基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)與實(shí)施探索

基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)與實(shí)施探索設(shè)計(jì)思路（教學(xué)分析）二維碼技術(shù)廣泛地應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，改變了人們的生活方式。其應(yīng)用體現(xiàn)了計(jì)算思維的具體應(yīng)用，對(duì)幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)信息技術(shù)、培養(yǎng)計(jì)算思維和提升核心素養(yǎng)有著重要的價(jià)值，且其基本知識(shí)和基本原理的難度在高中學(xué)生的理解能力范圍以?xún)?nèi)。因此，本課以新課標(biāo)為指引，選擇二維碼的基本應(yīng)用和基本原理作為主要教學(xué)內(nèi)容，涉及二維碼的生成、識(shí)別、定位、規(guī)則、容錯(cuò)和安全等內(nèi)容。①理解二維碼編碼原理，知道二維碼的識(shí)讀流程，培養(yǎng)信息意識(shí)。②認(rèn)識(shí)二維碼中定位圖形、碼元顏色、版本的作用，提高信息素養(yǎng)。③通過(guò)對(duì)比探究和分類(lèi)探究，了解二維碼中的糾錯(cuò)碼與糾錯(cuò)等級(jí)，體會(huì)利用“數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)”解決問(wèn)題的思想方法，培養(yǎng)計(jì)算思維。④通過(guò)模擬體驗(yàn)及對(duì)比分析，探究二維碼應(yīng)用中面臨的信息安全問(wèn)題，樹(shù)立信息安全意識(shí)。重點(diǎn)：理解二維碼的編碼原理，知道二維碼的識(shí)讀流程;認(rèn)識(shí)二維碼中定位圖形、碼元顏色、版本的作用。難點(diǎn)：理解二維碼中用于預(yù)防缺損問(wèn)題的糾錯(cuò)碼和糾錯(cuò)等級(jí)。教學(xué)流程圖（如圖2）1.游戲互動(dòng)，激趣導(dǎo)入：二維碼的影響（3min）（1）二維碼改變了人們的觀念教師引導(dǎo)互動(dòng)游戲：聽(tīng)詞聯(lián)想。①可樂(lè)——圖片聯(lián)想選項(xiàng)：百事可樂(lè)、可口可樂(lè)。②掃一掃——圖片聯(lián)想選項(xiàng)：掃帚、二維碼。學(xué)生作答結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)：“可樂(lè)”的選擇分歧明顯;“掃一掃”基本一致選擇二維碼。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)兩次選擇結(jié)果的對(duì)比，揭示二維碼改變了人們的觀念。（2）二維碼改變了人們的生活方式教師引導(dǎo)話題討論：聯(lián)想二維碼應(yīng)用。①地鐵站大廳：掃碼進(jìn)站、掃碼支付購(gòu)買(mǎi)地鐵票。②公交車(chē)站臺(tái)：掃碼乘車(chē)、共享單車(chē)掃碼。③超市收銀臺(tái)：掃碼支付、商品二維碼的溯源查詢(xún)。學(xué)生結(jié)合生活體驗(yàn)，列舉二維碼在生活中的應(yīng)用實(shí)例。設(shè)計(jì)意圖：認(rèn)識(shí)二維碼對(duì)人們的生活方式的改變，感知信息技術(shù)的價(jià)值與影響，激發(fā)學(xué)生探究欲望，引出課題。2.問(wèn)題引導(dǎo)，探索新知：二維碼的初階知識(shí)（8min）（1）二維碼的編碼原理：二維碼是如何生成的教師出示微課（如圖3），問(wèn)題引導(dǎo)：①把信息生成二維碼采用什么技術(shù)？當(dāng)前最流行的方法是什么？②把不同類(lèi)型的信息生成二維碼時(shí)，編碼技術(shù)對(duì)原始信息進(jìn)行了什么重要的特殊處理？學(xué)生觀看微課，完成學(xué)案（如圖4）中的問(wèn)題1，理解編碼原理。設(shè)計(jì)意圖：借助微課和學(xué)案，通過(guò)自主探究和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，理解二維碼編碼原理。①教師引導(dǎo)實(shí)踐探究：觀測(cè)二維碼的識(shí)讀現(xiàn)象，并歸納探究結(jié)果和現(xiàn)象。學(xué)生小組協(xié)助，兩人一組用“百度”APP掃碼觀察，將識(shí)讀結(jié)果記錄在學(xué)案上，并歸納和總結(jié)二維碼識(shí)讀后的兩種結(jié)果和現(xiàn)象：掃碼成功（發(fā)出“滴”聲，并顯示掃碼結(jié)果）;掃碼失?。ㄒ恢蓖Ａ粼趻咭粧叽翱冢?。②教師出示微課（如圖5），問(wèn)題引導(dǎo)：二維碼識(shí)讀的第一種現(xiàn)象（掃碼成功），實(shí)際完整流程包含了哪些環(huán)節(jié)？