高中信息技術(shù)必修模塊1“數(shù)據(jù)與計(jì)算”教學(xué)概述

熊雪亭

新一輪高中課程改革在北京地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了兩年嘗試，高中信息技術(shù)教師在探索中積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對高中信息技術(shù)必修模塊1“數(shù)據(jù)與計(jì)算”的教學(xué)有了一些初步認(rèn)識(shí)。

● 內(nèi)容特點(diǎn)

1.從課程結(jié)構(gòu)看必修模塊的共同特點(diǎn)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）在上一版的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，調(diào)整后的課程分為必修課程、選擇性必修課程和選修課程三類。必修模塊課程旨在構(gòu)建信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的共同基礎(chǔ)，滿足高中畢業(yè)基本要求。高中信息技術(shù)必修課程是普通高中生信息素養(yǎng)發(fā)展的共同基礎(chǔ)，是全體高中學(xué)生必須修習(xí)的課程，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)力。

高中信息技術(shù)學(xué)科必修課程包括“數(shù)據(jù)與計(jì)算”和“信息系統(tǒng)與社會(huì)”兩個(gè)模塊。數(shù)據(jù)與計(jì)算模塊是高中信息技術(shù)必修課程的第一個(gè)模塊，也是學(xué)習(xí)其他模塊的基礎(chǔ)，因此本模塊的基礎(chǔ)性和重要性不言而喻。開好頭，可以更好地引發(fā)學(xué)生對本學(xué)科的興趣。

2.從內(nèi)容結(jié)構(gòu)看本模塊的內(nèi)容組成特點(diǎn)

新課標(biāo)優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，同時(shí)也更新了教學(xué)內(nèi)容。新課標(biāo)進(jìn)一步精選了學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，建構(gòu)了學(xué)科大概念的體系。數(shù)據(jù)與計(jì)算模塊按照“明晰核心概念—突出學(xué)科方法—關(guān)注工具應(yīng)用—促進(jìn)素養(yǎng)形成”的思路，從數(shù)據(jù)與信息、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、算法與程序?qū)崿F(xiàn)三個(gè)方面設(shè)計(jì)了本模塊的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

（1）基礎(chǔ)性

本模塊內(nèi)容的基礎(chǔ)性主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)與計(jì)算模塊主要圍繞著數(shù)據(jù)和算法這兩個(gè)學(xué)科大概念展開，建立了包含數(shù)據(jù)、信息、算法、程序在內(nèi)的核心概念體系。而學(xué)科大概念是學(xué)科理論體系中最基礎(chǔ)、最基本的概念，統(tǒng)攝了整個(gè)課程的知識(shí)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)是最重要的學(xué)科大概念之一，它自始至終貫穿高中信息技術(shù)整套教材。除此之外，模塊中還有一個(gè)與數(shù)據(jù)關(guān)系非常密切的核心概念——信息。信息也是這個(gè)模塊中最基礎(chǔ)、最重要的核心概念。二者之間的關(guān)系是：數(shù)據(jù)是反映客觀事物屬性的記錄，是信息的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理提煉之后，就成為信息;而信息容身于數(shù)據(jù)之中才能被存儲(chǔ)和傳輸。通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解數(shù)據(jù)與信息之間的相互關(guān)系。算法也是本模塊重點(diǎn)學(xué)習(xí)的學(xué)科大概念。算法可以被理解成為“計(jì)算的方法和技巧”，在計(jì)算機(jī)中的算法大多數(shù)指的就是一段或者幾段程序，告訴計(jì)算機(jī)用什么樣的邏輯和步驟來處理數(shù)據(jù)和計(jì)算，然后得到處理的結(jié)果。通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生要能概述算法的概念與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法。

（2）經(jīng)典性

信息技術(shù)發(fā)展迅猛，新技術(shù)新內(nèi)容不斷涌現(xiàn)。新課標(biāo)在更新了大量教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也保留一些學(xué)科教學(xué)中的經(jīng)典內(nèi)容。

計(jì)算機(jī)是加工處理數(shù)據(jù)和信息的主要工具。要想了解豐富多彩的信息如何經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)變成方便計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)，被存儲(chǔ)和處理、加工、傳輸，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理的了解必不可少。通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生要能了解在數(shù)字化工具中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一般原理和方法。

要想更深入地理解計(jì)算機(jī)處理現(xiàn)實(shí)問題的一般過程，必須學(xué)習(xí)一種程序設(shè)計(jì)語言的基本知識(shí)，初步掌握用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)簡單算法，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的基本流程，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。

（3）時(shí)代性

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以大數(shù)據(jù)和人工智能為代表的前沿信息技術(shù)備受各界關(guān)注，應(yīng)用也越來越廣泛。新課標(biāo)在必修模塊1中加入了大數(shù)據(jù)和人工智能等內(nèi)容，充分體現(xiàn)了新課程的時(shí)代性。

3.從課標(biāo)要求看本模塊的內(nèi)容實(shí)施特點(diǎn)

