基于探究理念的信息技術課程與教學創(chuàng)新

毛澄潔等

北京景山學校信息技術教研組在踐行“三個面向”的過程中，在北師大課程與教學論專家項華教授的數(shù)據(jù)探究理論的指導下，形成了基于探究式教學理念的信息技術課程與教學模式——景山學?！皵?shù)字科學家”校本選修課程。該課程是一種在數(shù)字環(huán)境下，以信息技術作為情感激勵工具和探索工具，旨在培養(yǎng)學生利用信息技術（硬件和軟件）探索世界的意識和能力的課程與教學模式。期望選修該課程的學生能夠對任何一個感興趣的問題，通過選用適當?shù)目茖W手段進行解決，從而成為一名自由的探索者。

“數(shù)字科學家”結合學生的知識基礎和認知發(fā)展水平，在突出趣味性和有益性的同時，突出數(shù)碼設備及“數(shù)字科學家”課程理念的滲透，并把最新的科技元素融入其中。教學內容如下。

第一單元：數(shù)字科學家概述（1課時）

第二單元：Scratch程序設計初步與簡單游戲制作（5課時）

第三單元：紙電路探究與創(chuàng)意制作（3課時）

第四單元：千云“超極鼠”探究學習（3課時）

第五單元：反應時間的測量與研究（4課時）

第六單元：人面探秘（Face to face， Eye to Eye）（2課時）

本課程采用基于問題的小組探究式學習，即“教師主導，學生主體”的探究學習模式。下面以“機械按鍵反應時間的測量”一課為例，介紹我們的教學實踐與思考。

“機械按鍵反應時間的測量”的教學設計

（一）教學任務分析與教學目標

本課程是七年級的選修課程，學生是在對課程有所了解的基礎上自主選擇的。本學期由于課時的安排，每周只有1課時，本單元之前，學生對探究性學習的基本過程有所了解，會撰寫簡單的研究報告，但還沒有系統(tǒng)地進行過數(shù)據(jù)處理方面的訓練。根據(jù)學生情況，我們制定本課教學目標如下。

知識與能力：知道反應時間的內涵；掌握并利用Scratch編寫測量機械連續(xù)按鍵時間的程序；知道描述數(shù)據(jù)的基本方法：三值法和圖像法。

過程與方法：通過小游戲得出反應時間的內涵，體驗從具體到抽象及抽象概念建立的方法；通過教師演示及課堂實踐初步掌握Excel的求差、求平均值、最大值及最小值的方法；通過分析數(shù)據(jù)得出實驗結論的數(shù)據(jù)分析方法。

情感、態(tài)度與價值觀：激發(fā)學生探究反應時間的積極性；加強小組合作的意識；通過實際的學習活動，建立起定性研究和定量研究的意識。

（二）教學過程設計與教學實踐

教學環(huán)節(jié)一：新課導入

直接導入課題，利用課題引出問題：什么是反應時間？如何測量反應時間？

教學環(huán)節(jié)二：反應時間概念的探究

（1）“蘿卜蘿卜蹲”游戲活動探究反應時間內涵

請四名學生在講臺前站成一排，教師給他們分配角色，分別為：紅蘿卜、黃蘿卜、白蘿卜以及綠蘿卜。教師說明規(guī)則（聽到自己對應的顏色后下蹲）后，游戲開始。隨著“紅蘿卜蹲，紅蘿卜蹲完黃蘿卜蹲......”的口令，學生們進行游戲，學生聽口令，通過正確完成動作的質量、快慢最終分出勝負，其他同學觀察比賽同學的表現(xiàn)，參與評判。

（2）按小組進行交流討論

分析游戲動作，說一說：什么是反應時間？我們是如何測量反應時間的？

（3）師生交流，探討反應時間的概念

分析游戲動作，學生經(jīng)討論很快得出了反應時間的三個過程，即感應器（人耳）接收信息的過程；中央處理器（人腦）分析信息、做出判斷的過程；執(zhí)行機構（四肢等）做出反應的過程。這三個過程所用的時間，就是完成這個動作的反應時間。

