聚焦核心素養(yǎng) 注重探究實踐
——《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》解讀

吳旭日

（廈門第一中學，福建 廈門 361003）

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）與《普通高中信息技術課程標準（2003實驗版）》相比，從內容的廣度、深度，到知識的層次結構，都發(fā)生了很大的變化，不僅融入了許多信息技術的前沿技術，而且對學生信息處理能力提出了更高要求?？梢哉f，信息技術是新一輪高中課程改革中，內容和結構變化最大的學科，是對信息技術課程的重建。

一、課程的目標和要求不同

在2003年版課程標準中，課程的主要目標是提升學生的信息素養(yǎng)；掌握基本的信息技術技能；學會運用信息技術促進交流與合作；明確信息社會公民的權利與義務、倫理與法規(guī)，為適應未來學習型社會提供必要保證。［1］采用的信息處理工具以Windows XP、OFFICE2000、Visual Basic6.0和 Access2003等軟件為主。

新課標以學科核心素養(yǎng)的分級體系為依據，旨在提升學生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新和信息社會責任。其中，信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力；計算思維是采用計算機方式界定問題，運用合理的算法形成解決問題的方案，并遷移到與之相關的其他問題解決中；數(shù)字化學習與創(chuàng)新是指將信息技術作為工具，去學習和創(chuàng)新；信息社會責任是指信息社會中的個體在文化修養(yǎng)、道德規(guī)范和行為自律等方面應盡的責任。［2］

新舊課標的共同目標都是提升學生的信息素養(yǎng)。舊課標重在信息技術技能的掌握與應用，新課標強調構建具有時代特征的學習內容，兼顧理論學習和實踐應用，將知識建構、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入到運用數(shù)字化工具解決問題過程中，讓學生體驗知識的社會性建構，成為具有較高信息素養(yǎng)的公民。［2］

二、課程的內容和結構發(fā)生了變化

新課標由必修、選擇性必修和選修三類課程共10個模塊組成。其中，必修模塊為“數(shù)據與計算”和“信息系統(tǒng)與社會”，共3學分54課時，并以此作為學科學業(yè)水平合格性考試依據。［2］

新增6個選擇性必修課程模塊，每個模塊2學分，作為必修課程的拓展與加深。學生可在修滿必修學分的基礎上，根據能力和發(fā)展需要選學相關模塊。其中數(shù)據與數(shù)據結構、網絡基礎、數(shù)據管理與分析作為學科學業(yè)水平等級性考試的依據，人工智能初步、三維設計與創(chuàng)意、開源硬件項目設計三個模塊作為綜合素質評價的內容，以便更好滿足學生升學和個性化發(fā)展的需要。［2］

選修課程包括算法初步和移動應用設計2個模塊，為滿足學生的興趣愛好、學業(yè)發(fā)展、職業(yè)選擇而開設，并列入學生綜合素質評價的內容。［2］

課程標準的調整，不僅使課程設置更具有科學性、實用性和合理性，而且兼顧了學生的個性發(fā)展與升學需要，凸顯學科核心素養(yǎng)，滿足數(shù)字化時代對創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需求，是具有一定前瞻性和開拓性的調整，必將對今后信息技術教學及應用產生深遠影響。

新課標以數(shù)據為核心，圍繞數(shù)據、數(shù)據處理、數(shù)據應用和項目探究，通過提供豐富資源，幫助學生掌握概念，了解原理，認識價值，學會分析問題，形成多元理解能力，并能利用數(shù)字化環(huán)境進行學習和創(chuàng)新，是一種新型的學習方式。

新課標提倡以項目探究和學生活動為導向，通過項目引言讓學生了解探究項目的內容和要求，引導學生帶著問題去思考和探究；通過列舉與探究項目相關的活動，引導學生對知識進行總結和遷移；通過布置面向真實情境的相關任務，鼓勵學生綜合運用所學知識和技能，利用數(shù)字化環(huán)境解決問題，養(yǎng)成獨立思考的習慣。

三、課程的編排和設計更貼近學生需求

在大數(shù)據時代，人們的生活離不開數(shù)據，而每個人產生的數(shù)據反過來又會影響其他人的生活。百度地圖和高德地圖不間斷地收集著路面交通實時數(shù)據，這些數(shù)據會對你的交通規(guī)劃產生影響；你在淘寶或京東網站上的購物記錄和顧客對商品的評價情況，也會影響你和他人對商品的選擇和購買。在信息社會，學會對數(shù)據進行采集、編碼、存儲、分析和處理，讓這些數(shù)據更好地為自己服務，是一項基本技能，也是信息素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。

