2019教科版 高中信息技術(shù) 選擇性必修6 開源硬件項目設計《第3單元 科學探究型項目設計》大單元整體教學設計2020課標

教科版高中信息技術(shù)選擇性必修6開源硬件項目設計《第3單元科學探究型項目設計》大單元整體教學設計[2020課標]一、內(nèi)容分析與整合二、《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》分解三、學情分析四、大主題或大概念設計五、大單元目標敘寫六、大單元教學重點七、大單元教學難點八、大單元整體教學思路九、學業(yè)評價十、大單元實施思路及教學結(jié)構(gòu)圖十一、大情境、大任務創(chuàng)設十二、單元學歷案十三、學科實踐與跨學科學習設計十四、大單元作業(yè)設計十五、“教-學-評”一致性課時設計十六、大單元教學反思一、內(nèi)容分析與整合（一）教學內(nèi)容分析本單元的教學內(nèi)容是“科學探究型項目設計”，隸屬于高中信息技術(shù)選擇性必修6“開源硬件項目設計”模塊。該單元通過三個具體的探究項目——水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測和電壓檢測，旨在引導學生利用開源硬件進行科學探究，培養(yǎng)學生的科學探究能力和信息技術(shù)應用能力。這三個項目不僅涵蓋了物理、化學等科學知識，還涉及傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、程序設計等多個信息技術(shù)領域，是跨學科整合教學的典范。水溫監(jiān)測：通過防水溫度傳感器實時監(jiān)測水溫變化，探究不同材質(zhì)杯子的保溫效果。此項目讓學生理解傳感器的工作原理，掌握數(shù)據(jù)收集與分析的方法。單擺監(jiān)測：利用紅外數(shù)字避障傳感器監(jiān)測單擺的振動，探究單擺周期與擺長、振幅等因素的關(guān)系。此項目旨在提升學生的實驗設計能力，加深對物理原理的理解。電壓檢測：通過電壓檢測模塊探究不同水果的導電性，理解水果電池的基本原理。此項目融合了化學與物理知識，強調(diào)跨學科知識的綜合應用。（二）單元內(nèi)容分析本單元內(nèi)容圍繞科學探究型項目設計展開，具有以下特點：實踐性強：每個項目都要求學生動手搭建實驗裝置、編寫程序、收集和分析數(shù)據(jù)，強調(diào)實踐操作能力的培養(yǎng)?？鐚W科整合：項目涉及物理、化學等多個學科的知識，旨在通過信息技術(shù)手段解決科學問題，實現(xiàn)跨學科知識的綜合應用。注重過程與方法：不僅關(guān)注探究結(jié)果，更重視探究過程和方法的培養(yǎng)，包括實驗設計、數(shù)據(jù)收集與分析、結(jié)論推導等。培養(yǎng)信息技術(shù)素養(yǎng)：通過開源硬件的使用，讓學生掌握傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、程序設計等信息技術(shù)技能，提升信息技術(shù)素養(yǎng)。（三）單元內(nèi)容整合為了更好地實現(xiàn)教學目標，本單元內(nèi)容整合如下：主題整合：以“科學探究型項目設計”為主題，將水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測和電壓檢測三個項目整合為一個有機整體，每個項目都圍繞科學探究的一般過程展開。知識整合：將物理、化學等科學知識與傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、程序設計等信息技術(shù)知識相整合，形成跨學科的知識體系。技能整合：通過三個項目的實踐操作，整合實驗設計、數(shù)據(jù)收集與分析、程序設計等技能，提升學生的綜合實踐能力。方法整合：強調(diào)科學探究方法的培養(yǎng)，包括提出問題、形成假設、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等步驟，讓學生掌握科學探究的基本方法。二、《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》分解（一）信息意識對信息的敏感度：學生應能夠敏銳地感知到水溫、單擺振動周期、水果電壓等實驗數(shù)據(jù)的變化，理解這些數(shù)據(jù)所承載的信息。對信息價值的判斷力：學生應能夠判斷收集到的實驗數(shù)據(jù)對解決科學問題的重要性，理解數(shù)據(jù)在科學探究中的價值。信息來源的可靠性：學生應能夠識別實驗數(shù)據(jù)來源的可靠性，確保數(shù)據(jù)的準確性和有效性。信息分享與交流：學生應能夠在小組內(nèi)分享實驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，通過交流促進對科學問題的深入理解。（二）計算思維抽象與形式化：學生應能夠?qū)⒖茖W問題抽象為數(shù)學模型，利用計算思維進行形式化描述，如將單擺周期問題抽象為振動次數(shù)與時間的比值。算法設計：學生應能夠設計算法來收集和處理實驗數(shù)據(jù)，如編寫程序來獲取和顯示水溫、計算單擺周期等。自動化與系統(tǒng)化：學生應能夠通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理和分析的自動化，形成系統(tǒng)化的解決方案。問題解決與遷移：學生應能夠?qū)⒗糜嬎闼季S解決科學問題的過程遷移到其他相關(guān)問題的解決中，提升問題解決的遷移能力。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化學習環(huán)境：學生應能夠利用開源硬件和計算機程序等數(shù)字化工具創(chuàng)設學習環(huán)境，進行科學探究。數(shù)字化學習資源的獲取與管理：學生應能夠獲取和管理數(shù)字化學習資源，如傳感器技術(shù)文檔、數(shù)據(jù)處理軟件等，支持科學探究的進行。數(shù)字化工具的應用與創(chuàng)新：學生應能夠創(chuàng)造性地應用數(shù)字化工具解決科學問題，如利用Arduino控制板和傳感器設計實驗裝置。知識分享與協(xié)同創(chuàng)新：學生應能夠在數(shù)字化學習環(huán)境中分享知識、協(xié)同創(chuàng)新，共同推進科學探究的進行。（四）信息社會責任信息安全與隱私保護：學生應能夠在科學探究過程中保護個人信息和實驗數(shù)據(jù)的安全，遵守信息安全法律法規(guī)。信息倫理與道德：學生應能夠遵守信息倫理道德規(guī)范，在科學探究中尊重知識產(chǎn)權(quán)，不抄襲、不剽竊他人成果。信息技術(shù)應用的積極態(tài)度：學生應能夠保持對信息技術(shù)應用的積極態(tài)度，認識到信息技術(shù)在科學探究中的重要作用。環(huán)境意識與可持續(xù)發(fā)展：學生應能夠在科學探究過程中關(guān)注環(huán)境問題，促進信息技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。通過以上對《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的分解，我們可以更清晰地看到本單元教學內(nèi)容與課程標準的內(nèi)在聯(lián)系，從而更好地指導教學實踐，提升學生的信息技術(shù)素養(yǎng)和科學探究能力。三、學情分析（一）已知內(nèi)容分析在進入本單元《科學探究型項目設計》之前，學生已經(jīng)完成了對開源硬件的基礎知識學習，對Arduino等開源硬件平臺有了初步的了解，掌握了基本的編程技能，包括如何使用IDE編程環(huán)境進行程序編寫、上傳和調(diào)試。學生在之前的物理、化學課程中已經(jīng)學習了相關(guān)的科學概念，如溫度、單擺周期、電壓等，為后續(xù)利用開源硬件進行科學探究打下了基礎。在信息技術(shù)必修課程的學習中，學生已經(jīng)掌握了數(shù)據(jù)處理與分析的基本方法，能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)，并具備了一定的信息安全意識。通過“信息系統(tǒng)與社會”模塊的學習，學生了解了信息系統(tǒng)的基本組成與功能，為后續(xù)利用開源硬件搭建信息系統(tǒng)進行科學探究提供了理論基礎。（二）新知內(nèi)容分析本單元《科學探究型項目設計》主要圍繞三個探究項目展開：水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測和電壓檢測。每個項目都要求學生利用開源硬件（如防水溫度傳感器、紅外數(shù)字避障傳感器、電壓檢測模塊等）進行科學探究，通過設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的過程，鞏固科學知識，提升科學探究能力。具體來說，新知內(nèi)容包括：傳感器的使用方法：學生需要掌握防水溫度傳感器、紅外數(shù)字避障傳感器和電壓檢測模塊的使用方法，了解它們的工作原理和接線方式。實驗設計與數(shù)據(jù)收集：學生需要根據(jù)科學探究的一般過程，設計實驗方案，搭建實驗裝置，編寫程序收集實驗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析與結(jié)論得出：學生需要利用Excel等數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對收集到的數(shù)據(jù)進行分析，繪制圖表，比較不同條件下的實驗結(jié)果，得出結(jié)論?？鐚W科知識綜合應用：在電壓檢測項目中，學生需要結(jié)合化學知識理解水果電池的發(fā)電原理，體現(xiàn)多學科知識的綜合應用。（三）學生學習能力分析編程能力：通過之前的學習，學生已經(jīng)具備了一定的編程基礎，能夠使用ArduinoIDE進行簡單的程序編寫和調(diào)試。對于復雜的實驗設計和數(shù)據(jù)處理，學生可能還需要進一步提升編程能力?？茖W探究能力：學生在物理、化學等課程中已經(jīng)接觸過科學探究的基本方法，但利用開源硬件進行科學探究還是一個新的嘗試。學生需要在實踐中逐步掌握科學探究的一般過程和方法?？鐚W科知識整合能力：在電壓檢測項目中，學生需要結(jié)合化學知識理解實驗原理，這要求學生具備跨學科知識整合的能力。由于學科壁壘的存在，學生可能在這方面存在一定的困難。團隊協(xié)作能力：科學探究往往需要團隊合作，學生需要在小組中分工合作，共同完成實驗設計和數(shù)據(jù)收集任務。學生的團隊協(xié)作能力也是影響學習效果的重要因素。（四）學習障礙突破策略加強編程訓練：針對學生在編程能力上的不足，教師可以通過增加編程練習和案例分析的方式，幫助學生鞏固編程基礎，提升編程能力。教師可以提供編程模板和代碼庫，供學生參考和借鑒。引導科學探究：教師可以通過講解科學探究的一般過程和方法，引導學生逐步掌握科學探究的技能。在實驗設計階段，教師可以提供實驗設計方案模板和示例，幫助學生理清思路，明確實驗目的和步驟。在數(shù)據(jù)收集和分析階段，教師可以教授學生如何利用Excel等數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析和圖表繪制。促進跨學科知識整合：針對學生在跨學科知識整合上的困難，教師可以通過跨學科講座、案例分析等方式，幫助學生理解不同學科之間的聯(lián)系和區(qū)別。教師可以鼓勵學生在小組中分享各自學科的知識和經(jīng)驗，促進跨學科知識的交流和整合。培養(yǎng)團隊協(xié)作能力：教師可以通過小組合作學習的方式，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。