張春英 李俊杰

計(jì)算思維是信息技術(shù)核心素養(yǎng)的重要組成部分，然而在實(shí)際教學(xué)中，很多教師往往會(huì)將知識(shí)學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練作為課堂教學(xué)主體。若長(zhǎng)此以往，學(xué)生難以通過(guò)信息技術(shù)課堂獲得應(yīng)對(duì)智能時(shí)代挑戰(zhàn)的能力。因此，在“數(shù)據(jù)管理與分析”模塊教學(xué)中，教師要不斷引導(dǎo)學(xué)生梳理知識(shí)，幫助學(xué)生在不斷建構(gòu)的過(guò)程中，逐漸認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)管理與分析過(guò)程中的思維方式或隱性知識(shí)。

● 數(shù)據(jù)需求分析教學(xué)的基本策略

①重視數(shù)據(jù)需求分析的現(xiàn)實(shí)意義，以及在數(shù)據(jù)需求分析過(guò)程中形成的切身感受，鼓勵(lì)學(xué)生多角度開(kāi)展實(shí)踐，獲得體驗(yàn)。

②注重引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)據(jù)處理的需求角度開(kāi)展分析，進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)管理與分析的學(xué)習(xí)放在解決問(wèn)題的情境中。

③挖掘?qū)W生生活中的素材，教學(xué)中的問(wèn)題情境應(yīng)盡量來(lái)源于實(shí)際，問(wèn)題的解答要符合實(shí)際，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)科與現(xiàn)實(shí)世界的緊密聯(lián)系。

④注意對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解內(nèi)化，避免單純從形式上了解，而忽略知識(shí)內(nèi)化的過(guò)程，要完整理解數(shù)據(jù)管理與分析的過(guò)程、方法以及蘊(yùn)含的思想。

⑤鼓勵(lì)學(xué)生利用多種資源學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理，重視不同類(lèi)別資源（如學(xué)校管理數(shù)據(jù)、家庭生活管理、城市管理數(shù)據(jù)、銀行管理系統(tǒng)或商超管理系統(tǒng)等）的開(kāi)發(fā)與利用，以擴(kuò)展學(xué)生的視野和思維。

● 利用深度學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生積極思考

深度學(xué)習(xí)不以單純的知識(shí)習(xí)得為目的，更注重對(duì)學(xué)生高階思維以及解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。在數(shù)據(jù)需求分析的課堂中，教師可通過(guò)創(chuàng)設(shè)合適的信息技術(shù)情境，引導(dǎo)學(xué)生積極體驗(yàn)，學(xué)生在主動(dòng)探索、大膽思考和積極反思中深度理解知識(shí)體系。例如，學(xué)生對(duì)城市公交非常熟悉，有豐富的親身體驗(yàn)，開(kāi)展“公交數(shù)據(jù)采集”項(xiàng)目學(xué)習(xí)，以城市公交中的數(shù)據(jù)需求分析為引領(lǐng)，易于實(shí)現(xiàn)知識(shí)廣度、深度和關(guān)聯(lián)度的提升。

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的心理、生理與環(huán)境的互動(dòng)，以達(dá)成學(xué)習(xí)目的。為了達(dá)成學(xué)生公交數(shù)據(jù)采集的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，教師可讓學(xué)生自己設(shè)置角色，進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)直接觸覺(jué)體驗(yàn)、間接感官體驗(yàn)、情境展示體驗(yàn)、小組合作體驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生感知、觀察、思考、討論，全身心投入課堂學(xué)習(xí)，有效促成學(xué)生核心素養(yǎng)的形成，提升學(xué)生思維品質(zhì)。體驗(yàn)的內(nèi)容不一定要深?yuàn)W，基于生活的情境體驗(yàn)更有利于習(xí)得知識(shí)，達(dá)成思維品質(zhì)的提升。圍繞學(xué)生體驗(yàn)組織有效的教學(xué)活動(dòng)，設(shè)置有針對(duì)性的問(wèn)題，學(xué)習(xí)步步深入，最終實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。例如，教師可以引領(lǐng)學(xué)生思考公交數(shù)據(jù)采集的目的并回答問(wèn)題。①乘客角度：“最近的車(chē)站在哪兒？”“我應(yīng)該什么時(shí)刻在車(chē)站等車(chē)？”②公交企業(yè)角度：“線網(wǎng)﹑站點(diǎn)和樞紐應(yīng)該如何改善？”“怎樣改進(jìn)每一條線路？”“最有效的運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表是什么？”“怎樣減少車(chē)隊(duì)數(shù)目并且能夠保持好的服務(wù)？”“如何縮減員工開(kāi)支又不影響服務(wù)水平？”……學(xué)生確定自己的數(shù)據(jù)需求后就可以進(jìn)行相關(guān)的調(diào)查，如站點(diǎn)調(diào)查、跟車(chē)調(diào)查、空駛調(diào)查、乘客調(diào)查、公眾調(diào)查等。