新課標從數(shù)據、數(shù)據采集、數(shù)據分析以及如何利用大數(shù)據來獲取有用信息出發(fā)，通過列舉生活中常見的信息技術應用案例，讓學生了解隱藏在數(shù)據背后的重要信息。例如，可以通過探究“夜間燈光分布衛(wèi)星圖”等活動，讓學生了解夜晚城市燈光亮度分布情況及圖中蘊含的其它信息，探尋夜間燈光分布的規(guī)律及其原因，找出夜間燈光與能源消耗、人口增長和GDP增長三者間的關系，學會數(shù)據分析的一般過程。

數(shù)據編碼和表示是數(shù)據處理的基礎，通過“了解身份證號的編碼規(guī)則”和“認識并制作二維碼”等活動，讓學生認識了數(shù)據的編碼方式和運算法則，知道二進制在信息編碼中的重要作用。通過探究“聲音數(shù)字化參數(shù)對音頻文件的影響”和“圖像數(shù)字化的過程和方法”等活動，使學生對聲音和圖像文件的數(shù)字化表示方法有了進一步的了解，增強了學習的興趣。

數(shù)據并不是一堆枯燥無味的數(shù)字，深入挖掘數(shù)據背后隱藏的東西，可獲取更多有用信息，數(shù)據處理與應用是信息技術的終極目標。例如，在智能停車場中，停車引導和車輛收費是其中最重要的兩個環(huán)節(jié)。智能停車系統(tǒng)能夠自動記錄車輛占位和停車時間等信息，實現(xiàn)無人值守，自動收費。同時，系統(tǒng)還應該和其他智能停車場實現(xiàn)數(shù)據共享，構成智能城市停車系統(tǒng)，引導附近車輛快速找到停車位，提高車位利用率。通過探究“認識智能停車場中的數(shù)據處理”等活動，讓學生經歷了數(shù)據處理的一般過程，體驗真實環(huán)境中數(shù)據的處理方法，感受了數(shù)據處理的全過程。通過這些探究活動，學生還可以學到利用超聲波和攝像頭等傳感器采集數(shù)據，采用“問卷星”等手段在網上快速搜集數(shù)據的方法，信息處理能力得到進一步提升。

人工智能是一門新興學科。近年來，隨著大數(shù)據的廣泛應用和智能算法的不斷改進，人工智能技術得到了空前的發(fā)展。現(xiàn)在，機器人、無人駕駛、刷臉支付、語音識別、機器翻譯、智能識圖等應用已經走進百姓生活。人工智能正以一種超乎想象的方式，對人們的生活產生深遠的影響。通過探究“了解手寫數(shù)字識別”等活動，讓學生體驗從數(shù)據采集、特征提取、模型建立，到文字識別等人工智能的處理過程，了解機器學習，認識人工智能對社會發(fā)展的巨大影響。

四、課程的教學和評價建議

1.注意數(shù)字化環(huán)境下的學習與創(chuàng)新

數(shù)字化學習與創(chuàng)新是指充分運用數(shù)字化資源、數(shù)字化工具和數(shù)字化平臺，開展自主學習與群體協(xié)作，并在不斷進行創(chuàng)造創(chuàng)新的過程中所具備的基本技能和必備品格。［3］

數(shù)字化學習與創(chuàng)新是信息技術課程核心素養(yǎng)之一。一方面，教師要創(chuàng)設一個良好的數(shù)字化學習環(huán)境，提供豐富的課程資源，將現(xiàn)實空間和虛擬空間相結合，拓寬師生互動交流渠道，用“互聯(lián)網+”思維構建學生的可持續(xù)發(fā)展空間。另一方面，教師要了解各種數(shù)字化學習系統(tǒng)、學習資源和學習工具，鼓勵學生利用數(shù)字化環(huán)境展開自主學習、交流分享與創(chuàng)新創(chuàng)造，有效地管理學習過程和學習資源，創(chuàng)造性地解決問題，完成學習任務。例如，教師可以利用在線網絡學習平臺進行自主學習；利用移動終端實現(xiàn)遠程學習和翻轉課堂；加入特定論壇社區(qū)或社交網絡與其他人交流互動，構建學習共同體；使用思維導圖對探究項目進行分析和發(fā)散思維；利用其它數(shù)字化技術為思維創(chuàng)新提供更廣闊空間，如將開源硬件、三維打印、激光切割、數(shù)控機床等工具納入創(chuàng)新活動中。

2.重視計算思維能力的培養(yǎng)與訓練

計算思維是課程核心素養(yǎng)的重要組成部分，具備計算思維的學生可以用計算機處理的方式建立結構模型，設計合理算法，從而形成問題的解決方案，解決現(xiàn)實生活中遇到的問題。

Python一種是面向對象的解釋性程序設計語言，也是一種適合初學者學習的計算機語言，廣泛地應用于科學計算、數(shù)據處理、網站開發(fā)、網絡編程、圖形處理、人工智能等領域，是開源項目的優(yōu)秀代表。課程以Python語言為編程工具，通過問題分析與算法設計，解決現(xiàn)實生活中遇到的相關問題，培養(yǎng)計算思維能力。

