四、课程内容
第四学段（7～9年级）
（一）互联网应用与创新
互联网已经成为当今信息社会的重要基础设施。互联网的出现推动着人类的学习、生活和工作由线下到线上、由物理空间向网络空间和数字空间的逐步迁移，标志着人类社会由工业社会向信息化、智慧社会的一次全球性大迁徙。基于互联网的创新创造是推动数字时代社会进步和国家发展的重要力量。本模块从互联网视角关注信息科技对学生学习、生活和未来发展的影响，强调学生适应互联网环境发展的新形态、新业态，抓住社会变革带来的机遇，提升对“没有网络安全就没有国家安全”的认识。
通过本模块的学习，学生能加深对互联网及相关新技术本质的认识，初步具备利用互联网基础设施和计算思维方法解决学习和生活中各种问题的能力，增强自觉维护网络安全与秩序的意识和责任感，全面提升数据安全意识。
本模块包括“互联网及其影响”“互联网基本原理与功能”“互联网创新应用”“互联网安全”四部分内容。
1. 内容要求
（1）通过在线活动，分析互联网应用的特征，认识到互联网对社会发展的创新价值和潜力。
（2）能够根据学习和交流的需要，使用互联网搜索、遴选、管理并贡献有价值的数据和资源，能够创建具有特色的作品。
（3）了解常用互联网应用中数据的构成，能够使用适当的数字化工具对网页进行编辑和发布。
（4）初步了解互联网协议，知道网络中数据的编码、传输和呈现的原理。
（5）在“互联网＋”情境中，体验在线学习、生活和交流的新模式，合理应用互联网提高学习与生活质量。
（6）使用互联网应用时，能够利用用户标识、密码和身份验证等措施做好基本防护，会使用加密软件对重要数据和个人信息进行加密保护。
（7）了解云存储、云计算的原理，能够使用网盘进行数据备份，认识到互联网带来的新媒体、新社交、新资源对学习和生活的影响。
2. 学业要求
能根据学习和任务的需要，通过搜索引擎、社交媒体、短视频和协同写作等互联网工具或平台，进行较精准的信息搜索、沟通交流、协作，并贡献有价值的数据和资源。知道在常见应用中，如何编码、组织、传递、接收及验证网络数据。学会使用网页编辑工具、在线写作工具等创建网络文档，熟练利用在线课堂进行线上学习与交流，体验在线学习与生活的新模式。能从现实应用中体会互联网是如何将复杂的远程数据传输和通信等问题逐步化简为分解、编码、传输和重新组合等一系列规则（协议）的。在互联网应用中，知道如何注册或更改用户信息、设置合理的安全密码，具备识别网络谣言和不良数据的基本能力。
3. 教学提示
互联网的构成及各种创新应用比较抽象、复杂，其背后的原理难以在义务教育阶段准确呈现和把握。教学中，教师应通过学生熟悉的互联网应用，利用现实世界中一些可理解、可类比的事物，帮助学生理解、掌握相关内容。在有条件的学校，教师应充分利用容易获得的工具，包括软件模拟器、简易开源硬件及网络分析器等，在学科专用教室或实验室中通过模拟、仿真、演示等数字化手段，营造尽量接近真实场景的各种网络环境，为学生的学习和探究创造条件。
（1）通过指导学生完成在线任务、学习使用各种网络工具等多种途径，使学生逐渐认识和了解互联网中数据的价值和特点，知道网络中数据编码、传输和呈现的直观原理，并尝试编辑加工所获取的网络信息，自主生成并共享有价值的原创网络信息。
例如，通过图解、动画等，将传统邮件与电子邮件的收发环节进行类比，辅助学生理解互联网数据的发送和接收原理，认识“协议”对于互通互联的重要价值。在开展信息搜索或网络视频播放等网络学习活动时，教师可引导学生思考在这些活动的背后，互联网TCP/IP协议是如何将复杂问题一步步分层、分解，直至细化到网络设备和具体算法能处理的程度的。