● 通過(guò)數(shù)據(jù)需求分析挖掘隱含的計(jì)算思維思想方法

1.關(guān)注從具象經(jīng)驗(yàn)到抽象概念的轉(zhuǎn)化

在調(diào)查事實(shí)或觀察現(xiàn)象之后，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析、建模、解釋與推理等思維過(guò)程開(kāi)展數(shù)據(jù)采集整理。抽象過(guò)程往往都包含模型建構(gòu)的過(guò)程，教學(xué)中的建模過(guò)程可以分為兩步：第一步是模型選擇。面對(duì)問(wèn)題情境，從經(jīng)驗(yàn)中挑選合適的模型進(jìn)行整合，根據(jù)建模的目的做出有效解釋。選擇經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)需要考慮模型的適用范圍。第二步是模型建立。確認(rèn)所選模型的相關(guān)成分與結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生更有效地描述與解釋知識(shí)結(jié)構(gòu)化過(guò)程中的思想方法，圍繞學(xué)科大概念進(jìn)行學(xué)習(xí)。在教學(xué)中將知識(shí)關(guān)聯(lián)處的隱性知識(shí)挖掘出來(lái)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，同時(shí)還促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的全面深入理解。

2.創(chuàng)設(shè)指向計(jì)算思維的問(wèn)題情境

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行信息技術(shù)課堂教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)起到了關(guān)鍵作用。《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確提出對(duì)課堂教學(xué)的要求，提倡“積極探索基于情境、問(wèn)題導(dǎo)向的互動(dòng)式、啟發(fā)式、探究式、體驗(yàn)式等課堂教學(xué)”的教學(xué)方式。運(yùn)用信息技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識(shí)相聯(lián)系的水平，因此，創(chuàng)設(shè)指向計(jì)算思維的問(wèn)題情境，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，促進(jìn)其核心素養(yǎng)提升起到重要作用。

（1）實(shí)際生活情境

教學(xué)中創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)盡可能聯(lián)系實(shí)際，特別應(yīng)與學(xué)生的日常生活相聯(lián)系;另外，信息技術(shù)的應(yīng)用已對(duì)人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生了顯著的影響，中學(xué)生具有強(qiáng)烈的好奇心和參與欲望，對(duì)信息技術(shù)前沿知識(shí)充滿好奇與求知欲。因此，可以將課內(nèi)外的前沿知識(shí)進(jìn)行整合，引導(dǎo)學(xué)生探索，并在學(xué)習(xí)知識(shí)中獲得“學(xué)中做”的成就感。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)展史情境

學(xué)生對(duì)信息技術(shù)和數(shù)據(jù)的發(fā)展缺少了解，因此，在教學(xué)中應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用相關(guān)發(fā)展史在計(jì)算思維發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)情境，這樣不僅可以幫助學(xué)生了解相關(guān)發(fā)展的來(lái)龍去脈，而且可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到科學(xué)家的計(jì)算思維方法，加深對(duì)數(shù)據(jù)管理與分析知識(shí)的理解，提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。

機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，大部分都是以數(shù)據(jù)分析作為基石或主要實(shí)現(xiàn)體存在。在教學(xué)時(shí)，可以使用一些故事或者書(shū)籍引導(dǎo)學(xué)生清楚需求分析的意義。

