指向深度學(xué)習(xí)的高中信息技術(shù)新課程教學(xué)困境與對策分析

摘要：深度學(xué)習(xí)教學(xué)改進已成為促進學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根的有效途徑。高中信息技術(shù)教師在面臨大數(shù)據(jù)等全新內(nèi)容時，需立足《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》和教材內(nèi)容，明確目標導(dǎo)向，認清開展大數(shù)據(jù)教學(xué)的困境，結(jié)合深度學(xué)習(xí)教學(xué)改進尋求方法與策略。本文以“城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達”主題教學(xué)實踐案例為例，總結(jié)了大數(shù)據(jù)教學(xué)的實施策略，并給出了建議與思考。關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；高中信息技術(shù)；大數(shù)據(jù)教學(xué)；困境；對策新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的核心直指發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，從發(fā)展核心素養(yǎng)到發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，這正體現(xiàn)了基礎(chǔ)教育改革落實到具體學(xué)科的育人目標。自2019年實施普通高中“新課標·新課程·新教材”以來，高中信息技術(shù)學(xué)科結(jié)合信息技術(shù)變革的前沿知識與國際信息技術(shù)教育的發(fā)展趨勢，調(diào)整和優(yōu)化了信息技術(shù)課程的內(nèi)容模塊，特別是將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)、新工具融合到課程內(nèi)容中，全新的課程內(nèi)容的組織與設(shè)計對教師提出了新的挑戰(zhàn)。開展大數(shù)據(jù)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分析1.新課標關(guān)于大數(shù)據(jù)教學(xué)的要求新一輪高中信息技術(shù)教育改革回歸了以信息為核心、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的范疇?？v觀《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）的內(nèi)容，雖然沒有單獨提到“大數(shù)據(jù)”，但相關(guān)內(nèi)容均以“數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）”呈現(xiàn)。大數(shù)據(jù)內(nèi)容主要集中在必修1“數(shù)據(jù)與計算”、選擇性必修1“數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、選擇性必修3“數(shù)據(jù)管理與分析”三個模塊。必修模塊的要求是：在感知數(shù)據(jù)與信息、描述數(shù)據(jù)特征、知道數(shù)據(jù)編碼的基礎(chǔ)上，掌握數(shù)據(jù)采集、分析、可視化表達的基本方法，選用恰當?shù)墓ぞ呋蚱脚_完成數(shù)據(jù)分析報告和數(shù)據(jù)保護。它對應(yīng)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平二和學(xué)業(yè)水平合格性考試要求。選擇性必修模塊的要求是：在問題解決的過程中形成數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的思想與方法；有效管理與分析數(shù)據(jù)，形成對數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)價值、數(shù)據(jù)管理思想與分析方法的認識等。它對應(yīng)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平三、四和學(xué)業(yè)水平等級性考試要求。必修模塊與選擇性必修模塊對應(yīng)的課程內(nèi)容、內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平、學(xué)科核心素養(yǎng)等均呈現(xiàn)層次遞進關(guān)系，如“數(shù)據(jù)管理與分析”主體部分，必修模塊中只需掌握基本數(shù)據(jù)管理與分析的方法和工具，但選擇性必修模塊出現(xiàn)“噪聲數(shù)據(jù)、不同結(jié)構(gòu)化程度數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘”等要求，難度不斷深化。2.新教材關(guān)于大數(shù)據(jù)教學(xué)的內(nèi)容在“數(shù)據(jù)與計算”模塊中，除教科社的教材沒有直接將“大數(shù)據(jù)”一詞納入章節(jié)欄目外，上海版、浙教版、粵教版、人教-中圖版都將其納入章節(jié)欄目，但都將大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)進行對比分析，也將大數(shù)據(jù)的內(nèi)容融入到數(shù)據(jù)中展開。