（2）互联网通过互联协议（一组共同约定并遵循的规则）将各种数字设备之间的互通互联及可靠数据传输问题进行逐层分解，每一层只完成相对简单的任务。充分利用实验室网络器材，指导学生搭建有特定功能的小型互联系统，使学生能够亲身体验互联网的组成特点和功能，认识网络协议对互联网的核心作用。让学生通过完成预设的学习任务，如安装网络软件、协作编写网络文档等，加深对互联网的理解。
（3）挑选若干具有互联网特点的典型应用，如在线课堂与在线学习、电子地图与导航工具、网络音乐和网络视频、在线协同写作等，指导学生通过与同类传统应用的对比分析，发现并逐步提炼其中的网络特性，以及互联所带来的创新功能、潜力和机会，初步体会“互联网＋”对未来数字经济发展的重要意义。
（4）针对某些特定应用场景，指导学生注册用户标识、设置合理密码、严格遵循身份验证流程、使用网盘备份文件、对重要数据文件和个人隐私信息的保存及传输进行加密等，帮助学生认识网络安全的重要性，掌握保护重要数据和个人信息的基本手段。
（二）物联网实践与探索
物联网的基本含义是“万物互联”，即在互联网的基础上，将人与人的互联延伸扩展到人与物、物与物的互联。物联网的出现极大地扩展了人们的生活、学习和工作空间，推动了物理世界与数字世界相互融合。物联网是继互联网之后的新型信息基础设施，是推动大数据和人工智能等信息科技发展与普及不可或缺的重要组成部分。
通过本模块的学习，学生能初步理解万物互联给人类信息社会带来的影响、机遇和挑战；了解物联网（特别是传感器系统）是连接物理世界与数字世界的纽带和媒介；了解物联网与互联网的异同、主要物联网协议，以及典型物联网应用的特点；能在信息科技与其他学科的学习中，有效利用基本物联网设备与平台；能设计并实现具有简单物联功能的数字系统。
本模块包括“从互联网到物联网”“物联网基本原理与功能”“物联网创新应用”“物联网安全”四部分内容。
1. 内容要求
（1）通过实例感受万物互联的场景，知道物联网与互联网的异同，认识到物联网的普及对学习和生活的影响。
（2）通过对身边真实应用场景中物联网的分析，认识物联网实现万物互联的基本原理。
（3）自觉遵守物联网实验的操作规程，会使用实验设备搭建物联系统原型，并能通过实验平台读取、发送、接收、汇集和使用数据。
（4）通过简易物联系统的设计与搭建，探索物联网中数据采集、处理、反馈控制等基本功能，体验物联网、大数据及人工智能的关系。
（5）了解身边的物联设备及其对塑造网络虚拟身份的作用，有意识地保护个人隐私，进行安全防护。
（6）了解物联网中发展自主可控技术的意义，了解自主可控生态体系对我国国家安全的重要作用。
2. 学业要求
能理解万物互联的含义，知道物联网协同互联网使实时定位、远程监控、分享众筹等新型服务和应用成为可能。根据学习任务的需要和可用的实验设备，设计并搭建具有数据采集、实时传输和简单控制功能的简易物联系统。能通过智能终端或编写程序，读取并处理含有物联功能设备中的数据，并进行适当反馈或控制。初步体会物联网与大数据、人工智能之间的关系，并利用相关知识解决一些跨学科的实际问题，认识物联网中自主可控技术的重要作用。
3. 教学提示
与互联网相比，物联网的协议、设备和终端结构简单，功能单一，直观易懂，支持物联协议的设备种类较多且容易获得，因此基于物联网的实验及应用场景比较容易搭建。根据教学需要，指导学生充分利用身边可用的实验设备设计搭建简易应用或原型系统，实现感知、交互及控制等有物联特色的功能，了解万物互联的途径，体验物联网技术的独特魅力。
（1）通过各种层次的多样化实例，包括自动驾驶、智能家居、可穿戴设备、网络收音机、智能班牌等，帮助学生感受万物互联的场景，了解物联网的原理及与互联网的异同，了解万物互联背后的基本思想。
