指向核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐與思考

董帥含

摘要：在“雙新”背景下，為落實立德樹人的根本任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，作者基于“數(shù)據(jù)”學(xué)科大概念和單元項目化學(xué)習(xí)，對高中信息技術(shù)課程進行了指向核心素養(yǎng)的教學(xué)實踐。作者以問題—活動—知識為主線進行教學(xué)設(shè)計和實踐，基于真實問題創(chuàng)設(shè)單元項目情境，設(shè)計了環(huán)環(huán)相扣的學(xué)習(xí)活動，并注重教學(xué)策略，關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展，及時進行評價和反饋，從而取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);項目化學(xué)習(xí);學(xué)習(xí)活動;學(xué)習(xí)支架

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）14-0047-04

指向核心素養(yǎng)的教學(xué)必須確立三大基本理念[1]：（1）基于立德樹人的教學(xué)是就教學(xué)方向而言的，真正的教學(xué)是教人，而不是教書，學(xué)科教師不是教學(xué)科，而是用學(xué)科來教人，這是培育學(xué)科核心素養(yǎng)必須首先確立的教學(xué)觀念;（2）基于課程意識和學(xué)科本質(zhì)的教學(xué)是就教學(xué)內(nèi)容而言的，教學(xué)不能只停留在“學(xué)科表層”（現(xiàn)象），而應(yīng)進入“學(xué)科深層”（本質(zhì)），要有課程的高度、課程的視野;（3）基于學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)是就教學(xué)主體而言的，學(xué)是教學(xué)的出發(fā)點、落腳點，教學(xué)的中心、重心在學(xué)而不在教，教學(xué)應(yīng)該圍繞學(xué)來組織、設(shè)計、展開。基于學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)既是教學(xué)本質(zhì)的體現(xiàn)，也是學(xué)生形成學(xué)科核心素養(yǎng)的必然要求。[2]基于此，設(shè)計指向核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐課是時代的需要，也是教師在專業(yè)發(fā)展之路上必須攻克的難題。

● 教學(xué)目標(biāo)確定

《數(shù)據(jù)可視化》是華東師大版高中信息技術(shù)《必修1 數(shù)據(jù)與計算》第三章“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”第二節(jié)“數(shù)據(jù)分析與可視化”的教學(xué)內(nèi)容。本課教學(xué)目標(biāo)基于課標(biāo)、單元教學(xué)設(shè)計、教材內(nèi)容以及學(xué)生情況等方面確定。

確定的教學(xué)目標(biāo)包括：①根據(jù)單車租賃量統(tǒng)計表中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，選用合適的數(shù)據(jù)可視化圖，確定要進行可視化分析的核心區(qū)域，歸納數(shù)據(jù)可視化的一般方法。②進一步分析單車潮汐現(xiàn)象的影響因素，理解并討論數(shù)據(jù)的特征信息，確定表達(dá)數(shù)據(jù)的可視化圖，利用學(xué)習(xí)視頻，繪制折線圖、柱狀圖、餅圖等圖形，進而分析結(jié)果。

在確定教學(xué)目標(biāo)的過程中，分析單車租賃量統(tǒng)計表，理解特征，旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識;選擇合適的數(shù)據(jù)可視化圖、找出要可視化分析的核心區(qū)域、歸納數(shù)據(jù)可視化的一般方法及繪制可視化圖形，這一過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

教學(xué)設(shè)計思路

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提倡根據(jù)信息學(xué)科特征設(shè)計活動情境，注重學(xué)生在項目中學(xué)習(xí);依托信息技術(shù)工具，保持對新技術(shù)成果的開放性，強調(diào)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，在“數(shù)據(jù)與計算”模塊的教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)以指向?qū)W科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)進行教學(xué)活動設(shè)計和知識傳授。[3]

本課例內(nèi)容在第三章中處于核心地位，從單元教學(xué)設(shè)計的角度出發(fā)，要求學(xué)生既要很好地掌握數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理的相關(guān)知識，又要具有熟練的編程能力，這樣才能更有效地探索數(shù)據(jù)可視化分析，進而形成數(shù)據(jù)分析報告和相關(guān)方案設(shè)計。為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠從一般能力的訓(xùn)練提升到高階思維的培養(yǎng)，筆者以“靜遠(yuǎn)的問題”為項目情境，采用“觀察體驗—分析推理—抽象概括—遷移應(yīng)用”的教學(xué)策略進行教學(xué)設(shè)計?！秷D說單車：Python數(shù)據(jù)可視化》的教學(xué)流程如圖1所示。

