng)頁設計也可以被理解為一種編程形式。這個過程涉及網(wǎng)頁的結構