而在選擇性必修中，對大數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容呈現(xiàn)較多的是“數(shù)據(jù)管理與分析”模塊，強調(diào)運用大數(shù)據(jù)視角對大數(shù)據(jù)進行管理與分析，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行挖掘和運用，甚至涉及人工智能、機器學(xué)習(xí)等內(nèi)容。在高中信息技術(shù)教材中融入大數(shù)據(jù)概念、特征、處理、應(yīng)用等方面內(nèi)容，用數(shù)據(jù)說話，不僅僅是因為數(shù)據(jù)的客觀特征，更是因為大數(shù)據(jù)下的全樣本的數(shù)據(jù)能夠看得更全面，大數(shù)據(jù)分析可以看清復(fù)雜現(xiàn)象背后的內(nèi)在邏輯。開展大數(shù)據(jù)教學(xué)的困境1.需全面解讀大數(shù)據(jù)的基本內(nèi)涵數(shù)據(jù)是現(xiàn)實世界客觀事物的符號記錄，是信息的載體，是計算機加工的對象。大數(shù)據(jù)是以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合。從“數(shù)據(jù)”到“大數(shù)據(jù)”教育，兩者除了概念表述不同，在大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和處理上也不同。開展大數(shù)據(jù)教學(xué)需要理清大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方式、發(fā)展過程、基本特征、類型特點、應(yīng)用價值，進而全面解讀大數(shù)據(jù)的基本內(nèi)涵，但當前很多教師只從數(shù)據(jù)量上單純性講解大數(shù)據(jù)，或從不同種類上分析大數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在教學(xué)上存在一定偏差。2.需系統(tǒng)理解大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的來源變得多樣化，大數(shù)據(jù)的類型也更加復(fù)雜，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值是要從海量龐雜的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，從而運用于管理、農(nóng)業(yè)、金融、醫(yī)療和教育等各個社會領(lǐng)域，為社會發(fā)展服務(wù)。但在目前的教學(xué)實踐中，沒有將大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值有效落實到對社會發(fā)展服務(wù)變革的影響上，只是針對數(shù)據(jù)分析的某一項技術(shù)功能或某些工具應(yīng)用方法進行學(xué)習(xí)，沒有建立從數(shù)據(jù)到信息，再到知識，從而上升到智慧的DIKW模型的大數(shù)據(jù)觀，學(xué)生對大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值缺乏系統(tǒng)性理解。3.需規(guī)范大數(shù)據(jù)的教學(xué)流程在教學(xué)實踐中，應(yīng)在認識大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上從大數(shù)據(jù)的采集、整理、分析、可視化表達、分析報告等維度構(gòu)建基本的教學(xué)體系，但更要關(guān)注其背后作為學(xué)科核心素養(yǎng)的流程，理解數(shù)據(jù)與信息、知識、智慧之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系。而大部分教師已習(xí)慣用單一數(shù)據(jù)或平臺本身結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)作為教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致一些實時、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的教學(xué)流程和方法不夠規(guī)范，對數(shù)據(jù)處理、計算思維、思維提升三級流程缺少規(guī)范性指導(dǎo)。4.需創(chuàng)新使用大數(shù)據(jù)平臺或工具目前可以直接利用或體驗的大數(shù)據(jù)平臺及數(shù)據(jù)資源較為缺乏，不能依據(jù)教學(xué)需要在大數(shù)據(jù)平臺開展創(chuàng)造性教學(xué)。例如，教學(xué)中只是讓學(xué)生登錄到某些大數(shù)據(jù)平臺進行體驗，或直接利用Python等數(shù)據(jù)挖掘和分析軟件工具進行部分環(huán)節(jié)的教學(xué)，沒有從數(shù)據(jù)實時處理、智能化環(huán)境、大數(shù)據(jù)對社會發(fā)展的影響等方面去探究大數(shù)據(jù)教學(xué)，從而導(dǎo)致無法達到深度學(xué)習(xí)的教學(xué)效果。