在小組中，學生可以根據(jù)各自的興趣和特長進行分工合作，共同完成實驗任務。教師可以通過小組討論、匯報等方式，促進小組成員之間的交流和溝通，提升團隊協(xié)作能力。教師還可以采取以下措施來突破學生的學習障礙：提供豐富的學習資源：教師可以為學生提供豐富的學習資源，包括教材、參考書、網(wǎng)絡課程、視頻教程等，供學生自主學習和參考。開展實踐活動：教師可以通過組織實踐活動的方式，讓學生親身體驗科學探究的過程和方法，提升學習興趣和動力。加強反饋和評價：教師可以通過課堂觀察、作業(yè)檢查、小組討論等方式，及時了解學生的學習情況，并給予針對性的反饋和評價。教師可以鼓勵學生進行自我評價和互評，促進自我反思和提升。通過加強編程訓練、引導科學探究、促進跨學科知識整合和培養(yǎng)團隊協(xié)作能力等措施，教師可以有效地突破學生的學習障礙，提升學生的學習效果。教師還需要為學生提供豐富的學習資源和實踐活動機會，加強反饋和評價工作，以促進學生的全面發(fā)展。四、大主題或大概念設計本大單元的主題為“利用開源硬件進行科學探究”，圍繞這一主題，通過三個子課題“水溫監(jiān)測”、“單擺監(jiān)測”和“電壓檢測”的學習活動，旨在培養(yǎng)學生利用開源硬件進行科學探究的能力，并通過實踐活動增強他們的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力以及信息社會責任。五、大單元目標敘寫（一）信息意識增強信息敏感度：學生能夠敏銳地感知到利用開源硬件進行科學探究中的信息變化，包括傳感器數(shù)據(jù)的實時更新和實驗結(jié)果的即時反饋。提升信息價值判斷力：學生能夠判斷不同傳感器數(shù)據(jù)在科學探究中的重要性，并理解如何利用這些數(shù)據(jù)解決實際問題。促進信息共享：在小組合作中，學生能夠積極與團隊成員共享實驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，共同討論和優(yōu)化實驗方案。（二）計算思維形式化描述問題：學生能夠針對科學探究中的問題，用形式化的方法準確描述問題的特征和要求。抽象與建模：學生能夠基于實驗需求，對實際問題進行抽象處理，建立相應的結(jié)構(gòu)模型，如水溫監(jiān)測模型、單擺周期計算模型等。算法設計與實現(xiàn)：學生能夠設計合理的算法來收集、處理和分析傳感器數(shù)據(jù)，并利用編程語言實現(xiàn)這些算法。系統(tǒng)優(yōu)化：在科學探究過程中，學生能夠根據(jù)實驗結(jié)果反饋，對實驗裝置和算法進行迭代優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)處理的準確性和效率。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新適應數(shù)字化學習環(huán)境：學生能夠熟練掌握Arduino等開源硬件的開發(fā)環(huán)境，適應數(shù)字化學習工具的使用。資源利用與整合：學生能夠利用數(shù)字化資源和工具（如串口監(jiān)視器、Excel等）進行數(shù)據(jù)采集、處理和分析，創(chuàng)造性地解決科學探究中的問題。協(xié)同工作與創(chuàng)新：在小組合作中，學生能夠利用數(shù)字化平臺進行協(xié)同工作，共同設計并實現(xiàn)科學探究項目，展現(xiàn)創(chuàng)新能力和團隊合作精神。（四）信息社會責任信息安全與隱私保護：在科學探究過程中，學生能夠遵守信息安全和隱私保護的相關(guān)法律法規(guī)，不泄露實驗數(shù)據(jù)和個人隱私。倫理道德：學生能夠理解并遵守信息社會的倫理道德規(guī)范，尊重知識產(chǎn)權(quán)，不抄襲他人成果。積極學習與理性判斷：對于科學探究中出現(xiàn)的新觀念和新事物，學生能夠保持積極學習的態(tài)度，進行理性判斷和負責行動。六、大單元教學重點開源硬件的基礎操作與應用：學生需要熟練掌握Arduino等開源硬件的基礎操作，包括控制板的連接、驅(qū)動安裝、編程環(huán)境的使用等。傳感器的選擇與使用：根據(jù)科學探究的需求，學生需要能夠選擇合適的傳感器（如防水溫度傳感器、紅外數(shù)字避障傳感器、電壓檢測模塊等），并了解它們的工作原理和使用方法。實驗設計與數(shù)據(jù)分析：學生能夠基于科學探究的問題，設計合理的實驗方案，收集并分析傳感器數(shù)據(jù)，得出科學結(jié)論?？鐚W科知識的綜合應用：在科學探究過程中，學生需要將物理、化學等學科知識與信息技術(shù)知識相結(jié)合，實現(xiàn)跨學科知識的綜合應用。七、大單元教學難點實驗裝置的搭建與調(diào)試：學生在搭建實驗裝置時，可能會遇到硬件連接錯誤、程序編譯失敗等問題，需要具備較強的動手能力和問題解決能力。數(shù)據(jù)的準確收集與處理：在科學探究中，數(shù)據(jù)的準確性對實驗結(jié)論至關(guān)重要。學生需要確保傳感器數(shù)據(jù)的準確收集，并學會利用數(shù)據(jù)處理軟件（如Excel）進行數(shù)據(jù)分析，以得出科學結(jié)論?？鐚W科知識的整合與應用：將物理、化學等學科知識與信息技術(shù)知識相結(jié)合進行科學探究，對學生來說是一個挑戰(zhàn)。學生需要具備較強的跨學科知識整合能力和應用能力。實驗方案的優(yōu)化與創(chuàng)新：在科學探究過程中，學生需要根據(jù)實驗結(jié)果反饋不斷優(yōu)化實驗方案，這需要學生具備較強的創(chuàng)新思維和問題解決能力。學生還需要在小組合作中積極交流、討論，共同推動實驗方案的改進和創(chuàng)新。教學實施建議創(chuàng)設真實情境：教師應結(jié)合學生生活實際和科學探究的需求，創(chuàng)設真實的學習情境，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。項目驅(qū)動學習：通過項目驅(qū)動的方式，引導學生在完成具體科學探究項目的過程中，掌握開源硬件的基礎操作、傳感器的使用、實驗設計與數(shù)據(jù)分析等技能。小組合作與交流：鼓勵學生進行小組合作，共同設計實驗方案、搭建實驗裝置、收集和分析數(shù)據(jù)。在合作過程中，學生應積極交流、討論，共同解決問題。迭代優(yōu)化與反思總結(jié)：在實驗過程中，教師應引導學生根據(jù)實驗結(jié)果反饋不斷迭代優(yōu)化實驗方案，提高數(shù)據(jù)處理的準確性和效率。在實驗結(jié)束后，學生應進行反思總結(jié)，提煉實驗過程中的經(jīng)驗和教訓。通過以上教學設計，旨在培養(yǎng)學生利用開源硬件進行科學探究的能力，提升他們的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力以及信息社會責任，為他們未來的學習和發(fā)展奠定堅實的基礎。八、大單元整體教學思路教學目標設定本單元的教學目標圍繞《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出的學科核心素養(yǎng)，旨在通過開源硬件項目設計的教學，全面培養(yǎng)學生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力，以及信息社會責任。具體目標設定如下：（一）信息意識對信息的敏感度：學生能夠敏銳地感知到生活中存在的科學問題，并意識到通過信息技術(shù)手段（如開源硬件）可以獲取并分析相關(guān)數(shù)據(jù)以解決問題。對信息價值的判斷力：學生能夠判斷哪些信息對于解決特定科學問題是有價值的，以及如何有效地利用這些信息來形成科學假設和設計方案。信息安全意識：在使用開源硬件進行數(shù)據(jù)收集和分析的過程中，學生能夠意識到信息安全的重要性，并采取措施保護數(shù)據(jù)的完整性和隱私性。（二）計算思維形式化描述問題：學生能夠運用計算機科學領域的思想方法，將科學探究問題抽象為可以形式化描述的問題，明確需要解決的關(guān)鍵問題。設計解決方案：針對提出的科學問題，學生能夠設計合理的解決方案，包括硬件搭建、軟件編程和數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)，并能夠評估不同方案的優(yōu)劣。實現(xiàn)與優(yōu)化方案：學生能夠運用編程語言或其他數(shù)字化工具實現(xiàn)解決方案，并在實踐中不斷優(yōu)化和完善方案，提高問題解決的效率和準確性。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新適應數(shù)字化學習環(huán)境：學生能夠適應基于開源硬件的數(shù)字化學習環(huán)境，掌握相關(guān)硬件和軟件工具的使用方法。創(chuàng)造性解決問題：在科學探究過程中，學生能夠利用數(shù)字化資源和工具創(chuàng)造性地解決問題，形成具有創(chuàng)新性的設計方案和實驗裝置。知識分享與協(xié)作學習：學生能夠通過網(wǎng)絡平臺或其他方式分享自己的學習成果和經(jīng)驗，與同伴進行協(xié)作學習，共同提高數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。（四）信息社會責任遵守法律法規(guī)與倫理道德：在使用開源硬件進行科學探究的過程中，學生能夠自覺遵守相關(guān)法律法規(guī)和倫理道德規(guī)范，尊重知識產(chǎn)權(quán)和個人隱私。關(guān)注信息技術(shù)對社會的影響：學生能夠認識到信息技術(shù)在科學探究中的重要作用，并關(guān)注信息技術(shù)對社會發(fā)展和環(huán)境可能帶來的影響。積極傳播正能量：在分享學習成果和經(jīng)驗的過程中，學生能夠積極傳播正能量，引導他人正確使用信息技術(shù)進行科學探究和學習。教學重點與難點教學重點開源硬件的使用方法：讓學生掌握開源硬件（如Arduino控制板、各種傳感器等）的基本使用方法，包括硬件連接、軟件編程和調(diào)試等?？茖W探究的一般過程：讓學生理解科學探究的一般過程，包括提出問題、形成假設、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和得出結(jié)論等環(huán)節(jié)。數(shù)字化工具的應用：讓學生學會利用數(shù)字化工具（如編程軟件、數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件等）進行數(shù)據(jù)處理和分析，提高問題解決的效率和準確性。教學難點跨學科知識的綜合運用：科學探究往往涉及多個學科的知識，如何引導學生綜合運用所學知識進行問題分析和解決是教學的難點之一。實驗裝置的設計與搭建：根據(jù)實驗需求設計和搭建合理的實驗裝置，需要學生具備較強的創(chuàng)新思維和實踐能力，這也是教學的難點之一。數(shù)據(jù)分析與結(jié)果解讀：收集到的數(shù)據(jù)往往需要進行深入的分析和解讀才能得出有意義的結(jié)論，如何引導學生正確地進行數(shù)據(jù)分析并解讀結(jié)果是教學的另一個難點。教學策略與方法教學策略項目式學習：以科學探究項目為主線，通過項目設計、實施和評價等環(huán)節(jié)，讓學生在實踐中掌握開源硬件的使用方法和科學探究的一般過程?？鐚W科整合：結(jié)合物理、化學等學科的知識，引導學生綜合運用所學知識進行問題分析和解決，培養(yǎng)學生的跨學科整合能力。合作學習：鼓勵學生進行小組合作學習，通過分工協(xié)作、資源共享和成果展示等方式，提高學生的團隊協(xié)作能力和數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。