王嘉穎

摘要：《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》倡導指向核心素養(yǎng)的深度學習，因此，本文將五育融合及深度學習理念引入高中信息技術課堂的實踐教學，并提煉出深度學習為導向的課堂實施的有效策略。

關鍵詞：五育融合；深度學習；聚類算法

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）02-0035-03

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）強調，高中信息技術學科核心素養(yǎng)主要包括四個方面，即信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任。這就要求教師要幫助學生在課堂中形成正確的價值觀、必備品格、關鍵能力，以及必要的信息素養(yǎng)。因此，為了提高課堂教學效率，筆者嘗試在高中信息技術課中將五育融合及深度學習的理念引入課堂進行實踐。下面，以“聚類算法的應用”項目為例，談談具體做法。

深度學習背景下的高中信息技術課堂現(xiàn)狀分析

深度學習（deep learning）也被譯為深層學習，是美國學者Ference Marton和Roger Saljo基于學生閱讀的實驗，針對孤立記憶和非批判性接受知識的淺層學習（surface learning），于1976年提出的關于學習層次的一個概念。深度學習強調學生積極主動的學習狀態(tài)，注重培養(yǎng)學生高階思維和解決復雜問題的能力。深度學習的認知水平應對應布魯姆認知領域學習目標中的“應用、分析、評價、創(chuàng)造”這四個較高級的認知層次，不止涉及記憶，還注重知識的應用和問題的解決。然而，在傳統(tǒng)教學環(huán)節(jié)中，學生通常僅在外力驅動的基礎上，通過簡單描述、重復記憶和強化訓練等方式學習新知識和思想，無法跳脫淺層學習。教師在組織課堂學習的過程中，往往受限于學生實際的認知水平與固化的思想，陷入被動的境地。

筆者認為，在高中信息技術課的教學中，教師可以結合深度學習的四大策略，即選擇情境素材、學習過程中思維的外顯、學習過程的深度互動、團隊教學研究的改進，以及深度學習的五大特征，即聯(lián)想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價，設計符合學生認知水平與思維方式的教學內容。

五育融合課堂項目的提出與設計思路

筆者選取的主題涉及聚類算法，聚類算法屬于無監(jiān)督學習算法，即無需事先給出分類標簽，主要根據(jù)樣本間的相似度，自動對樣本進行分類。高二年級學生經過一年多的學習，已熟知Python的編程環(huán)境，掌握了Python語法及算法的基本結構，能夠運用順序、分支、循環(huán)思想編寫小程序解決實際生活中的問題，具備一定的邏輯推理能力，但對機器學習及數(shù)據(jù)分析領域比較陌生。因此，本節(jié)課從經典且富有新意的案例分析入手，引領學生主動參與到k-means聚類算法的課堂活動中，從而掌握聚類分析的相關概念，認識機器學習中常用的聚類包，理解聚類分析的原理，熟悉經典的聚類算法并落地到代碼的實現(xiàn)，并積極探索聚類算法在生活中的應用。

本項目主要結合五育融合理念中的德育、智育、美育、勞育四個方面來設計任務。通過增強學生的信息意識，突出德育實效；通過對學生計算思維能力的培養(yǎng)，發(fā)展其高階思維，提升其智育水平；通過設置層次豐富的活動，強化美育熏陶，提升學生的創(chuàng)美能力；將勞育融入課堂，助力學生探索生涯規(guī)劃。

五育融合深度學習的課堂教學實踐

環(huán)節(jié)一：真實世界—物以類聚，人以群分

教師分別從“物以類聚”“人以群分”兩個案例入手，從人們最初對物的“分類”談起，引導學生認識“有監(jiān)督學習”；再以大學社團的組成為例，引導學生認識“無監(jiān)督學習”，即根據(jù)相似性，劃分類別，從而初步認識聚類思想。

設計意圖：學生跟隨教師的引導，進入本節(jié)課的情境中。以時間為線，以人為本位，從孩提時代到大學時代的案例中，感受聚類思想在實際生活中的應用。

環(huán)節(jié)二：探索之旅—項目分析

教師展示本節(jié)任務：①基于中國城市經緯度的聚類分析（與地理學科融合），在已知各城市經緯度數(shù)據(jù)的情況下，做出中國城市經緯度的聚類散點圖。②客戶群體分析，從年收入、消費分入手，將用戶劃分成幾個類別，幫助商家有針對性地制訂營銷方案，為不同群體的用戶推送適合的信息。