二維碼識(shí)讀的第二種現(xiàn)象（掃碼失敗），實(shí)際流程可能卡在哪些環(huán)節(jié)？學(xué)生對(duì)比分析兩種識(shí)讀結(jié)果，并由掃碼失敗現(xiàn)象逆推可能受影響的二維碼識(shí)讀環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)踐探究、對(duì)比分析，讓學(xué)生理解二維碼完整識(shí)讀流程中各環(huán)節(jié)及作用，突破教學(xué)重點(diǎn)，提升學(xué)生分析和歸納總結(jié)能力，并由可能導(dǎo)致掃碼失敗的識(shí)讀環(huán)節(jié)引發(fā)新的深入探知需求。3.挖掘現(xiàn)象，深入探究：二維碼的進(jìn)階知識(shí)（7min）（1）二維碼的定位圖形：圖像的探尋與矯正教師出示微課，引導(dǎo)思考：二維碼角落中三個(gè)“回”字形方塊的作用是什么？為什么學(xué)案中6號(hào)圖掃碼失?。慷S碼為什么不使用四個(gè)定位圖形？學(xué)生體會(huì)定位圖形的作用，完成學(xué)案中的問(wèn)題4。設(shè)計(jì)意圖：明確定位圖形在二維碼識(shí)讀過(guò)程中的探尋與矯正作用，加深學(xué)生對(duì)識(shí)讀過(guò)程的理解。（2）二維碼的版本：圖像的信息量與分布教師出示微課，引導(dǎo)討論：①二維碼為什么有疏有密？密一些有什么用？②為什么學(xué)案中2號(hào)圖掃碼失??？③為什么要制訂二維碼版本規(guī)則？學(xué)生積極思考，參與討論，完成學(xué)案中的問(wèn)題3。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)版本疏密度對(duì)比，讓學(xué)生理解二維碼版本的規(guī)則和含義。（3）二維碼的碼元顏色：圖像的灰度化與二值化教師引導(dǎo)實(shí)踐探究：觀測(cè)不同顏色和灰度二維碼的掃碼結(jié)果。接著出示微課，引導(dǎo)推理：①編碼原理提到需把0和1轉(zhuǎn)換成黑白碼元，那為什么彩色二維碼也可以掃出？②彩色二維碼中對(duì)碼元顏色的選擇是否有限制？③生成的電子二維碼印在紙、衣服等材質(zhì)上會(huì)失效嗎？使用其他材質(zhì)呢？學(xué)生了解圖像灰度化和二值化的過(guò)程，理解色彩與0和1二進(jìn)制信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成學(xué)案中的問(wèn)題5，推理得出識(shí)讀過(guò)程與二維碼采用的材質(zhì)無(wú)關(guān)。設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)化對(duì)二維碼編碼和識(shí)讀的理解，分層次突破教學(xué)重點(diǎn)，為后續(xù)實(shí)踐探究完成知識(shí)鋪墊;引出二維碼缺損保護(hù)問(wèn)題。4.回歸生活，分類(lèi)探究：二維碼與生活的相互作用（18min）（1）二維碼的缺損保護(hù)：糾錯(cuò)碼與糾錯(cuò)等級(jí)①教師展示生活中的創(chuàng)意實(shí)物二維碼，介紹材質(zhì)（巧克力豆、便利貼、玉米地二維碼），并引導(dǎo)分析受損原因。學(xué)生列舉缺損程度關(guān)聯(lián)因素，如臟污、磨損、光照、雨淋……設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)二維碼面臨缺損狀況的常見(jiàn)性與二維碼作為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)入口的重要性之間的現(xiàn)實(shí)矛盾，引出對(duì)二維碼缺損保護(hù)能力的探究需求。②教師引導(dǎo)探究二維碼缺損對(duì)二維碼有效性的影響：分析影響缺損程度的因素;開(kāi)展探究實(shí)驗(yàn)。學(xué)生小組合作，小組內(nèi)探究缺損塊的位置、面積、數(shù)量因素的影響效果（如下頁(yè)圖6），小組間探究不同疏密程度的二維碼的影響效果，并由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析歸納缺損對(duì)二維碼失效的影響，發(fā)現(xiàn)二維碼具有一定的容錯(cuò)能力。③微課釋疑，教師問(wèn)題引導(dǎo)：為什么二維碼部分缺損時(shí)仍有效？（糾錯(cuò)碼）為什么二維碼部分缺損時(shí)可能失效？（糾錯(cuò)等級(jí)）學(xué)生追溯原因，理解糾錯(cuò)碼和糾錯(cuò)等級(jí)的作用。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分類(lèi)探究和對(duì)比分析，了解“利用容錯(cuò)糾錯(cuò)方式進(jìn)行異常預(yù)防和自我保護(hù)”，逐步突破教學(xué)難點(diǎn)，提升學(xué)生信息處理能力，培養(yǎng)計(jì)算思維。