教學方法情境教學法：通過創(chuàng)設具體的科學探究情境，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，引導學生主動發(fā)現(xiàn)問題并尋求解決方案。案例教學法：通過分析典型的科學探究案例，讓學生了解科學探究的一般過程和方法，并借鑒他人的成功經(jīng)驗進行實踐探索。任務驅(qū)動法：給學生設定具體的任務目標，讓學生在完成任務的過程中掌握相關(guān)知識和技能，提高問題解決的實踐能力。教學實施步驟（一）單元導入（1課時）情境導入：通過展示一些利用開源硬件進行科學探究的實例或視頻，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。目標闡述：明確本單元的教學目標和學習內(nèi)容，讓學生了解本單元將要學習的知識和技能。任務布置：給學生布置本單元的學習任務，包括三個科學探究項目（水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測、電壓檢測）的設計與實施。（二）項目設計與實施（10課時）3.1水溫監(jiān)測（3課時）形成實驗假設與設計實驗（1課時）活動1：不同杯子的保溫效果調(diào)研及實驗假設活動2：不同杯子的保溫效果探究實驗設計進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)（1課時）活動1：探究不同杯子的保溫效果的硬件搭建活動2：探究不同杯子的保溫效果的程序編寫活動3：探究不同杯子的保溫效果的數(shù)據(jù)收集分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論（1課時）活動：不同杯子保溫效果的數(shù)據(jù)分析與結(jié)論3.2單擺監(jiān)測（3課時）形成實驗假設與設計實驗（1課時）活動1：單擺周期實驗的假設活動2：探究單擺周期的實驗設計進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)（1課時）活動1：探究單擺周期的硬件搭建活動2：探究單擺周期的程序編寫活動3：探究單擺周期的數(shù)據(jù)收集分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論（1課時）活動：探究單擺周期的數(shù)據(jù)分析與結(jié)論3.3電壓檢測（3課時）形成實驗假設與設計實驗（1課時）活動1：水果導電性影響因素調(diào)研活動2：探究不同水果導電性實驗設計進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)（1課時）活動1：水果電池電壓檢測的硬件搭建活動2：水果電池電路設計活動3：編寫程序獲取電壓值活動4：收集數(shù)據(jù)分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論（1課時）活動：分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論（三）作品發(fā)布與評價（2課時）作品發(fā)布：各小組展示自己的科學探究作品，包括實驗裝置、程序代碼、數(shù)據(jù)分析報告等。作品評價：采用自評、互評和教師評價相結(jié)合的方式，對各小組的作品進行評價，評價內(nèi)容包括實驗裝置的合理性、程序的正確性、數(shù)據(jù)分析的準確性等方面。（四）單元總結(jié)與拓展（1課時）單元總結(jié)：回顧本單元的學習內(nèi)容和學習過程，總結(jié)科學探究的一般過程和方法，以及開源硬件在項目設計中的應用。拓展練習：鼓勵學生結(jié)合所學知識，選擇一個感興趣的科學問題進行自主探究，設計并實施一個科學探究項目，體驗科學探究的樂趣和成就感。學業(yè)評價評價原則過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合：注重對學生學習過程的評價，包括課堂參與度、小組合作情況、實驗裝置設計與搭建、程序編寫與調(diào)試等方面；也要對學生的最終作品進行總結(jié)性評價。多元化評價：采用自評、互評和教師評價相結(jié)合的方式，從不同角度全面評價學生的學習成果和表現(xiàn)。注重能力培養(yǎng)：在評價過程中，注重對學生信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任等學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)情況進行評價。評價內(nèi)容與方法實驗設計與實施能力：通過觀察學生在實驗設計、硬件搭建、程序編寫和數(shù)據(jù)分析等方面的表現(xiàn)，評價其實驗設計與實施能力。數(shù)據(jù)分析與處理能力：通過分析學生的數(shù)據(jù)分析報告和實驗結(jié)果，評價其數(shù)據(jù)分析與處理能力。團隊合作與溝通能力：通過觀察學生在小組合作學習中的表現(xiàn)，評價其團隊合作與溝通能力。創(chuàng)新能力：通過評價學生的實驗裝置設計、程序編寫和數(shù)據(jù)分析等方面的創(chuàng)新性，評價其創(chuàng)新能力。信息意識與社會責任：通過觀察學生在信息獲取、使用和保護等方面的表現(xiàn)，以及其對相關(guān)法律法規(guī)和倫理道德的遵守情況，評價其信息意識和社會責任。通過以上教學思路的實施，旨在全面培養(yǎng)學生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力以及信息社會責任，提高學生的科學素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。九、學業(yè)評價在進行《第3單元科學探究型項目設計》的教學評價時，我們將依據(jù)《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結(jié)合本單元的教學內(nèi)容，從信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四個方面進行教學目標、學習目標及評價目標的設定。（一）信息意識教學目標：通過本單元的學習，學生能夠具備對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，能夠根據(jù)解決問題的需要，自覺、主動地尋求恰當?shù)姆绞将@取與處理信息，并在科學探究過程中有效運用信息技術(shù)工具。學習目標：能夠識別并獲取與科學探究相關(guān)的信息，如傳感器數(shù)據(jù)、實驗條件等。能夠判斷信息的準確性和可靠性，對實驗數(shù)據(jù)進行有效篩選和整理。在科學探究過程中，能夠主動利用信息技術(shù)工具（如Arduino控制板、傳感器等）獲取和處理信息。評價目標：信息敏感度：學生能否快速識別并獲取與水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測、電壓檢測等科學探究相關(guān)的信息。信息價值判斷力：學生能否準確判斷實驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，并對數(shù)據(jù)進行有效篩選和整理。信息技術(shù)工具應用：學生能否在科學探究過程中主動利用信息技術(shù)工具獲取和處理信息，如利用Arduino控制板和傳感器獲取實驗數(shù)據(jù)。（二）計算思維教學目標：通過本單元的學習，學生能夠運用計算機科學領域的思想方法界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)，并通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成解決問題的方案。學習目標：能夠針對科學探究問題，運用計算思維進行問題抽象和特征提取。能夠設計并實現(xiàn)基于開源硬件的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，如水溫監(jiān)測裝置、單擺監(jiān)測裝置等。能夠通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理和分析，形成科學結(jié)論。評價目標：問題抽象與特征提?。簩W生能否針對科學探究問題，運用計算思維進行問題抽象和特征提取，如將水溫變化、單擺振動周期等實際問題抽象為數(shù)學模型。系統(tǒng)設計與實現(xiàn)：學生能否設計并實現(xiàn)基于開源硬件的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，包括硬件連接、程序編寫和系統(tǒng)測試等環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理與分析：學生能否通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理和分析，如利用Arduino編程讀取傳感器數(shù)據(jù)，并進行分析以得出科學結(jié)論。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新教學目標：通過本單元的學習，學生能夠認識數(shù)字化學習環(huán)境的優(yōu)勢和局限性，適應數(shù)字化學習環(huán)境，掌握數(shù)字化學習系統(tǒng)、學習資源與學習工具的操作技能，利用數(shù)字化資源與工具創(chuàng)造性地解決問題，形成創(chuàng)新作品。學習目標：能夠適應數(shù)字化學習環(huán)境，掌握Arduino編程、傳感器使用等數(shù)字化學習工具的操作技能。能夠利用數(shù)字化學習資源和工具（如網(wǎng)絡搜索、數(shù)據(jù)分析軟件等）進行科學探究和數(shù)據(jù)分析。能夠在科學探究過程中發(fā)揮創(chuàng)新思維，設計并實現(xiàn)具有創(chuàng)新性的實驗裝置或解決方案。評價目標：數(shù)字化學習環(huán)境適應能力：學生能否適應數(shù)字化學習環(huán)境，熟練掌握Arduino編程、傳感器使用等數(shù)字化學習工具的操作技能。數(shù)字化學習資源利用能力：學生能否有效利用數(shù)字化學習資源和工具進行科學探究和數(shù)據(jù)分析，如利用網(wǎng)絡搜索相關(guān)資料、利用數(shù)據(jù)分析軟件處理實驗數(shù)據(jù)。創(chuàng)新能力：學生能否在科學探究過程中發(fā)揮創(chuàng)新思維，設計并實現(xiàn)具有創(chuàng)新性的實驗裝置或解決方案，如改進水溫監(jiān)測裝置、設計新的單擺監(jiān)測方法等。（四）信息社會責任教學目標：通過本單元的學習，學生能夠具有一定的信息安全意識與能力，遵守信息法律法規(guī)，信守信息社會的道德與倫理準則，在現(xiàn)實空間和虛擬空間中遵守公共規(guī)范，既能有效維護信息活動中個人的合法權(quán)益，又能積極維護他人合法權(quán)益和公共信息安全。學習目標：能夠了解并遵守信息法律法規(guī)和倫理道德準則，在科學探究過程中保護個人信息和實驗數(shù)據(jù)的安全。能夠識別并抵制不良信息行為，如篡改實驗數(shù)據(jù)、抄襲他人成果等。能夠積極維護信息社會的公共秩序和安全，如分享科學探究成果、參與學術(shù)交流等。評價目標：信息安全意識：學生能否了解并遵守信息法律法規(guī)和倫理道德準則，在科學探究過程中保護個人信息和實驗數(shù)據(jù)的安全，如妥善保管實驗數(shù)據(jù)、不泄露他人成果等。