（4）教師繼續(xù)質疑，引發(fā)思考

教師：剛才的游戲過程中，我們測量了同學的反應時間嗎？如何測量的？測量的結果是什么？

引導學生回答測量，采用的是觀察法，定性的測量，結果是誰比較快；從而引入定性觀察的測量與研究方法。

教學環(huán)節(jié)三：記錄每次機械按鍵的時刻

（1）提出問題

教師：這節(jié)課我們要來進行測量的是“機械按鍵的反應時間”。對于機械按鍵，同學們能夠提出什么樣的問題？

事件過程：一聲令下，右手食指開始按空格鍵，之后不斷地按，越快越好。

如何測量機械按鍵的反應時間？今天我們要用Scratch來設計一個測量裝置以完成這一測量。

（2）測定按鍵反應的實驗裝置設計

原理：當按下空格鍵（或其他鍵）時，計時器便記錄下當時的時刻，并加入到已經(jīng)設定好的時間鏈表中，相鄰兩次時間數(shù)據(jù)之差即為連續(xù)按鍵的反應時間。

（4）學生實驗

用Scratch編程制作時間測量裝置，設計好后進行試驗測試。記錄按鍵時刻，采用競賽的方式，每位學生記錄自己30秒鐘的按鍵次數(shù)和時刻。

教學環(huán)節(jié)四：數(shù)據(jù)的導出與處理

（1）導出數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)表

教師演示：time.txt。

啟動Excel，建立數(shù)據(jù)表 。

（2）用函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理

教師演示：用Excel處理數(shù)據(jù)（求差、求平均、求最大、求最?。?/p>

（3）建立散點圖：認真觀察，模仿操作

（4）匯總數(shù)據(jù)

匯總小組內學生的每組數(shù)據(jù)（三值）。

教學環(huán)節(jié)五：應用數(shù)據(jù)，撰寫研究報告

（1）教師指導報告寫法：復制數(shù)據(jù)，做簡單數(shù)據(jù)分析。例如，我30秒內的機械按鍵次數(shù)是168次，最快一次是0.02秒，最慢的一次是1秒。按照老師給定的標準，我的反應水平是正常的。

每個人撰寫個人報告，小組負責人匯總小組數(shù)據(jù)，撰寫小組報告。

（2）展示交流：挑最快完成的2個小組進行展示匯報。

教學環(huán)節(jié)六：本課小結

（1）學生說本節(jié)課收獲。（2）教師回顧性總結。（3）課外拓展：測量其他的手指和其他人機械按鍵反應時間；反應時間還有什么樣的類型？如何測量？

教學反思

1.本課是數(shù)字科學家課程的典型課例，教師從課題引入概念性問題，在學生對概念理解不清楚的情況之下，讓學生帶著問題，玩“蘿卜蘿卜蹲”游戲。通過小組討論和交流分析游戲動作，學生得出了反應過程的環(huán)節(jié)和相應的反應時間。師生在共同交流中了解定性觀察的測量方法。接著教師提示今天要測量的是每位學生自己的機械按鍵反應時間，分析動作過程，明確測量目標。教師演示并指導學生利用Scratch設計出能夠記錄每次按空格鍵時刻的計時測量裝置。通過學生示范數(shù)據(jù)采集的方式，讓全體學生測試自己30秒內的按鍵次數(shù)和時刻。教師演示并指導學生導出數(shù)據(jù)，并利用Excel進行數(shù)據(jù)的處理，求出每一次按鍵的反應時間。接著提出問題：如何描述數(shù)量比較大的一組數(shù)據(jù)？三值法看數(shù)據(jù)值的區(qū)域和平均水平，圖像法（散點圖）看每一個數(shù)據(jù)的變化趨勢，這是典型的定量研究的方法。讓學生求自己反應時間數(shù)據(jù)的最大值、最小值和平均值，做出相應的數(shù)據(jù)散點圖像。提出分析數(shù)據(jù)的探究報告，要求學生復制自己反應時間的特征數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行描述與分析，完成研究報告；最后進行交流共享。

2.通過游戲體驗和理解科學概念、測量方法。學生在“蘿卜蘿卜蹲”游戲過程中體驗理解科學概念，觀察比較快慢——定性研究；設計實驗裝置，獲取數(shù)據(jù)、處理分析數(shù)據(jù)——定量研究。體現(xiàn)了“數(shù)字科學家”課程理念中的科學素養(yǎng)與信息素養(yǎng)融合培養(yǎng)的理念。

3.學生很喜歡這樣的探究活動課，談到收獲與體會時，學生的反饋是：我知道了可以用Scratch測量反應時間，并且還可以編游戲、制作動畫片等；最有意思的是連續(xù)按空格的練習和蘿卜蘿卜蹲的游戲；學會了如何測出自己的反應時間。利用大腦向四肢，傳輸數(shù)據(jù)或指令的速度，是反應速度；測量方法是利用鍵盤傳感器來進行測量的；最有意思的是Scratch能測按鍵時間，原來以為只能編游戲呢；像科學家一樣地做探究寫報告，太有成就感了。