教學(xué)過程分析

1.導(dǎo)入

學(xué)生活動：通過視頻回顧項目情境，對單元學(xué)習(xí)內(nèi)容進行復(fù)習(xí)，同時拋出新問題——如何將枯燥的數(shù)據(jù)變得清晰直觀？幫助靜遠(yuǎn)學(xué)姐完善報告。

設(shè)計意圖：單元學(xué)習(xí)回顧，重溫數(shù)據(jù)處理的一般過程，理清學(xué)習(xí)思路，從身邊學(xué)姐的問題出發(fā)，激發(fā)學(xué)生研究數(shù)據(jù)的興趣。

2.教與學(xué)

根據(jù)視頻回顧數(shù)據(jù)處理所完成的實驗操作并得到數(shù)據(jù)，針對數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，進一步解決靜遠(yuǎn)的問題：如何讓數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的信息更加清晰、直觀呢？

學(xué)習(xí)資料：柱狀圖、餅圖、折線圖繪制視頻;包含不同信息的數(shù)據(jù)分析表。

問題一：選數(shù)據(jù)——如果你來幫助靜遠(yuǎn)，會選擇哪個地點進一步進行可視化分析？

活動1：根據(jù)數(shù)據(jù)表，利用可視化圖清晰、直觀地呈現(xiàn)單車租賃量最高的地點，將其作為進一步探究的核心區(qū)域。

設(shè)計意圖：學(xué)生已掌握本節(jié)課三種圖的使用場景，因此，在所給數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選擇用柱狀圖進行可視化表達(dá)，提供柱狀圖繪制的學(xué)習(xí)視頻，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)，驗證前期只看數(shù)據(jù)選地點的猜想，并歸納Python數(shù)據(jù)可視化的一般方法。在活動1中，從觀察數(shù)據(jù)到分析探究地點，再到抽象概括數(shù)據(jù)可視化的一般方法，這一過程培養(yǎng)了學(xué)生的信息意識、計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

問題二：選圖表——針對不同類別的數(shù)據(jù)，如何選擇合適的可視化圖進行數(shù)據(jù)表達(dá)，以便分析核心區(qū)域單車租賃量的影響因素？

活動2：圍繞核心區(qū)域的數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行可視化呈現(xiàn)，記錄特征信息并選擇合適的可視化圖。

學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)單如表1所示。

設(shè)計意圖：如何根據(jù)數(shù)據(jù)選擇圖進行可視化表達(dá)是本節(jié)課的重點也是難點，學(xué)生必須充分理解數(shù)據(jù)的特征信息，才能根據(jù)日常生活中的所見所聞及幾種圖表的含義，選擇合適的可視化圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，這是進一步通過圖來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的隱藏信息的關(guān)鍵步驟。學(xué)生在觀察對比多個數(shù)據(jù)分析表、分析問題、選擇合適的圖，并加深對各類圖表的含義的理解的過程中樹立信息意識，通過不斷解決問題培養(yǎng)計算思維。

問題三：選方法——如何借助Python完成可視化圖的繪制？

活動3：對活動2中選擇的圖進行可視化實現(xiàn)，利用學(xué)習(xí)視頻，學(xué)習(xí)折線圖和餅圖的繪制方法，完成程序的編寫，并嘗試子圖的可視化實現(xiàn)，進而挖掘數(shù)據(jù)，提出解決“潮汐”現(xiàn)象的調(diào)度方案。

學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)單如表2所示。

設(shè)計意圖：學(xué)習(xí)餅圖和折線圖的繪制方法并利用Jupyter notebook實現(xiàn)Python數(shù)據(jù)可視化，驗證猜想，修正活動2中選擇的不合適圖表。在自主學(xué)習(xí)的過程中，通過反復(fù)觀看和體驗編碼的過程，鞏固數(shù)據(jù)可視化的方法實現(xiàn)，體會數(shù)據(jù)特征分析的重要意義。