（2）通过分析典型物联应用、使用物联设备、搭建简易物联系统等途径，指导学生实践并掌握从物联设备中读取、发送、接收和使用数据，并了解这些过程背后的物联协议及其主要特点。
（3）物联网技术的广泛应用将带来一些全新的挑战，如集成了多种高新技术的无人机和无人驾驶车已经日趋成熟，它们所带来的一系列潜在和现实的问题已经开始显现。例如，如何协调一队无人机的飞行，使之做出一致且优雅的特技动作？又如，针对无人驾驶车、有人驾驶车混行的交会路面，如何设计最合理的会车及让行规则？
通过真实或模拟的特定场景，帮助学生了解身边的物联设备对塑造网络虚拟身份的作用，使学生养成自觉保护个人隐私、树立维护虚拟数字世界秩序的意识，并引导学生拓展思路、勇于创新，共同憧憬并探究未来物联世界的奥秘。
（三）人工智能与智慧社会
人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。本模块介绍人工智能的基本概念和术语，通过生活中的人工智能应用，让学生理解人工智能的特点、优势和能力边界，知道人工智能与社会的关系，以及发展人工智能应遵循的伦理道德规范。智慧社会是在智慧城市普遍发展基础上形成的一种新型社会形态。智慧社会包括社会经济、政府治理和能源环境等领域，通过人工智能技术的广泛应用，智能化将全面渗透到社会的各个领域。
通过本模块的学习，学生能认识和感受到人工智能的魅力，知道人工智能发展必须遵循的伦理道德规范，也能认识到智慧社会这一新型社会形态下的新机遇与新挑战。
本模块包括“人工智能的基本概念和常见应用”“人工智能的实现方式”“智慧社会下人工智能的伦理、安全与发展”三部分内容。
1. 内容要求
（1）通过认识身边的人工智能应用，体会人工智能技术正在帮助人们以更便捷的方式投入学习、生活和工作中，感受人工智能技术的发展给人类社会带来的深刻影响。
（2）通过分析典型的人工智能应用场景，了解人工智能的基本特征及所依赖的数据、算法和算力三大技术基础。
（3）通过对比不同的人工智能应用场景，初步了解人工智能中的搜索、推理、预测和机器学习等不同实现方式。
（4）通过分析典型案例，对比计算机传统方法和人工智能方法处理同类问题的效果。
（5）通过体验人工智能的应用场景，了解人工智能带来的伦理与安全挑战，增强自我判断意识和责任感，做到与人工智能良好共处。
（6）通过各个领域的人工智能应用，了解智慧社会是集成了多种具有人工智能基础设施和服务的智能生态系统的新型社会形态，认识到为保障智慧社会的安全发展自主可控技术的必要性。
2. 学业要求
能识别身边的人工智能应用，理解人工智能与现实社会的联系。能列举人工智能的主要术语，了解人工智能的三大技术基础，知道目前常见的人工智能实现方式。知道人工智能可能的科技发展方向和安全挑战，了解智慧社会及自主可控技术的地位。
3. 教学提示
学生对人工智能会有想象和期待，课程要回应学生的期待。通过身边的人工智能应用场景，引导学生正确认识人工智能，并带领学生分析具体案例，让学生对所涉及的技术基础有所了解，在实际应用的体验中体会人工智能带来的社会变化和安全挑战。
（1）引导学生寻找和发现身边的人工智能应用，体会这些应用给学习和生活带来的便利，感受人工智能技术对人类社会的深刻影响，并能在教师的帮助下分析这些应用中体现的人工智能的基本特征及技术基础。
例如，我国自主研发的围棋人工智能程序“绝艺”，多次在世界计算机围棋大赛上获得冠军。“绝艺”诞生的初衷是帮助人们更好地认识围棋、学习围棋，通过科技创新使围棋运动焕发新的生命力，让更多的人关注围棋，在围棋领域中探索、成长。又如，某些语音服务产品能根据听到的内容作出相应的回答，各种交通工具和办事窗口中常见的人脸识别设备能正确识别乘客和办事人员的身份。