不良信息行為抵制能力：學生能否識別并抵制不良信息行為，如篡改實驗數(shù)據(jù)、抄襲他人成果等，保持學術(shù)誠信和科研道德。信息社會公共秩序維護：學生能否積極維護信息社會的公共秩序和安全，如分享科學探究成果、參與學術(shù)交流等，為信息社會的健康發(fā)展貢獻力量。評價實施為了全面、客觀地評價學生在本單元學習中的表現(xiàn)，我們將采用多種評價方式相結(jié)合的方法，包括課堂觀察、作品評價、實驗報告評價、同伴互評和自我評價等。課堂觀察：教師將通過觀察學生在課堂上的表現(xiàn)，如參與討論的積極性、提出問題的質(zhì)量等，評價學生的信息意識和計算思維能力。作品評價：教師將對學生設計的實驗裝置、編寫的程序、制作的實驗報告等作品進行評價，重點關(guān)注作品的創(chuàng)新性、實用性和科學性，以此評價學生的數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任。實驗報告評價：學生將提交實驗報告，詳細記錄實驗過程、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論等內(nèi)容。教師將對實驗報告進行評價，重點關(guān)注報告的完整性、準確性和邏輯性，以此評價學生的計算思維和數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。同伴互評和自我評價：學生將進行同伴互評和自我評價，通過相互交流和反思，評價自己在信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新和信息社會責任等方面的表現(xiàn)。這將有助于學生更全面地認識自己的優(yōu)點和不足，促進自我提升和發(fā)展。通過本單元的學業(yè)評價，我們旨在全面、客觀地評價學生在信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新和信息社會責任等方面的表現(xiàn)，促進學生全面發(fā)展，提高信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)。十、大單元實施思路及教學結(jié)構(gòu)圖一、大單元實施思路本大單元《科學探究型項目設計》的實施旨在通過一系列基于開源硬件的科學探究項目，培養(yǎng)學生的科學探究能力、信息技術(shù)應用能力及跨學科整合能力。實施思路如下：情境創(chuàng)設與問題提出：通過真實生活場景或科學現(xiàn)象引入探究問題，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。知識與技能準備：介紹開源硬件的基礎知識、傳感器的使用方法及相關(guān)編程技能，為后續(xù)探究活動奠定基礎。項目設計與實驗方案制定：引導學生根據(jù)探究問題，設計實驗方案，明確實驗目的、自變量、因變量及控制變量。硬件搭建與程序編寫：指導學生搭建實驗裝置，編寫程序以收集和處理實驗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集與分析：通過實驗收集數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件或編程方法分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。成果展示與評價：組織學生展示探究成果，進行自評和互評，分享探究經(jīng)驗。拓展練習與深化理解：提供拓展練習，鼓勵學生自主選擇探究主題，深化對科學探究及信息技術(shù)應用的理解。二、教學目標設定（一）信息意識對信息的敏感度：能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值。對信息價值的判斷力：能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性。（二）計算思維形式化：能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。模型化：能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程。自動化：能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率。系統(tǒng)化：能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化學習環(huán)境的創(chuàng)設：能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。數(shù)字化學習資源的采集與管理：能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析。數(shù)字化學習資源的應用與創(chuàng)新：能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案。（四）信息社會責任信息安全意識：在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)。法律法規(guī)遵守：遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)。倫理道德：在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信。三、教學結(jié)構(gòu)圖科學探究型項目設計|├──3.1水溫監(jiān)測|├──情境創(chuàng)設與問題提出|├──知識與技能準備（溫度傳感器、編程基礎）|├──項目設計與實驗方案制定|├──硬件搭建與程序編寫|├──數(shù)據(jù)收集與分析|├──成果展示與評價|└──拓展練習|├──3.2單擺監(jiān)測|├──情境創(chuàng)設與問題提出|├──知識與技能準備（紅外避障傳感器、編程進階）|├──項目設計與實驗方案制定|├──硬件搭建與程序編寫|├──數(shù)據(jù)收集與分析|├──成果展示與評價|└──拓展練習|├──3.3電壓檢測|├──情境創(chuàng)設與問題提出|├──知識與技能準備（電壓檢測模塊、編程綜合）|├──項目設計與實驗方案制定|├──硬件搭建與程序編寫|├──數(shù)據(jù)收集與分析|├──成果展示與評價|└──拓展練習|├──單元學習評價|├──科學探究能力評價|├──信息技術(shù)應用能力評價|├──跨學科整合能力評價|└──自評與互評|└──單元學習總結(jié)├──科學探究過程總結(jié)├──信息技術(shù)應用總結(jié)├──跨學科整合體會└──未來探究方向展望四、具體教學實施步驟3.1水溫監(jiān)測情境創(chuàng)設與問題提出：展示不同材質(zhì)的杯子，提問學生：“誰的杯子保溫效果更好？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹防水溫度傳感器的工作原理和使用方法。講解Arduino編程基礎，包括串口通信、數(shù)據(jù)讀取等。項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“塑料杯比陶瓷杯保溫效果好”。設計實驗方案，明確自變量（杯子材質(zhì)）、因變量（水溫變化）及控制變量（初始水溫、水量、杯子形狀等）。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水溫監(jiān)測裝置，將溫度傳感器連接到Arduino控制板。編寫程序，通過串口監(jiān)視器顯示溫度數(shù)據(jù)，并每隔一定時間記錄一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用Excel等軟件繪制圖表，分析不同材質(zhì)杯子的保溫效果。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與溫度相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。3.2單擺監(jiān)測情境創(chuàng)設與問題提出：通過擺鐘引入單擺概念，提問學生：“不同長度的單擺周期相同嗎？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹紅外數(shù)字避障傳感器的工作原理和使用方法。講解Arduino編程進階知識，包括時間函數(shù)、條件判斷等。項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“擺長越長，單擺周期越長”。設計實驗方案，明確自變量（擺長）、因變量（單擺周期）及控制變量（擺球質(zhì)量、振幅等）。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建單擺監(jiān)測裝置，將紅外避障傳感器對準單擺小球。編寫程序，通過傳感器檢測單擺振動次數(shù)和時間，計算單擺周期。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同擺長下單擺周期的變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與單擺相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。3.3電壓檢測情境創(chuàng)設與問題提出：通過水果電池引入電壓概念，提問學生：“不同水果的導電性相同嗎？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹電壓檢測模塊的工作原理和使用方法。講解Arduino編程綜合知識，包括模擬輸入、數(shù)據(jù)處理等。項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“酸性水果的導電性更強”。設計實驗方案，明確自變量（水果種類）、因變量（電壓值）及控制變量（電極材料、間距等）。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水果電池電路，將電壓檢測模塊連接到Arduino控制板。編寫程序，讀取并輸出電壓值。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同水果的電壓值變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與電壓檢測相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。單元學習評價科學探究能力評價：評價學生在實驗設計、數(shù)據(jù)收集與分析等方面的能力。信息技術(shù)應用能力評價：評價學生在開源硬件使用、編程實現(xiàn)等方面的能力?？鐚W科整合能力評價：評價學生在物理、化學等學科知識綜合應用方面的能力。自評與互評：鼓勵學生進行自我評價和相互評價，促進反思與成長。單元學習總結(jié)科學探究過程總結(jié)：總結(jié)科學探究的一般過程和方法，強調(diào)觀察、假設、實驗、分析等環(huán)節(jié)的重要性。信息技術(shù)應用總結(jié)：總結(jié)開源硬件在科學探究中的應用價值，提升信息技術(shù)應用能力?？鐚W科整合體會：分享跨學科整合的體會和收獲，鼓勵學生在未來學習中注重跨學科知識的綜合應用。未來探究方向展望：-鼓勵學生根據(jù)本單元學習經(jīng)驗，提出未來探究方向和目標，持續(xù)培養(yǎng)科學探究興趣和能力。十一、大情境、大任務創(chuàng)設一、大情境創(chuàng)設在當今科技飛速發(fā)展的時代，開源硬件已成為創(chuàng)新教育和科學探究的重要工具。開源硬件以其開放性、可擴展性和低成本等特點，為學生提供了實踐創(chuàng)新、動手操作的廣闊平臺。