3.遷移應(yīng)用

在本節(jié)課的設(shè)計中體現(xiàn)遷移應(yīng)用的有三個方面：第一，通過柱狀圖、餅圖和折線圖繪制方法的學(xué)習(xí)，遷移子圖的繪制方法;第二，通過靜態(tài)可視化圖表的呈現(xiàn)，遷移學(xué)習(xí)動態(tài)可視化圖表的繪制方法探索，學(xué)生通過教師演示詞云圖的生成和智慧大屏等動態(tài)可視化呈現(xiàn)拓展學(xué)習(xí)空間;第三，課堂練習(xí)，旨在檢查學(xué)生是否掌握本節(jié)課知識，回憶并鞏固從數(shù)據(jù)到圖經(jīng)歷的各個步驟。

4.知識歸納

總結(jié)歸納本節(jié)課知識要點，學(xué)生通過學(xué)習(xí)任務(wù)單各個活動，總結(jié)并填寫知識結(jié)構(gòu)圖，再一次檢驗學(xué)習(xí)效果。知識結(jié)構(gòu)如圖2所示。

教學(xué)實踐反思

本節(jié)課主要采用觀察體驗—分析推理—抽象概括—遷移應(yīng)用的教學(xué)策略，組織教學(xué)，從真實問題出發(fā)，按照“選方法—選圖表—選數(shù)據(jù)”的思路設(shè)計學(xué)習(xí)活動，利用微視頻等學(xué)習(xí)支架總結(jié)可視化一般方法，進而舉一反三，在充分自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)知識，最終實現(xiàn)課堂的教與學(xué)。筆者結(jié)合本節(jié)課教學(xué)實踐進行了反思總結(jié)，具體如下。

1.教與學(xué)的特點

前文提到，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)是關(guān)注人的發(fā)展問題，因此，本節(jié)課以學(xué)生為主體設(shè)計師生活動，教師關(guān)注的是如何提出問題，學(xué)生則是根據(jù)教師的問題進行探究活動、發(fā)現(xiàn)規(guī)律并歸納知識。

從整體設(shè)計上看，教師立足單車“潮汐”現(xiàn)象，將知識學(xué)習(xí)融入到真實問題的解決中。教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計以三個教學(xué)活動層層遞推，揭示為什么要可視化、怎么合理選擇可視化圖以及如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。這三個活動的層層推進反映了生活中解決問題的一般思路，學(xué)生為解決問題，需要學(xué)習(xí)多維度知識，從而更好地培養(yǎng)了學(xué)科核心素養(yǎng)。

學(xué)生通過微視頻學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可視化實現(xiàn)。學(xué)生擁有充分的自主學(xué)習(xí)時間和空間，學(xué)習(xí)過程中通過學(xué)習(xí)任務(wù)單的記錄，不斷修正自己的答案，真正實現(xiàn)了基于觀察體驗數(shù)據(jù)信息、分析推理實驗結(jié)果、抽象概括試驗方法、遷移學(xué)習(xí)再應(yīng)用的學(xué)習(xí)過程。具體師生活動特點如圖3所示。

2.學(xué)習(xí)活動設(shè)計的特點

本節(jié)課共設(shè)計了三個學(xué)習(xí)活動，活動1旨在通過柱狀圖的繪制，歸納總結(jié)出數(shù)據(jù)可視化的一般方法，這一從特殊到一般的過程正是建模思想的啟蒙。首先，學(xué)生在任務(wù)情境中，已知數(shù)據(jù)可視化可以清晰、直觀地呈現(xiàn)數(shù)據(jù);其次，學(xué)生在活動1中通過觀察數(shù)據(jù)分析結(jié)果，選擇熱門地點進一步分析，在只有地點和有地點有租賃量的數(shù)據(jù)中思考如何選擇數(shù)據(jù);最后，在初步選擇可視化圖后，學(xué)生通過學(xué)習(xí)視頻完成相應(yīng)代碼，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化并歸納一般方法。這一過程能夠培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