（2）二維碼的信息安全問(wèn)題①主動(dòng)掃他人的二維碼：病毒入侵風(fēng)險(xiǎn)。教師展示機(jī)器人像素拼插件搭建的實(shí)物立體二維碼，吸引學(xué)生掃碼。學(xué)生掃碼后發(fā)現(xiàn)設(shè)備“感染病毒”。教師引導(dǎo)討論掃碼導(dǎo)致病毒入侵的原因和風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)模擬掃碼中毒的過(guò)程，讓學(xué)生感受病毒入侵的風(fēng)險(xiǎn)，樹(shù)立信息安全意識(shí)。②自身的二維碼被掃：信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。教師引導(dǎo)探究活動(dòng)：新版和老版紙質(zhì)火車(chē)票上防偽二維碼所攜帶信息的區(qū)別;分析新版火車(chē)票掃碼結(jié)果中信息減少的原因。學(xué)生用“我查查”APP掃碼，對(duì)比探究發(fā)現(xiàn)新版火車(chē)票不再顯示身份證號(hào)和乘車(chē)時(shí)間信息，小組交流討論變化原因。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)新版火車(chē)票防偽二維碼的改進(jìn)，提升學(xué)生保護(hù)個(gè)人隱私信息的意識(shí)。（3）二維碼與商品創(chuàng)意結(jié)合帶來(lái)信息價(jià)值變化①教師介紹香飄飄奶茶杯上“語(yǔ)音表白二維碼”的應(yīng)用，并引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)。第1步：掃杯身二維碼。第2步：表白錄音的網(wǎng)頁(yè)。第3步：輸入錄音碼獲取表白語(yǔ)音，或錄制表白語(yǔ)音生成錄音碼。②教師引導(dǎo)學(xué)生討論：該產(chǎn)品的語(yǔ)音二維碼有什么優(yōu)點(diǎn)和不足？你是否愿意使用該產(chǎn)品？為什么？學(xué)生運(yùn)用本課所學(xué)，交流并評(píng)價(jià)該二維碼應(yīng)用，感受二維碼攜帶的語(yǔ)音信息隨商品產(chǎn)生的價(jià)值變化，并分組匯報(bào)觀點(diǎn)。設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生的實(shí)踐興趣，感受二維碼與生活需求的結(jié)合，樹(shù)立信息創(chuàng)新意識(shí);鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，從而內(nèi)化二維碼新知，鞏固教學(xué)重難點(diǎn)。5.拓展延伸，開(kāi)闊視野：二維碼技術(shù)的變化發(fā)展（4min）（1）了解AR掃描應(yīng)用教師播放情境視頻“圖物盡一掃——掃AR”，介紹生活中的AR掃描應(yīng)用：掃變形金剛電影海報(bào)（QQ-AR）會(huì)播放變形金剛動(dòng)畫(huà);掃指定手勢(shì)（支付寶-AR）會(huì)播放不同的舞者3D動(dòng)畫(huà)，并可隨手機(jī)移動(dòng)改變視角……設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)典型的AR掃描應(yīng)用案例介紹，開(kāi)闊學(xué)生視野。（2）現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)掃AR教師引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)掃實(shí)物變形金剛電影海報(bào)和手勢(shì)。學(xué)生用掃二維碼方式嘗試，發(fā)現(xiàn)無(wú)法再現(xiàn)視頻效果;對(duì)比觀察，發(fā)現(xiàn)掃二維碼與掃AR間的區(qū)別（指定的掃碼APP/掃一掃入口選項(xiàng)不同）。設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生探索生活中其他的“掃一掃”，為學(xué)生課后探索提供方向。6.梳理鞏固，課堂小結(jié)（1min）以思維導(dǎo)圖的方式，引導(dǎo)學(xué)生回顧小結(jié)。②（破）劃分知識(shí)層級(jí)：利用自制微課講解二維碼編碼原理和識(shí)讀流程中玄奧煩瑣的內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)突出二維碼編碼和識(shí)讀之間的關(guān)聯(lián)，并結(jié)合學(xué)案和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，從而有針對(duì)性地逐級(jí)逐層突破教學(xué)重點(diǎn)，使教學(xué)具備高效性。