（1）鼓勵(lì)教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境

新課標(biāo)中對本模塊提出了八條具體內(nèi)容要求，每一條內(nèi)容要求在陳述上，都會(huì)預(yù)設(shè)一定的學(xué)習(xí)情境，如第一條內(nèi)容要求中出現(xiàn)了“在具體感知數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上”學(xué)習(xí)情境。這種表達(dá)方式，從側(cè)面反映出此次課改的目標(biāo)和方向。我們倡導(dǎo)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，鼓勵(lì)學(xué)生在不同的問題中，運(yùn)用計(jì)算思維來形成問題解決的方案，體驗(yàn)信息技術(shù)行業(yè)實(shí)踐者真實(shí)的工作模式和思考方式，重視學(xué)生全方面的培養(yǎng)，最終落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）強(qiáng)調(diào)要通過項(xiàng)目教學(xué)法開展教學(xué)

課程標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)提示和教學(xué)建議中，表達(dá)出了同樣的觀點(diǎn)。希望在模塊教學(xué)中避免信息知識(shí)的機(jī)械接受，通過項(xiàng)目教學(xué)法開展教學(xué)，突出學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)全面發(fā)展的人。在各個(gè)版本的教材中，每個(gè)單元都會(huì)以一個(gè)項(xiàng)目來貫穿學(xué)習(xí)歷程。

以人教-中圖版《數(shù)據(jù)與計(jì)算》教材為例，必修模塊中四個(gè)單元，分別以體質(zhì)數(shù)據(jù)促健康、編程控?zé)衾鲂?、用水分析助決策、智能交互益拓展主題學(xué)習(xí)項(xiàng)目來開展和學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方式以解決問題為導(dǎo)向開展新知學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，很大程度上還原了學(xué)習(xí)的本質(zhì)。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，在基于真實(shí)情境的問題解決中，整合了知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在研究中提升學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

因此，本模塊在實(shí)施過程中鼓勵(lì)創(chuàng)設(shè)問題情境，開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，在真實(shí)問題的解決過程中，學(xué)習(xí)、理解、實(shí)踐、創(chuàng)新，掌握學(xué)科知識(shí)，提升學(xué)科能力，感受到信息技術(shù)對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，全方面提升自己的學(xué)科核心素養(yǎng)。

● 質(zhì)量要求

課程評價(jià)是課程實(shí)施過程中不可或缺的環(huán)節(jié)?！稑?biāo)準(zhǔn)》的一大亮點(diǎn)是增加了“學(xué)業(yè)質(zhì)量”部分，制定了信息技術(shù)學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)業(yè)質(zhì)量是學(xué)生在完成相應(yīng)課程學(xué)習(xí)之后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)。信息技術(shù)學(xué)科學(xué)業(yè)質(zhì)量是學(xué)生在某學(xué)段的學(xué)習(xí)后應(yīng)達(dá)到的且可測評的學(xué)習(xí)結(jié)果。學(xué)業(yè)質(zhì)量水平完成了“教到什么程度”和“學(xué)到什么程度才算好”的細(xì)化。在描述上，高中信息技術(shù)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平共有4級(jí)，每級(jí)水平都從學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面對學(xué)生應(yīng)達(dá)到的能力進(jìn)行了闡釋，讓教師以此為抓手，更好地完成針對課程內(nèi)容的教學(xué)。

必修課程以信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)質(zhì)量水平1為目標(biāo)制定評價(jià)方案，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)必修課程的學(xué)業(yè)質(zhì)量描述，結(jié)合當(dāng)?shù)貙W(xué)生的學(xué)習(xí)情況制定，通常達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2，即為學(xué)業(yè)水平合格。但是在具體的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的有效落實(shí)、學(xué)業(yè)質(zhì)量的評價(jià)，還面臨著諸多困難。同一個(gè)學(xué)業(yè)內(nèi)容的不同等級(jí)如何界定和把握，對教師來說是個(gè)新課題。

● 教學(xué)規(guī)劃

《標(biāo)準(zhǔn)》中，要求高中信息技術(shù)必修課程的學(xué)分為3學(xué)分，每學(xué)分18課時(shí)，共54課時(shí)。而兩個(gè)必修模塊設(shè)計(jì)的總課時(shí)是72課時(shí)，這就需要教師在實(shí)際教學(xué)中，合理分配時(shí)間，規(guī)劃好兩個(gè)模塊的教學(xué)，為兩個(gè)模塊制訂一個(gè)符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的整體教學(xué)規(guī)劃方案。通過兩年的實(shí)踐，我們總結(jié)出如下規(guī)劃方案。

1.對等雙縮減方案

兩個(gè)必修模塊通過精簡、合并等方式各縮減9課時(shí)，必修1、必修2各27課時(shí)。精簡后必修模塊1課時(shí)分配如表1所示。

2.2∶1縮減方案

根據(jù)兩個(gè)模塊的內(nèi)容特點(diǎn)，可以通過精簡、合并等方式，將必修1縮減6課時(shí)，必修2縮減12課時(shí)。精簡后必修1課時(shí)為30課時(shí)，必修2課時(shí)為24課時(shí)。精簡后必修模塊1課時(shí)分配如表2所示。