活動2和活動3聯(lián)系緊密，是活動1的進階體現(xiàn)，因為在活動2和活動3中，學(xué)生需要自主學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，理解特征信息，選擇可視化的圖，自主完成數(shù)據(jù)可視化實現(xiàn)，而活動1中只是教師引導(dǎo)，學(xué)生思考并實踐。在理解數(shù)據(jù)特征，根據(jù)可視化圖的含義選擇合適的圖后，學(xué)生通過活動3來驗證自己的設(shè)想，實現(xiàn)了活動2和活動3的緊密銜接。同時，在活動3中，在可視化實現(xiàn)的過程中還對代碼的實現(xiàn)做了一定的進階設(shè)計，除繪制柱狀圖、折線圖和餅圖外，還設(shè)置了子圖的繪制，并通過子圖的繪制發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)表中看不出的數(shù)據(jù)信息。至此，學(xué)生也可以更好地理解數(shù)據(jù)可視化與數(shù)據(jù)分析的區(qū)別。

3.教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度

學(xué)習(xí)活動1旨在落實前文中提到的教學(xué)目標(biāo)中的第一點，教學(xué)實踐結(jié)果表明，學(xué)生能夠根據(jù)熱門地點及租賃量數(shù)據(jù)信息確定利用柱狀圖進行可視化，隨后，根據(jù)學(xué)習(xí)視頻，學(xué)會并實現(xiàn)柱狀圖可視化，進而歸納數(shù)據(jù)可視化的一般方法。課上利用極域展示學(xué)習(xí)效果，90%以上的學(xué)生能夠完成代碼并填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單內(nèi)容。學(xué)習(xí)活動2和活動3旨在落實前文中提到的教學(xué)目標(biāo)中的第二點，通過教師提問、學(xué)生評價、生生交流、學(xué)習(xí)任務(wù)單評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果可以看出，學(xué)生的各方面表現(xiàn)良好，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度較高。

下一步工作思考

指向?qū)W科核心素養(yǎng)的課堂是充分培養(yǎng)學(xué)生能力和發(fā)散學(xué)生思維的課堂，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題直至解決問題的過程中會遇到各種各樣的新問題，自主、個性化的學(xué)習(xí)空間是“雙新”背景下信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)值得探索的方向。[4]通過《圖說單車：Python數(shù)據(jù)可視化》教學(xué)實踐，筆者有以下兩點思考。

1.充分且多維度的學(xué)習(xí)支架

本節(jié)課提供了柱狀圖、折線圖和餅圖的學(xué)習(xí)視頻，微視頻風(fēng)格契合學(xué)生喜好，短小精悍，學(xué)習(xí)視頻能夠在一分鐘內(nèi)解釋清楚知識點以及操作過程，是非常有利于學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)支架。但由于微視頻僅限于本節(jié)課中某一問題的解決，普適性不強，學(xué)生選擇學(xué)習(xí)的時間和空間較為狹窄，這也將是未來利用微視頻進行教學(xué)的課程值得進一步思考的問題。另外，除微視頻支架外，本節(jié)課也可以選擇多種類型的學(xué)習(xí)支架幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，如Pyplot函數(shù)庫學(xué)習(xí)文檔、各類可視化圖的應(yīng)用場景演示等。

2.平等且有批判的課堂氛圍

指向核心素養(yǎng)的課堂也可以定義為關(guān)注學(xué)生發(fā)展的課堂，其課堂教學(xué)，應(yīng)從學(xué)生發(fā)展的角度進行教學(xué)設(shè)計和教學(xué)活動。因此，在課堂中，應(yīng)給予學(xué)生充分的思考、交流、猜想、實驗甚至批判的空間。教師應(yīng)營造出師生平等、生生交流的良好課堂氣氛，在這一過程中，教師既是引導(dǎo)者又是傾聽者，學(xué)生既是學(xué)習(xí)者也是創(chuàng)造者。教師應(yīng)在教學(xué)中不斷增強效能感，主動轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，與學(xué)生平等對話，對學(xué)生回答的問題給予其驗證的過程，用學(xué)生感興趣的教學(xué)風(fēng)格展開教學(xué)。

參考文獻：

[1]梁立群.智慧教育下學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成路徑的研究綜述[J].名師在線，2021（13）：45-47.

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[3]任友群，黃榮懷.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4]周玳珈.高中信息技術(shù)課程中的“數(shù)字公民”培養(yǎng)途徑[J].中國信息技術(shù)教育，2020（02）：53-56.