③（辨）提升思維維度：通過(guò)火車(chē)票、奶茶等生活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生在二維碼和生活相互交織、相互作用的背景下，對(duì)二維碼信息的破損、安全、價(jià)值問(wèn)題進(jìn)行多角度分析和思考，從而逐漸突破教學(xué)難點(diǎn)，鞏固教學(xué)重點(diǎn)，使教學(xué)充滿(mǎn)生動(dòng)性和深刻性。1.存在的問(wèn)題本課中問(wèn)題驅(qū)動(dòng)法貫穿了各教學(xué)環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)問(wèn)題的難度和問(wèn)題之間的層次差異度，與學(xué)生對(duì)象和學(xué)情密切相關(guān)，因此，課前需充分了解學(xué)生知識(shí)水平和接受能力的不同。2.未來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想①探索項(xiàng)目式教學(xué)：嘗試從基于研究對(duì)象到基于項(xiàng)目的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變。②加強(qiáng)課與課之間的教學(xué)邏輯關(guān)聯(lián)：結(jié)合后續(xù)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)（識(shí)花識(shí)草）、人工智能（AR/VR/MR）等教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化拓展延伸環(huán)節(jié)。本教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)立德樹(shù)人和學(xué)科育人的整體要求，關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)和學(xué)生發(fā)展，關(guān)注真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)和師生關(guān)系的和諧構(gòu)建，其學(xué)情分析深入，教學(xué)內(nèi)容選擇合理，教學(xué)思路清晰，教學(xué)方法多樣，教學(xué)評(píng)價(jià)到位，是一個(gè)比較規(guī)范、合理的可操作性強(qiáng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。1.學(xué)情分析準(zhǔn)確學(xué)情分析是教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。該設(shè)計(jì)的學(xué)情分析沒(méi)有流于形式，而是根據(jù)教學(xué)的預(yù)設(shè)，采用問(wèn)卷的方式，從學(xué)生認(rèn)知水平、興趣愛(ài)好和疑問(wèn)困惑等多個(gè)維度進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，問(wèn)題指向準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)科學(xué)客觀。教師能準(zhǔn)確把握學(xué)生的學(xué)習(xí)需求及知識(shí)與能力基礎(chǔ)，為后續(xù)的教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)方式設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。2.內(nèi)容選擇合理教師沒(méi)有拘泥于現(xiàn)有教材，而是在充分研讀和領(lǐng)會(huì)新課標(biāo)精神的基礎(chǔ)上，自主選擇了應(yīng)用廣泛、學(xué)生感興趣、難度適中，且能充分體現(xiàn)計(jì)算思維應(yīng)用的二維碼作為教學(xué)內(nèi)容，對(duì)幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)信息技術(shù)、培養(yǎng)計(jì)算思維和提升核心素養(yǎng)有重要的價(jià)值。3.教學(xué)思路清晰內(nèi)容安排首先從直觀的二維碼應(yīng)用入手，然后由二維碼的生成、識(shí)別，到定位、糾錯(cuò)、碼元以及二維碼信息安全，最后提升到二維碼技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，由淺入深，由易到難，相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)，有效地幫助學(xué)生梳理知識(shí)，建構(gòu)完整的知識(shí)框架，提高對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。4.教學(xué)方法多樣該設(shè)計(jì)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，靈活選擇教師講解、集體討論、自主探究、