（3）問(wèn)題探究情境

創(chuàng)設(shè)情境要關(guān)注幾個(gè)原則：一是相關(guān)性。情境要與學(xué)習(xí)內(nèi)容聯(lián)系緊密，相關(guān)度高。二是綜合性。情境要具有較高的綜合性，要將教學(xué)涉及的核心概念、思想方法等盡可能設(shè)計(jì)在內(nèi)。三是適應(yīng)性。情境設(shè)置要由淺入深、循序漸進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。在教學(xué)中為引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)思考，需要搭建具有梯度的問(wèn)題，但要注意臺(tái)階不要過(guò)多，這樣不利于學(xué)生思維能力的提高，設(shè)置問(wèn)題要抓住關(guān)鍵點(diǎn)。

● 滿足不同層次學(xué)生需求的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.從導(dǎo)入開(kāi)始為分層創(chuàng)造條件

從一個(gè)簡(jiǎn)單的故事《醉漢路燈下找鑰匙》引入本課，如果把數(shù)據(jù)需求分析比喻成“找鑰匙”，分析的過(guò)程就如同尋找鑰匙的途徑，一般人總會(huì)在熟悉的領(lǐng)域去尋找。教師可以打破傳統(tǒng)束縛，根據(jù)學(xué)生的情況進(jìn)行分層教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用不同的方式和平臺(tái)進(jìn)行需求分析，使分析盡量全面。教學(xué)中，教師對(duì)任務(wù)進(jìn)行分配，要求學(xué)生分工合作，找到不同方式的需求途徑，并分析其可行性。

2.挖掘培養(yǎng)計(jì)算思維能力的素材

從新知建構(gòu)或者問(wèn)題解決環(huán)節(jié)入手，可以匯總學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的相關(guān)工具，可以使用表格，也可以使用流程圖表達(dá)，還可以用思維導(dǎo)圖或組織結(jié)構(gòu)圖描述方案。

例1：學(xué)校社團(tuán)管理系統(tǒng)的需求分析，就可以引導(dǎo)學(xué)生用如圖1所示的流程圖表示。

例2：火車(chē)票訂票系統(tǒng)，可以用如圖2所示的流程圖完成。

學(xué)生通過(guò)這個(gè)過(guò)程能夠理解和程序算法類(lèi)似的自頂向下、功能分解、逐步求精的思維方法。在分解、精化過(guò)程中，把需求的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)的類(lèi)型定義，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)需求進(jìn)行說(shuō)明分析和描述。

例3：對(duì)工具掌握不夠熟練的學(xué)生，可以用表格來(lái)完成方案設(shè)計(jì)，這也是一種直觀簡(jiǎn)單的辦法（如下頁(yè)表1）。

3.開(kāi)發(fā)個(gè)性化學(xué)習(xí)資源

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)沒(méi)有足夠的條件為每個(gè)學(xué)生提供有針對(duì)性的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)造成了一定的障礙。知識(shí)之間彼此是有關(guān)聯(lián)的，推理分析等思維能力并不是空中樓閣，因此，需要依據(jù)學(xué)生的個(gè)性問(wèn)題制作個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源。面向共性問(wèn)題，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，利用討論、實(shí)踐探究等教學(xué)方式開(kāi)展教學(xué)。面對(duì)個(gè)性問(wèn)題，教師則需進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，如提前錄制微課、提供文本資源、教學(xué)博客等，學(xué)生可以依據(jù)自身需要選擇合適的學(xué)習(xí)材料，并與教師、同學(xué)交流，實(shí)現(xiàn)異步教學(xué)。

4.設(shè)計(jì)課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單（如下頁(yè)表2）

在課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單自行判斷是否達(dá)到本環(huán)節(jié)目標(biāo)要求，如果存在問(wèn)題則可以選擇鞏固學(xué)習(xí)，如果達(dá)標(biāo)就可以進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單幫助教師了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲，方便教師根據(jù)學(xué)生反饋及時(shí)調(diào)整任務(wù)的挑戰(zhàn)難度，并對(duì)后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

教學(xué)中，計(jì)算思維的培養(yǎng)是長(zhǎng)期的任務(wù)，高中生的思維正處于從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變階段，因此，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)要循序漸進(jìn)，需要通過(guò)計(jì)算思維與教學(xué)內(nèi)容的全面整合，促進(jìn)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]中華人民共和國(guó)中央人民政府網(wǎng).國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》[N].新華網(wǎng)，2019-06-19.

[3]祝智庭，樊磊.《數(shù)據(jù)管理與分析》教師教學(xué)用書(shū)[M].北京：人民教育出版社＼中國(guó)地圖出版社，2020.