開展大數(shù)據(jù)教學(xué)的方法策略與教學(xué)實踐1.高中信息技術(shù)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實施策略深度學(xué)習(xí)是指向?qū)W生的學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)真實發(fā)生，同時也指向教師的教學(xué)，讓教學(xué)更有深度，明確“為什么學(xué)、學(xué)什么、怎樣學(xué)”和“為什么教、教什么、怎樣教”的問題。深度學(xué)習(xí)提倡單元式學(xué)習(xí)，教學(xué)實踐模型共包括四個核心要素（素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標、引領(lǐng)性學(xué)習(xí)主題、挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)、持續(xù)性學(xué)習(xí)評價）和兩個支持要素（開放性學(xué)習(xí)環(huán)境、反思性教學(xué)改進），它是一個螺旋式循序漸進的過程，上頁圖1所示為高中信息技術(shù)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實踐模型示意圖。2.開展大數(shù)據(jù)教學(xué)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)實踐（1）落實以素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標深度學(xué)習(xí)教學(xué)實踐以學(xué)習(xí)目標為起點。在界定學(xué)習(xí)目標時，應(yīng)結(jié)合學(xué)科核心素養(yǎng)表現(xiàn)，分析學(xué)生理解和應(yīng)用大概念時需要思考的問題，確定單元學(xué)習(xí)完成后應(yīng)該達成的所知、所能和所成，形成單元目標體系。例如，在界定“城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達”單元學(xué)習(xí)目標時，筆者立足“數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)”的概念，通過“學(xué)科核心素養(yǎng)—標準內(nèi)容要求—大概念—概念群—單元目標”的一致性來實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標的界定。圖2所示為主題單元學(xué)習(xí)目標界定示意圖。（2）選擇以真實情境引領(lǐng)的大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)主題真實的情境可以從學(xué)生的真實需求和經(jīng)驗出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。城市空氣質(zhì)量是學(xué)生一直關(guān)注的環(huán)保問題，通過確定廣州一整年的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，試圖分析數(shù)據(jù)如何（現(xiàn)狀）、為什么（原因）、會怎樣（預(yù)測），可以挖掘出數(shù)據(jù)背后的價值。因此，筆者結(jié)合學(xué)生情境與“數(shù)據(jù)與計算”“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”模塊內(nèi)容，選擇“城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達”為學(xué)習(xí)主題，讓學(xué)生經(jīng)歷大數(shù)據(jù)認識、采集、整理、分析、可視化、分析報告的整個過程，從而挖掘數(shù)據(jù)價值。（3）堅持以問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計“問題”是引發(fā)學(xué)生認知沖突、聯(lián)接既有認知結(jié)構(gòu)與新知識技能的“節(jié)點”，問題與問題組成的“問題鏈”可以更好地支持學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)。因此，筆者通過分析單元學(xué)習(xí)主題以及學(xué)習(xí)目標產(chǎn)生學(xué)科的基本問題，并將問題情境化，形成問題鏈，以明確每個問題對應(yīng)的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，上頁表1所示是主題單元的挑戰(zhàn)性任務(wù)設(shè)計。在完成單元學(xué)習(xí)主題的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)后，將其聯(lián)接成不同的學(xué)習(xí)活動，形成“學(xué)習(xí)目標—學(xué)習(xí)單元主題—學(xué)習(xí)活動—學(xué)習(xí)任務(wù)—學(xué)習(xí)評價”的一體化流程，并結(jié)合“數(shù)據(jù)采集、整理、分析、可視化、分析報告”的數(shù)據(jù)處理流程，形成單元學(xué)習(xí)活動過程設(shè)計，表2為主題單元的活動過程設(shè)計表。