本次大單元教學將以“開源硬件與科學探究”為主題，通過一系列基于開源硬件的科學探究項目，引導學生深入理解科學探究的方法，提升信息技術(shù)應用能力，培養(yǎng)跨學科整合能力和創(chuàng)新思維。二、大任務創(chuàng)設本單元將通過三個具體的科學探究項目——水溫監(jiān)測、單擺監(jiān)測和電壓檢測，讓學生體驗科學探究的全過程，從提出問題、形成假設、設計實驗、收集數(shù)據(jù)到分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，每一步都緊密結(jié)合開源硬件的應用。通過這三個項目，學生不僅能夠掌握開源硬件的基礎知識和操作技能，還能提升計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任。三、教學目標設定（一）信息意識對信息的敏感度：學生能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值。通過實際科學探究項目，學生能夠發(fā)現(xiàn)并提出與開源硬件相關(guān)的科學問題，如不同材質(zhì)的杯子保溫效果、單擺的振動周期、水果的導電性等。對信息價值的判斷力：學生能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性。在科學探究過程中，學生能夠識別并篩選出有價值的信息，如傳感器的準確讀數(shù)、實驗數(shù)據(jù)的合理性等，以支持科學結(jié)論的形成。（二）計算思維形式化：學生能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。例如，在水溫監(jiān)測項目中，學生能夠?qū)⑺疁刈兓橄鬄闀r間序列數(shù)據(jù)，用數(shù)學模型描述水溫隨時間的變化規(guī)律。模型化：學生能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程。在單擺監(jiān)測項目中，學生能夠根據(jù)單擺的運動規(guī)律建立數(shù)學模型，預測不同擺長下單擺的振動周期。自動化：學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率。在電壓檢測項目中，學生能夠編寫Arduino程序，自動讀取水果電池的電壓值，并進行分析處理。系統(tǒng)化：學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。在三個項目中，學生能夠系統(tǒng)地規(guī)劃實驗步驟，從問題提出到數(shù)據(jù)收集、分析再到結(jié)論得出，每一步都緊密相連、邏輯清晰。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化學習環(huán)境的創(chuàng)設：學生能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。通過Arduino等開源硬件平臺，學生能夠搭建物理裝置，結(jié)合編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和處理。數(shù)字化學習資源的采集與管理：學生能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析。在科學探究過程中，學生能夠熟練使用Excel等數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件，對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析和可視化呈現(xiàn)。數(shù)字化學習資源的應用與創(chuàng)新：學生能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案。例如，在電壓檢測項目中，學生可以嘗試使用不同的電極材料或改變電極間距，探究這些因素對水果電池電壓的影響。（四）信息社會責任信息安全意識：在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)。學生能夠認識到實驗數(shù)據(jù)的重要性，妥善保管實驗數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和保密性。法律法規(guī)遵守：遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)。學生能夠了解并遵守實驗室的安全操作規(guī)程，確保實驗過程的安全；能夠遵守信息技術(shù)相關(guān)的法律法規(guī)，如軟件版權(quán)、數(shù)據(jù)隱私等。倫理道德：在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信。學生能夠堅持實事求是的科學態(tài)度，不篡改或偽造實驗數(shù)據(jù)，確保實驗結(jié)果的客觀性和真實性。四、具體教學實施步驟3.1水溫監(jiān)測情境創(chuàng)設與問題提出展示不同材質(zhì)的杯子，提問學生：“誰的杯子保溫效果更好？”引發(fā)學生思考。通過這一情境創(chuàng)設，激發(fā)學生對水溫監(jiān)測的興趣和探究欲望。知識與技能準備介紹防水溫度傳感器的工作原理和使用方法，講解Arduino編程基礎，包括串口通信、數(shù)據(jù)讀取等。為學生后續(xù)的實驗探究奠定知識和技能基礎。項目設計與實驗方案制定學生分組討論，形成實驗假設，如“塑料杯比陶瓷杯保溫效果好”。設計實驗方案，明確自變量（杯子材質(zhì)）、因變量（水溫變化）及控制變量（初始水溫、水量、杯子形狀等）。硬件搭建與程序編寫學生根據(jù)實驗方案搭建水溫監(jiān)測裝置，將溫度傳感器連接到Arduino控制板。編寫程序，通過串口監(jiān)視器顯示溫度數(shù)據(jù)，并每隔一定時間記錄一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集與分析學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用Excel等軟件繪制圖表，分析不同材質(zhì)杯子的保溫效果。成果展示與評價學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習學生自主選擇與溫度相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。如探究不同厚度杯子的保溫效果、不同環(huán)境溫度下杯子的保溫效果等。3.2單擺監(jiān)測情境創(chuàng)設與問題提出通過擺鐘引入單擺概念，提問學生：“不同長度的單擺周期相同嗎？”引發(fā)學生思考。通過這一情境創(chuàng)設，激發(fā)學生對單擺監(jiān)測的興趣和探究欲望。知識與技能準備介紹紅外數(shù)字避障傳感器的工作原理和使用方法，講解Arduino編程進階知識，包括時間函數(shù)、條件判斷等。為學生后續(xù)的實驗探究奠定知識和技能基礎。項目設計與實驗方案制定學生分組討論，形成實驗假設，如“擺長越長，單擺周期越長”。設計實驗方案，明確自變量（擺長）、因變量（單擺周期）及控制變量（擺球質(zhì)量、振幅等）。硬件搭建與程序編寫學生根據(jù)實驗方案搭建單擺監(jiān)測裝置，將紅外避障傳感器對準單擺小球。編寫程序，通過傳感器檢測單擺振動次數(shù)和時間，計算單擺周期。數(shù)據(jù)收集與分析學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同擺長下單擺周期的變化規(guī)律。成果展示與評價學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習學生自主選擇與單擺相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。如探究不同擺球質(zhì)量對單擺周期的影響、不同振幅下單擺周期的變化等。3.3電壓檢測情境創(chuàng)設與問題提出通過水果電池引入電壓概念，提問學生：“不同水果的導電性相同嗎？”引發(fā)學生思考。通過這一情境創(chuàng)設，激發(fā)學生對電壓檢測的興趣和探究欲望。知識與技能準備介紹電壓檢測模塊的工作原理和使用方法，講解Arduino編程綜合知識，包括模擬輸入、數(shù)據(jù)處理等。為學生后續(xù)的實驗探究奠定知識和技能基礎。項目設計與實驗方案制定學生分組討論，形成實驗假設，如“酸性水果的導電性更強”。設計實驗方案，明確自變量（水果種類）、因變量（電壓值）及控制變量（電極材料、間距等）。硬件搭建與程序編寫學生根據(jù)實驗方案搭建水果電池電路，將電壓檢測模塊連接到Arduino控制板。編寫程序，讀取并輸出電壓值。數(shù)據(jù)收集與分析學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同水果的電壓值變化規(guī)律。成果展示與評價學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習學生自主選擇與電壓檢測相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。如探究不同電極材料對電壓的影響、不同電解液濃度對電壓的影響等。五、單元學習評價通過本單元的學習，學生應能夠掌握科學探究的一般方法，體驗科學探究的全過程，形成利用開源硬件開展科學探究以解決問題的意識。單元學習評價應注重對學生信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任的全面考察。具體評價方式可采用自評、互評和教師評價相結(jié)合的方式，評價內(nèi)容應包括實驗設計的合理性、數(shù)據(jù)收集的準確性、數(shù)據(jù)分析的科學性以及實驗過程中的創(chuàng)新表現(xiàn)等。六、單元學習總結(jié)通過本單元的學習，學生不僅掌握了開源硬件的基礎知識和操作技能，還提升了計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任。在科學探究過程中，學生學會了如何將實際問題抽象為可計算的模型，如何設計實驗方案并收集分析數(shù)據(jù)，如何運用數(shù)字化工具進行創(chuàng)新和創(chuàng)造。學生也深刻認識到信息安全、法律法規(guī)和倫理道德在信息技術(shù)應用中的重要性。學生將繼續(xù)運用所學知識和技能，開展更多有意義的科學探究活動，不斷提升自己的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。十二、單元學歷案（一）單元主題與課時單元主題：開源硬件項目設計——科學探究型項目設計課時設計：第1課時：3.1水溫監(jiān)測——情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備第2課時：3.1水溫監(jiān)測——項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫第3課時：3.1水溫監(jiān)測——數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習第4課時：3.2單擺監(jiān)測——情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備第5課時：3.2單擺監(jiān)測——項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫第6課時：3.2單擺監(jiān)測——數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習第7課時：3.3電壓檢測——情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備第8課時：3.3電壓檢測——項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫第9課時：3.3電壓檢測——數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習第10課時：單元學習評價與總結(jié)（二）學習目標教學目標設定：信息意識：學生能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值。