通过这些案例，与学生一起探索这些人工智能产品背后涉及的数据、算法和算力三大技术基础。
（2）通过对常见人工智能应用的分类和分析，引导学生发现其中存在的不同实现方式，认识各种实现方式的计算过程，了解其适用的场景。
例如，现实生活中判断某个人能否守时，通常是回忆此人以往的守时情况，并作出大致推断。这种利用经验来估算的方法，被称为经验法，是人类使用较为广泛的方法。如果是人工智能，它将根据相关的历史数据，如历次约定的日期、具体地点、交通工具、道路的拥堵情况等，进行数据建模，作出此人能否守时的预测，这是一种典型的机器学习过程。师生可以针对这一案例，深入开展讨论，对比传统方法和人工智能方法处理同类问题的效果。
（四）跨学科主题 互联智能设计
1. 向世界介绍我的学校
学生热爱自己的学校，希望向世界介绍自己的学校。互联网能让身处世界各地的人相互了解。学生可以综合运用不同媒介和社交媒体的表现方式，研究与对比不同数字化表现方式的功能和价值，通过编写学校互联网百科词条、创作学校相册、拍摄学校创意短视频、创建运维学校社交媒体、发布学校网页等多种方式介绍自己的学校；也可以结合时代发展分享对学校的未来规划与设计，向世界介绍自己理想中的未来学校。本主题综合运用信息科技、语文、英语、艺术等知识，让学生充满创意地完成该学习活动任务。
2. 无人机互联表演
互联网、物联网的不断发展为现实生活创造了诸多新思维、新模式、新方法、新平台。通过实物或平台模拟，学生进行无人机群组控制，感受新兴技术在各行各业中的应用创新，体会无人机对于智能交通、智能灌溉、智能运输的作用。通过教师引导，学生以小组合作的方式，分析无人机互联焰火表演的案例，并试着提出自己的新方案，感受物联网对未来的潜在影响。本主题综合运用信息科技、数学、物理、地理等知识，让学生体会信息科技带来的变革，感受科技自主可控创新和原始创新的重要性。
3. 在线数字气象站
天气预报是我们获取气象信息的主要途径，但是一个城市或区域的天气预报对校园这种小气候环境来说可能不够准确。通过物联网技术制作在线数字气象站，可以很好地解决这个问题。学生通过数字气象站中的各种传感器实时描绘校园气象的信息状态，探寻数据的变化规律，尝试得到一般性的结论；还可以将区域间多个数字气象站的信息进行汇总，发现更多的规律。本主题综合运用信息科技、地理、物理等知识，让学生感受在较长时间、较大空间和大量数据环境下提取有效信息、发现规律的一般过程。
4. 人工智能预测出行
人工智能正在对人们的学习、生活与工作，特别是解决问题的思维方式产生深刻影响。学生可以从感兴趣的问题出发设计活动，如预测在不同天气条件下，同伴会选择何种交通工具来到学校；采用多种方式收集多组数据，建构多维度数据集，初步运用人工智能的方式对同伴出行的交通工具进行预测。本主题综合运用信息科技、数学、物理、化学、生物学等知识，贴近学生生活，并能迁移到其他更多相似的场景应用中。
5. 未来智能场景畅想
智慧社会初见端倪，互联网、物联网和人工智能等信息科技对学习、生活、工作的影响正在扩大。通过跨学科主题学习活动，学生以小组合作的方式，立足环境变化、经济变化、能源变化等挑战性问题，大胆设想目前还没有实现的人工智能应用场景，畅想未来智能场景，设计未来智能产品方案，形成方案报告和方案可行性评估报告。教师可以采用产品方案模拟融资会、招标会、拍卖会等互动方式，运用多元评价，促进学生将发散思维与科学求证有机结合，促进科学与艺术的深度融合，引导学生正确认识人工智能对社会的影响，形成人工智能伦理、自主可控创新的意识。本主题综合运用信息科技、数学、物理、化学、生物学等知识，让学生跨学科思考，形成综合思维与创新意识。