（4）開展持續(xù)性大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)評價在指向深度學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)教學(xué)中，應(yīng)細化主題探究過程和活動成果，把握主題單元教學(xué)實施過程中學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的表現(xiàn)形式，進而確定持續(xù)性學(xué)習(xí)評價的證據(jù)，并借助一系列問題，如“什么樣的證據(jù)能表明學(xué)生可以根據(jù)解決問題的需要設(shè)計數(shù)據(jù)處理的方案”“什么樣的表現(xiàn)能表明學(xué)生具備數(shù)據(jù)采集、分析和可視化的能力”“什么評價指標能表明學(xué)生的數(shù)據(jù)分析報告是合理和有意義的”等設(shè)計持續(xù)性學(xué)習(xí)評價?！俺鞘锌諝赓|(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達”主題單元依據(jù)學(xué)習(xí)目標，針對單元主題活動任務(wù)，設(shè)計作品評價工具、過程性評價工具以及知識技能評價試題等，結(jié)合在線學(xué)習(xí)行為記錄、課堂提問交互、學(xué)習(xí)作品展示、小組討論等過程性評價方式，以“持續(xù)化學(xué)習(xí)證據(jù)和數(shù)據(jù)分析報告作品”來呈現(xiàn)評價結(jié)果，表3為主題單元的數(shù)據(jù)采集活動持續(xù)性評價表。同時，學(xué)生探究學(xué)習(xí)活動成品應(yīng)從作品“證據(jù)”中提出想法和分析結(jié)果。（5）選用專業(yè)的數(shù)據(jù)探究方法與工具學(xué)生在學(xué)會基本的電子表格分析的基礎(chǔ)上可以利用Python工具開展數(shù)據(jù)處理，以此來體驗大數(shù)據(jù)分析的過程與方法。“城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達”學(xué)習(xí)主題選用集成化Anaconda的JupyterNotebook平臺進行數(shù)據(jù)整理與分析，支持學(xué)生在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上開展數(shù)據(jù)整理、分析、可視化表達。同時，學(xué)生可以利用Moodle工具完成數(shù)據(jù)分析報告，體現(xiàn)新課標“選用恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)”的相關(guān)要求。開展大數(shù)據(jù)教學(xué)實施的建議與思考1.把握大數(shù)據(jù)教學(xué)的難度大數(shù)據(jù)的“大”不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)量大，還體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的復(fù)雜度和類型的多樣性上，反映出大數(shù)據(jù)的教學(xué)難度。在大數(shù)據(jù)教學(xué)中應(yīng)注意大數(shù)據(jù)教學(xué)內(nèi)容之間的上下承接關(guān)系，既要體現(xiàn)與“數(shù)據(jù)與信息”內(nèi)容中數(shù)據(jù)、數(shù)字化、編碼等內(nèi)容的連接，也要體現(xiàn)與人工智能等內(nèi)容的關(guān)聯(lián)。教師可借助適當?shù)慕虒W(xué)資源，如學(xué)習(xí)微課、導(dǎo)學(xué)案、學(xué)習(xí)網(wǎng)站等，依據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”學(xué)習(xí)原理，幫助學(xué)生達到預(yù)期學(xué)習(xí)目標。2.注重學(xué)生思維能力的提升指向深度學(xué)習(xí)的高中信息技術(shù)教學(xué)旨在提升學(xué)生的高階思維，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。在大數(shù)據(jù)教學(xué)中應(yīng)注重大數(shù)據(jù)背景下“數(shù)據(jù)—信息—知識—智慧”的認知發(fā)展主線，關(guān)注界定問題、問題分解、模式識別、繪制模型、優(yōu)化遷移等的計算思維學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)路徑，讓學(xué)生經(jīng)歷“數(shù)據(jù)采集、整理、分析、可視化、分析報告”的整個過程，促進學(xué)生學(xué)科三條主線合一的思維發(fā)展。3.關(guān)注學(xué)習(xí)的過程性評價在大數(shù)據(jù)教學(xué)中，教師應(yīng)關(guān)注過程性評價，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工具伴隨式、全過程追蹤記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，并通過課堂觀察、學(xué)習(xí)行為分析、作品評價、檔案袋