學生能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性。計算思維：學生能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。學生能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程。學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率。學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。數(shù)字化學習與創(chuàng)新：學生能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。學生能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析。學生能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案。信息社會責任：學生在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)。學生遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)。學生在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信。（三）評價任務信息意識評價：通過學生在課堂討論中提出的科學問題，評價其對生活中科學問題的敏感度。通過學生對實驗數(shù)據(jù)的分析和解釋，評價其對信息價值的判斷力。計算思維評價：通過學生設計的實驗方案和數(shù)學模型，評價其形式化和模型化能力。通過學生編寫的程序和數(shù)據(jù)處理結(jié)果，評價其自動化和系統(tǒng)化能力。數(shù)字化學習與創(chuàng)新評價：通過學生創(chuàng)設的數(shù)字化實驗環(huán)境和數(shù)據(jù)管理工具，評價其數(shù)字化學習環(huán)境創(chuàng)設能力。通過學生設計的實驗方案和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，評價其數(shù)字化學習資源的應用與創(chuàng)新能力。信息社會責任評價：通過學生在實驗過程中的操作和數(shù)據(jù)管理，評價其信息安全意識和法律法規(guī)遵守情況。通過學生對實驗數(shù)據(jù)的處理和結(jié)論的得出，評價其科學誠信和倫理道德。（四）學習過程3.1水溫監(jiān)測第1課時：情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備情境創(chuàng)設與問題提出：展示不同材質(zhì)的杯子，提問學生：“誰的杯子保溫效果更好？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹防水溫度傳感器的工作原理和使用方法；講解Arduino編程基礎，包括串口通信、數(shù)據(jù)讀取等。第2課時：項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“塑料杯比陶瓷杯保溫效果好”；設計實驗方案，明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水溫監(jiān)測裝置，將溫度傳感器連接到Arduino控制板；編寫程序，通過串口監(jiān)視器顯示溫度數(shù)據(jù)。第3課時：數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表；利用Excel等軟件繪制圖表，分析不同材質(zhì)杯子的保溫效果。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評；教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與溫度相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。3.2單擺監(jiān)測第4課時：情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備情境創(chuàng)設與問題提出：通過擺鐘引入單擺概念，提問學生：“不同長度的單擺周期相同嗎？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹紅外數(shù)字避障傳感器的工作原理和使用方法；講解Arduino編程進階知識，包括時間函數(shù)、條件判斷等。第5課時：項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“擺長越長，單擺周期越長”；設計實驗方案，明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建單擺監(jiān)測裝置，將紅外避障傳感器對準單擺小球；編寫程序，通過傳感器檢測單擺振動次數(shù)和時間，計算單擺周期。第6課時：數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表；利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同擺長下單擺周期的變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評；教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與單擺相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。3.3電壓檢測第7課時：情境創(chuàng)設與問題提出、知識與技能準備情境創(chuàng)設與問題提出：通過水果電池引入電壓概念，提問學生：“不同水果的導電性相同嗎？”引發(fā)學生思考。知識與技能準備：介紹電壓檢測模塊的工作原理和使用方法；講解Arduino編程綜合知識，包括模擬輸入、數(shù)據(jù)處理等。第8課時：項目設計與實驗方案制定、硬件搭建與程序編寫項目設計與實驗方案制定：學生分組討論，形成實驗假設，如“酸性水果的導電性更強”；設計實驗方案，明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水果電池電路，將電壓檢測模塊連接到Arduino控制板；編寫程序，讀取并輸出電壓值。第9課時：數(shù)據(jù)收集與分析、成果展示與評價、拓展練習數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表；利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同水果的電壓值變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評；教師總結(jié)點評，提出改進建議。拓展練習：學生自主選擇與電壓檢測相關(guān)的探究問題，設計實驗方案并實施。第10課時：單元學習評價與總結(jié)單元學習評價：評價學生在科學探究能力、信息技術(shù)應用能力、跨學科整合能力等方面的表現(xiàn)；鼓勵學生進行自我評價和相互評價。單元學習總結(jié)：總結(jié)科學探究的一般過程和方法；分享開源硬件在科學探究中的應用價值；鼓勵學生提出未來探究方向和目標。（五）作業(yè)與檢測作業(yè)設計：設計并完成一個與溫度、單擺或電壓檢測相關(guān)的自主探究項目，包括實驗設計、數(shù)據(jù)收集與分析、結(jié)論得出等環(huán)節(jié)。撰寫實驗報告，詳細記錄實驗過程、數(shù)據(jù)分析結(jié)果和結(jié)論。檢測方式：通過課堂觀察、小組討論、實驗報告等方式，檢測學生對科學探究方法和信息技術(shù)應用能力的掌握情況。通過成果展示和互評，檢測學生的實驗設計和數(shù)據(jù)分析能力。（六）學后反思學生反思：反思自己在科學探究過程中的收獲和不足，如何更好地利用開源硬件和信息技術(shù)解決實際問題。思考如何將科學探究方法與日常生活和學習相結(jié)合，提高自己的創(chuàng)新能力和實踐能力。教師反思：反思教學過程中的成功與不足，如何進一步激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。-思考如何優(yōu)化教學內(nèi)容和方法，提高教學效果和學生的學科核心素養(yǎng)。十三、學科實踐與跨學科學習設計在《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的指導下，結(jié)合選擇性必修6《開源硬件項目設計》第3單元《科學探究型項目設計》的教學內(nèi)容，我們設計了本單元的學科實踐與跨學科學習方案。通過跨學科實踐，旨在培養(yǎng)學生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力，以及信息社會責任，提升學生的綜合素養(yǎng)。一、教學目標設定（一）信息意識對信息的敏感度：通過科學探究項目，學生能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值，學會利用信息技術(shù)手段解決實際問題。對信息價值的判斷力：學生能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性，提升信息篩選和判斷能力。（二）計算思維形式化：學生能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題，培養(yǎng)邏輯思維和抽象能力。模型化：學生能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程，提升數(shù)學建模和問題解決能力。自動化：學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率，培養(yǎng)自動化思維和編程能力。系統(tǒng)化：學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序，培養(yǎng)系統(tǒng)思維和項目管理能力。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化學習環(huán)境的創(chuàng)設：學生能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境，提升信息技術(shù)應用能力。數(shù)字化學習資源的采集與管理：學生能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析，培養(yǎng)數(shù)據(jù)管理和分析能力。