下面我們以計算圓周率為例，探究不同算法對圓周率計算精度的影響。

當 n=10，π =3.141106021601377；當 n=50，π =3.1415926535897922

算法1簡單明了，容易實現(xiàn)，但運算速度慢，計算精度差，當n取10000時，才得到3位小數(shù)精度。算法2看起來稍顯復雜，若仔細觀察，并不難找出其中規(guī)律，編程難度也不大，但程序效率卻有了驚人的提高，當n取10時，可以達到3位小數(shù)精度，當n取50時，可以得到14位的計算精度。通過對圓周率不同算法的探究編程，學生親歷了計算思維的過程，感受不同算法對圓周率計算的影響，計算思維能力得到了鍛煉和加強。

3.利用三維設計培養(yǎng)學生的創(chuàng)客精神

三維設計作為一種立體化、形象化的新興設計方法，已經成為新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設計平臺的重要基礎。三維設計方法的學習與應用，既有利于培養(yǎng)學生的空間想象能力，也有利于發(fā)展學生科學、技術、工程、人文藝術、數(shù)學等學科綜合性的思維能力。［2］為此，新的課程標準將三維設計列入選擇性必修課中。

創(chuàng)客是一種回歸生活，指向“創(chuàng)造”的教育；是一種直面生存，表達智慧的綜合教育。其教學過程遵循“創(chuàng)造”實踐的規(guī)律，融合STEAM（科學、技術、工程、藝術、數(shù)學）教育理念，是在充滿畫筆、電線、3D打印機等科技產品的創(chuàng)新實驗室內開設集設計、創(chuàng)造、3D打印為一體的“邊學邊做”課程。

LogoUp 3D是一款符合教育部中《小學綜合實踐活動課程指導綱要》及福建省教育廳基礎教育處〔2017〕66號文件規(guī)定的三維程序式編程軟件，它繼承上世紀70年代開始風靡全球教育界的LOGO語言“海龜繪圖”的思想精髓，利用命令控制“小海龜”移動，實現(xiàn)圖形的繪制。

LogoUp 3D將LOGO由二維拓展到三維空間，引入現(xiàn)代語法和Scratch式的積木設計，實現(xiàn)專門面向3D打印的復雜結構和自由曲面的設計。它通過“繪圖”的方式來學習編程，圖形給予了編程直觀體驗和設計目標，是培養(yǎng)學生創(chuàng)客精神和計算思維的一個得力工具。

例3：得用LogoUp 3D繪制“牟比烏斯圈”

WIDTH 8 //設置筆畫寬度

GO-25 //后退

DRAW//開始繪制

GO 50 //向前走繪制直線

DONE//結束繪制筆畫

PITCH 90 //將繪圖板仰起90度

VAR i=0 //設置變量初始值

BODY//開始繪制實體

REPEAT 360 //重復執(zhí)行360次

COLOR HSV(i,100,100)

//設置一個漂亮顏色

JUMP 2 //向上方跳躍2毫米

YAW 1 //水平姿態(tài)旋轉1度

ROLL 1.5 //繞自身軸旋轉1.5度

LINK//連接上一草圖繪制外壁

i=i+1 //顏色控制變量增加1

END //重復執(zhí)行360次

DONE//結束實體繪制

利用LogoUp 3D繪制三維圖形，編寫的每一個語句，都能實時地在三維圖形中顯示出來，實現(xiàn)所見即所得，有利于學生思維活動的展現(xiàn)和創(chuàng)新意識的提高，讓每個學生都有機會將自己的創(chuàng)意轉變?yōu)楝F(xiàn)實。

4.注重教學過程引導和評價

教學時，教師應該聚焦學科核心素養(yǎng)，把握項目的學習本質，創(chuàng)設數(shù)字化學習環(huán)境，讓學生養(yǎng)成終身學習的好習慣。重視教學組織形式，時刻牢記學生是項目探究的主體，是項目探究的設計者和實施者，學生應該在項目的不斷嘗試和探究中找出解決問題的辦法，促進思維能力的發(fā)展。此外，教師還要注意對學生進行個性化的學習指導，創(chuàng)建網絡學習空間，通過組建互助小組，引導學生在交流互助中提升思維和創(chuàng)新能力。

評價時，應該注意評價方式對學生積極性的影響，注意評價方式的多元性，評價內容的合理性以及評價手段的過程性。評價可采用賞識性評價，少用批評性評價。同時，教師應該根據課程重要性及難易程度，對必修課、選擇性必修課和選修課在評價設計和實施上采用不同的評價方法。對于要求所有人都必需掌握的必修課，可結合網絡學習平臺進行學習和測試，重視學習結果的反饋與互動。對于其他課程，可采用分層教學，適度設置一些開放性議題，讓學有余力學生進行學習和探究，多維度評價學生的學習狀態(tài)，促進學生學科素養(yǎng)的全面提升。