兩種方案都需要精簡必修模塊1內(nèi)容。必修模塊1內(nèi)容精簡方案可以采取“Python+專題案例”的方式來學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。要想將必修模塊1中的數(shù)據(jù)與信息、算法與程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用三部分內(nèi)容進(jìn)行精簡，可以Python為主線，串聯(lián)起三部分內(nèi)容。首先學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)知識(shí)，然后借助Python數(shù)據(jù)編碼程序案例學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理，借助Python數(shù)據(jù)處理程序案例學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，借助Python人工智能程序案例學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)內(nèi)容。這種方案的優(yōu)勢有二：輕松解決課時(shí)緊張的難題;不斷重溫Python語言，防止Python學(xué)完之后，長時(shí)間不使用易遺忘的現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.壓縮冗余方案

將必修1和必修2中有重疊或可部分替換的部分內(nèi)容進(jìn)行壓縮。此方案將兩個(gè)必修模塊的內(nèi)容根據(jù)需要打亂、融合成一個(gè)整體，壓縮重組，產(chǎn)生新的規(guī)劃方案。配置好開源硬件+Python實(shí)驗(yàn)環(huán)境的話，可以嘗試將必修2中的信息系統(tǒng)內(nèi)容與必修1的數(shù)據(jù)處理和算法程序部分相融合。具體方案三步走：第一步，以開源硬件為載體，學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)設(shè)施;第二步，基于硬件環(huán)境，學(xué)習(xí)Python語言基礎(chǔ)知識(shí);第三步，以硬件和Python語言為平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)處理、人工智能、信息系統(tǒng)等部分內(nèi)容的相關(guān)案例的分析來承載這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這種方案的優(yōu)勢在于內(nèi)容融合度高，時(shí)間大幅度精簡，效果也同時(shí)得以保證。

除了上述三種方案，還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況產(chǎn)生更多符合當(dāng)?shù)亟虒W(xué)的規(guī)劃方案。如對于數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境完備，且學(xué)生具備一定的自主學(xué)習(xí)能力的地區(qū)，可以采取課堂教學(xué)+課后自主學(xué)習(xí)的方式。有些地區(qū)如果學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)相當(dāng)不錯(cuò)且接受能力極強(qiáng)，還可以采取增加選必方案。通過增加選擇性必修模塊，將必修1及必修2中被選擇性必修模塊所覆蓋的內(nèi)容進(jìn)行縮減。

● 教學(xué)策略

1.創(chuàng)建良好的學(xué)科教學(xué)環(huán)境

學(xué)科環(huán)境的建設(shè)問題包括信息技術(shù)教室、信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)帶寬等支撐信息技術(shù)課程教學(xué)的必要設(shè)施、設(shè)備和軟硬條件。必修1中Python語言的學(xué)習(xí)需要的信息技術(shù)教室，需要配置Python語言編程環(huán)境。數(shù)據(jù)處理部分的內(nèi)容需要安排學(xué)生體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)和利用傳感器采集數(shù)據(jù)等學(xué)科實(shí)驗(yàn)，這就需要相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和上網(wǎng)環(huán)境，需要信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和開源硬件等設(shè)備。

2.開發(fā)和創(chuàng)新教學(xué)形式

在本模塊的教學(xué)中，教師可借助多種教學(xué)手段，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中探究和學(xué)習(xí)。

例如，有的教師在教學(xué)“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”時(shí)，圍繞一個(gè)購物消費(fèi)需求項(xiàng)目開展教學(xué)，項(xiàng)目按照由淺入深的方式，將算法思想和編程的知識(shí)巧妙融入，問題與學(xué)生生活實(shí)際緊密相連。在學(xué)習(xí)過程中，隨著一個(gè)個(gè)問題的解決，學(xué)生的知識(shí)和技術(shù)自然地得到訓(xùn)練，獲得感、成就感油然而生。

再如，有的教師在配備了相應(yīng)的學(xué)科實(shí)驗(yàn)設(shè)備的前提下，同樣開展算法與程序?qū)崿F(xiàn)的學(xué)習(xí)，教學(xué)采取軟硬結(jié)合的方式展開。通過溫濕傳感器灌溉系統(tǒng)來理解和學(xué)習(xí)分支結(jié)構(gòu)，如果溫濕度條件滿足，則打開閥門，否則關(guān)閉。利用Python語言來控制硬件設(shè)備的運(yùn)行，從而更好地學(xué)習(xí)和理解分支控制結(jié)構(gòu)。這是將必修1和必修2內(nèi)容有機(jī)融合，利用Python語言來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，從而解決實(shí)際生活中的問題。

教學(xué)策略具有靈活性，教學(xué)策略的運(yùn)用要隨著問題情境、目標(biāo)、內(nèi)容和教學(xué)對象的變化而變化。因此在實(shí)際教學(xué)過程中，教師要考慮到不同背景和不同知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生，倡導(dǎo)多元化教學(xué)策略。

參考文獻(xiàn)：

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