數(shù)字化學習資源的應用與創(chuàng)新：學生能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。（四）信息社會責任信息安全意識：在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)信息安全意識。法律法規(guī)遵守：遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，培養(yǎng)法治觀念。倫理道德：在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信，培養(yǎng)科學道德和倫理意識。二、學習目標設定（一）信息意識了解科學探究與信息技術(shù)的融合：通過參與科學探究項目，學生能夠認識到信息技術(shù)在科學探究中的重要性和應用價值。評估信息來源的可靠性：學會評估實驗數(shù)據(jù)和信息來源的可靠性，提升信息篩選和判斷能力。（二）計算思維抽象與建模：能夠?qū)碗s的科學問題抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。程序設計與實現(xiàn)：能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提升編程能力和問題解決能力。系統(tǒng)化思考：能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序，培養(yǎng)系統(tǒng)思維和項目管理能力。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化實驗環(huán)境創(chuàng)設：利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境，提升信息技術(shù)應用能力。數(shù)據(jù)管理與分析：能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析，培養(yǎng)數(shù)據(jù)管理和分析能力。創(chuàng)新實驗設計：能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。（四）信息社會責任信息安全與隱私保護：在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)信息安全意識。遵守法律法規(guī)：遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，培養(yǎng)法治觀念?？茖W誠信與倫理道德：在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信，培養(yǎng)科學道德和倫理意識。三、作業(yè)目標設定（一）信息意識信息篩選與評估：搜集與科學探究項目相關(guān)的資料和信息，評估其可靠性和有效性，撰寫信息評估報告。信息交流與分享：與同學分享自己搜集的信息和資料，討論信息來源的可靠性和實驗數(shù)據(jù)的準確性，提升信息交流和分享能力。（二）計算思維實驗方案設計：設計一個基于開源硬件的科學探究實驗方案，包括實驗目的、實驗步驟、數(shù)據(jù)收集與分析方法等，提升實驗設計能力。程序編寫與調(diào)試：編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，進行程序調(diào)試和優(yōu)化，提升編程能力和問題解決能力。系統(tǒng)化思考：將科學探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序，繪制科學探究流程圖，培養(yǎng)系統(tǒng)思維和項目管理能力。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新數(shù)字化實驗環(huán)境搭建：利用開源硬件和編程環(huán)境搭建數(shù)字化實驗環(huán)境，撰寫實驗環(huán)境搭建報告。數(shù)據(jù)管理與分析：收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析，撰寫數(shù)據(jù)分析報告，培養(yǎng)數(shù)據(jù)管理和分析能力。創(chuàng)新實驗設計：基于所學知識，設計一個具有創(chuàng)新性的科學探究實驗方案，包括實驗目的、實驗步驟、預期結(jié)果等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。（四）信息社會責任信息安全與隱私保護：在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)，撰寫信息安全與隱私保護報告。法律法規(guī)遵守：遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，撰寫法律法規(guī)遵守報告，培養(yǎng)法治觀念?？茖W誠信與倫理道德：在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信，撰寫科學誠信與倫理道德報告，培養(yǎng)科學道德和倫理意識。四、學科實踐與跨學科學習設計（一）學科實踐設計水溫監(jiān)測項目實踐實踐目標：掌握防水溫度傳感器的使用方法，能夠搭建物理裝置監(jiān)控水溫變化，并運用于科學探究。了解科學探究的一般過程和方法。實踐內(nèi)容：形成實驗假設與設計實驗：調(diào)研不同杯子的保溫效果，形成實驗假設，設計實驗方案。進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)：搭建水溫監(jiān)測裝置，編寫程序獲取和顯示水溫數(shù)據(jù)，收集實驗數(shù)據(jù)。分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論：利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，比較不同杯子的保溫效果，得出結(jié)論?？鐚W科整合：結(jié)合物理知識（如熱傳導、比熱容等）和化學知識（如不同材料的導熱性）進行跨學科整合，深化對科學探究過程和方法的理解。單擺監(jiān)測項目實踐實踐目標：掌握紅外避障傳感器的使用方法，能夠自主設計驗證單擺周期的實驗方案，并搭建實驗裝置。能夠編程收集實驗數(shù)據(jù)，完成探究實驗，體驗科學探究的一般過程。實踐內(nèi)容：形成實驗假設與設計實驗：調(diào)研單擺周期的影響因素，形成實驗假設，設計實驗方案。進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)：搭建單擺監(jiān)測裝置，編寫程序獲取單擺振動次數(shù)和時間，計算單擺周期，收集實驗數(shù)據(jù)。分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論：利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，驗證或證偽假設，得出結(jié)論?？鐚W科整合：結(jié)合物理知識（如單擺周期公式、簡諧運動等）和數(shù)學知識（如數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計圖表繪制等）進行跨學科整合，提升科學探究能力和問題解決能力。電壓檢測項目實踐實踐目標：掌握電壓檢測模塊的使用方法，能夠用串口輸出電壓值。了解水果電池的基本組成和原理。通過探究活動，體驗多學科知識的綜合應用和科學探究方法。實踐內(nèi)容：形成實驗假設與設計實驗：調(diào)研水果導電性的影響因素，形成實驗假設，設計實驗方案。進行實驗探究與收集數(shù)據(jù)：搭建水果電池電路，連接電壓檢測模塊，編寫程序獲取電壓值，收集實驗數(shù)據(jù)。分析實驗數(shù)據(jù)與得出結(jié)論：利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，比較不同水果的導電性，得出結(jié)論?？鐚W科整合：結(jié)合化學知識（如電解質(zhì)導電性、水果電池原理等）和物理知識（如電壓、電流、電阻等）進行跨學科整合，提升科學探究能力和多學科知識綜合運用能力。（二）跨學科學習設計物理與信息技術(shù)的整合整合點：在科學探究項目中，利用開源硬件和編程技術(shù)實現(xiàn)物理量的測量和數(shù)據(jù)分析，如水溫、單擺周期、電壓等。實施方式：結(jié)合物理學科知識，設計實驗方案，利用開源硬件搭建實驗裝置，編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)收集和處理。通過跨學科整合，深化對物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解，提升信息技術(shù)應用能力。化學與信息技術(shù)的整合整合點：在科學探究項目中，利用信息技術(shù)手段探究化學現(xiàn)象和規(guī)律，如水果電池的導電性、不同材料的化學反應等。實施方式：結(jié)合化學學科知識，設計實驗方案，利用開源硬件和編程技術(shù)實現(xiàn)化學實驗的數(shù)字化和自動化。通過跨學科整合，提升化學實驗的安全性和準確性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。數(shù)學與信息技術(shù)的整合整合點：在科學探究項目中，利用數(shù)學知識和方法分析實驗數(shù)據(jù)，得出科學結(jié)論。利用信息技術(shù)手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析。實施方式：結(jié)合數(shù)學學科知識，設計數(shù)據(jù)分析方案，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件或編程技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化和深入分析。通過跨學科整合，提升數(shù)據(jù)分析能力和問題解決能力，培養(yǎng)邏輯思維和數(shù)學素養(yǎng)。通過以上學科實踐與跨學科學習設計，旨在培養(yǎng)學生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任，提升學生的綜合素養(yǎng)和科學探究能力。通過跨學科整合，深化學生對各學科知識的理解和應用，培養(yǎng)跨學科思維和創(chuàng)新能力。十四、大單元作業(yè)設計一、教學目標信息意識：學生能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值。學生能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性。計算思維：學生能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。學生能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程。學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率。學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。數(shù)字化學習與創(chuàng)新：學生能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。學生能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析。學生能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案。信息社會責任：學生在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)。學生遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)。學生在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信。二、作業(yè)目標設定信息意識：學生能夠識別并選擇與科學探究相關(guān)的有效信息源。學生能夠評估實驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，判斷其在科學探究中的價值。計算思維：學生能夠?qū)⒖茖W探究問題抽象化，并用計算機可處理的方式表述。學生能夠設計合理的實驗方案，包括數(shù)據(jù)收集、處理和分析方法。學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動化收集和處理。學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。數(shù)字化學習與創(chuàng)新：學生能夠利用開源硬件和編程工具創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。學生能夠運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析和可視化呈現(xiàn)。學生能夠結(jié)合所學知識，創(chuàng)新性地設計實驗方案，解決實際問題。信息社會責任：學生在實驗過程中嚴格遵守信息安全和隱私保護規(guī)定。學生遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，確保實驗安全。學生在探究過程中堅持科學誠信，不偽造數(shù)據(jù)，尊重科學事實。三、作業(yè)內(nèi)容與要求3.1水溫監(jiān)測作業(yè)內(nèi)容：實驗設計與準備：學生分組討論，確定實驗假設，如“塑料杯比陶瓷杯保溫效果好”。設計實驗方案，明確自變量（杯子材質(zhì)）、因變量（水溫變化）及控制變量（初始水溫、水量、杯子形狀等）。準備實驗器材，包括Arduino控制板、防水溫度傳感器、USB數(shù)據(jù)線、陶瓷杯、塑料杯等。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水溫監(jiān)測裝置，將防水溫度傳感器連接到Arduino控制板。編寫程序，通過串口監(jiān)視器顯示溫度數(shù)據(jù)，并每隔一定時間記錄一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用Excel等軟件繪制圖表，分析不同材質(zhì)杯子的保溫效果。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。撰寫實驗報告，總結(jié)實驗過程、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論。作業(yè)要求：實驗設計合理，能夠明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建正確，程序編寫無誤，能夠正確顯示和記錄溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析準確，圖表清晰，結(jié)論合理。實驗報告內(nèi)容完整，邏輯清晰，能夠體現(xiàn)科學探究的過程和方法。3.2單擺監(jiān)測作業(yè)內(nèi)容：實驗設計與準備：學生分組討論，確定實驗假設，如“擺長越長，單擺周期越長”。設計實驗方案，明確自變量（擺長）、因變量（單擺周期）及控制變量（擺球質(zhì)量、振幅等）。準備實驗器材，包括Arduino控制板、紅外數(shù)字避障傳感器、單擺支架、擺線、小球等。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建單擺監(jiān)測裝置，將紅外數(shù)字避障傳感器對準單擺小球。編寫程序，通過傳感器檢測單擺振動次數(shù)和時間，計算單擺周期。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同擺長下單擺周期的變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。撰寫實驗報告，總結(jié)實驗過程、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論。作業(yè)要求：實驗設計合理，能夠明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建正確，程序編寫無誤，能夠準確檢測單擺振動次數(shù)和時間。數(shù)據(jù)分析準確，能夠得出合理的結(jié)論。實驗報告內(nèi)容完整，邏輯清晰，能夠體現(xiàn)科學探究的過程和方法。3.3電壓檢測作業(yè)內(nèi)容：實驗設計與準備：學生分組討論，確定實驗假設，如“酸性水果的導電性更強”。設計實驗方案，明確自變量（水果種類）、因變量（電壓值）及控制變量（電極材料、間距等）。準備實驗器材，包括Arduino控制板、電壓檢測模塊、銅鋅電極、水果等。硬件搭建與程序編寫：學生根據(jù)實驗方案搭建水果電池電路，將電壓檢測模塊連接到Arduino控制板。編寫程序，讀取并輸出電壓值。數(shù)據(jù)收集與分析：學生利用實驗裝置收集數(shù)據(jù)，填寫數(shù)據(jù)記錄表。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件分析不同水果的電壓值變化規(guī)律。成果展示與評價：學生展示實驗裝置和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行小組自評和互評。撰寫實驗報告，總結(jié)實驗過程、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論。作業(yè)要求：實驗設計合理，能夠明確自變量、因變量及控制變量。硬件搭建正確，程序編寫無誤，能夠準確讀取和輸出電壓值。數(shù)據(jù)分析準確，能夠得出合理的結(jié)論。實驗報告內(nèi)容完整，邏輯清晰，能夠體現(xiàn)科學探究的過程和方法。四、作業(yè)評價標準信息意識（20分）：能夠識別并選擇與科學探究相關(guān)的有效信息源（5分）。能夠評估實驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性（5分）。能夠判斷實驗數(shù)據(jù)在科學探究中的價值（5分）。能夠關(guān)注科學探究領域的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢（5分）。計算思維（30分）：能夠?qū)⒖茖W探究問題抽象化，并用計算機可處理的方式表述（10分）。能夠設計合理的實驗方案，包括數(shù)據(jù)收集、處理和分析方法（10分）。能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動化收集和處理（5分）。能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序（5分）。數(shù)字化學習與創(chuàng)新（30分）：能夠利用開源硬件和編程工具創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境（10分）。能夠運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析和可視化呈現(xiàn)（10分）。能夠結(jié)合所學知識，創(chuàng)新性地設計實驗方案，解決實際問題（5分）。能夠在探究過程中提出新的想法和觀點，推動科學探究的深入發(fā)展（5分）。信息社會責任（20分）：在實驗過程中嚴格遵守信息安全和隱私保護規(guī)定（5分）。遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)，確保實驗安全（5分）。在探究過程中堅持科學誠信，不偽造數(shù)據(jù)，尊重科學事實（5分）。能夠關(guān)注科學探究對社會的影響，積極傳播科學知識和科學精神（5分）。五、作業(yè)反思與改進在完成大單元作業(yè)設計后，教師應引導學生進行反思和改進，以不斷提升學生的科學探究能力和信息技術(shù)應用能力。具體反思內(nèi)容可包括：實驗設計的合理性和可行性：學生是否明確了自變量、因變量及控制變量？實驗方案是否科學、合理，能否有效驗證實驗假設？硬件搭建與程序編寫的正確性：硬件搭建過程中是否遇到問題，如何解決的？程序編寫是否無誤，能否正確實現(xiàn)預期功能？數(shù)據(jù)收集與分析的準確性：數(shù)據(jù)收集過程中是否存在誤差，如何減小誤差？數(shù)據(jù)分析方法是否合理，能否得出準確結(jié)論？成果展示與評價的全面性：成果展示是否充分，能否體現(xiàn)實驗過程和結(jié)論？自評和互評是否公正、客觀，能否促進相互學習和進步？信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任的培養(yǎng)：學生在作業(yè)過程中是否體現(xiàn)了較強的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力和信息社會責任？如何進一步加強這些方面的培養(yǎng)，提高學生的綜合素養(yǎng)？通過反思和改進，教師可以不斷完善大單元作業(yè)設計，提高教學效果，為學生的全面發(fā)展奠定堅實基礎。十五、“教-學-評”一致性課時設計3.1水溫監(jiān)測教學目標（一）信息意識學生能夠敏銳地捕捉到生活中的科學問題，意識到信息技術(shù)在科學探究中的應用價值。學生能夠評估不同信息來源的可靠性，判斷實驗數(shù)據(jù)的有效性和準確性。（二）計算思維學生能夠?qū)⑻骄繂栴}抽象為可計算的模型，用形式化的方法表述問題。學生能夠設計實驗方案，建立數(shù)學模型以模擬實驗過程。學生能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的自動收集和處理，提高探究效率。學生能夠?qū)⒖茖W探究過程系統(tǒng)化，明確各個環(huán)節(jié)的邏輯關(guān)系和先后順序。（三）數(shù)字化學習與創(chuàng)新學生能夠利用開源硬件和編程環(huán)境創(chuàng)設數(shù)字化實驗環(huán)境。學生能夠收集和管理實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行分析。學生能夠創(chuàng)新性地應用數(shù)字化學習資源，設計具有新穎性的實驗方案。（四）信息社會責任學生在實驗過程中注重個人信息的保護，不泄露實驗數(shù)據(jù)。學生遵守實驗室安全規(guī)范及信息技術(shù)相關(guān)法律法規(guī)。學生在探究過程中尊重科學事實，不偽造數(shù)據(jù)，秉持科學誠信。作業(yè)目標完成水溫監(jiān)測裝置的硬件搭建和程序編寫。收集不同杯子保溫效果的數(shù)據(jù)，并進行初步分析。撰寫實驗報告，包括實驗目的、實驗過程、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論。課程目標學生掌握防水溫度傳感器的使用方法，能夠搭建物理