設計意圖：（任務設置分層，由易到難）基于中國城市經緯度的聚類分析（融合地理學科），將德育融入課堂；通過客戶群體分析，將知識運用于實際生活中以解決問題，將智育與勞育融入課堂。

環(huán)節(jié)三：探索之旅—項目準備

教師提供導學案，結合關鍵知識點講解聚類與分類的區(qū)別、聚類的概念及目的、基本流程，介紹最經典的聚類算法即k-means算法，重點講解k-means算法的流程及代碼使用。帶領學生了解機器學習SKlearn中的k-means API，認識K-means中的常用參數(shù)、方法，如n_clusters、max_iter、fit_predict（X[，y]）等，了解數(shù)據(jù)可視化的關鍵知識點，認識matplotlib繪圖包，初識散點圖的繪制，及常用參數(shù)的設置，如size、color、marker等。

設計意圖：通過對聚類的概念、類算法即k-means算法等的講解，幫助學生理解關鍵知識點，為項目實現(xiàn)做準備。

環(huán)節(jié)四：探索之旅—項目實現(xiàn)

教師帶領學生分析案例，布置“任務一：基于經緯度的城市聚類”和“任務二：客戶群體分析”并梳理大致流程為六個步驟：①導入工具庫；②讀取文件，創(chuàng)建數(shù)據(jù)集；③應用kmeans進行聚類；④可視化繪圖；⑤結果顯示；⑥結論分析。其中，重點剖析步驟③中應用kmeans進行聚類的方法：首先導入聚類模塊，其次設定k值（聚類數(shù)量），最后進行訓練模型+預測結果。

設計意圖：學生通過梳理任務流程，厘清算法思路步驟，根據(jù)導學案中的提示，補充學習包中的半成品代碼，運行生成直觀的散點圖，從而實現(xiàn)聚類效果。

環(huán)節(jié)五：創(chuàng)新活動—聚類算法，案例剖析

教師舉例聚類算法在生活中的應用，如電商領域、經濟領域、生物學領域等，引導學生開展聚類算法案例剖析，思考聚類在生活中的應用，鼓勵學生主動查閱相關資料，并選取一個事例完成導學案中的探究表格。

設計意圖：在探究活動中，讓學生自選主題，剖析聚類算法的案例流程，拓展學生的視野，激發(fā)學生的學習熱情。

環(huán)節(jié)六：課后拓展

教師介紹matplotlib繪圖庫的功能、應用，展示豐富多彩的繪圖效果，以及常用的聚類算法，最后帶領學生初識機器學習，為今后的學習內容做鋪墊。

設計意圖：學生在思維導圖、相關講解的引領下，感受機器學習、聚類算法的魅力，同時深化知識，升華本節(jié)課內容，激發(fā)學生進一步學習的內驅力。

五育融合深度學習的課堂教學策略

1.增強信息意識，突出德育實效

深度學習要求教師重視在選擇情境素材時的鏈接策略，即多視角鏈接生活和生產，引導學生在課堂上積極主動地獲取、加工、表達信息，使其形成課堂主人翁的主體意識。同時，結合愛國主義教育進課堂，提升學生的社會責任感，增強其信息道德意識。

2.發(fā)展高階思維，提升智育水平

深度學習的主要特征表現(xiàn)在本質與變式、活動與體驗兩個方面，并要求教師創(chuàng)設深度加工的學習情境。教師可引導學生在問題解決的過程中，合理運用算法，并結合數(shù)字化學習環(huán)境中的相關工具，開展自主學習、協(xié)同學習、知識分析、創(chuàng)新創(chuàng)造，從而發(fā)展高階思維，提升綜合應用能力。

3.升級活動體驗，課程融入體育

五育融合中的體育的要求主要表現(xiàn)在運動認知和健康行為兩個方面，教師在課堂設計時，可結合時下流行的運動APP與智能設備，對標本學科對學生成長獨特的育人價值，以提升學生的運動認知，促進健康行為的產生。

4.強化美育熏陶，提升創(chuàng)美能力

思想認識和創(chuàng)美能力是五育融合中的美育的兩個主要表現(xiàn)方面，教師在授課時，可結合深度學習中的選擇情境素材鏈接策略，多視角鏈接生活和生產，幫助學生在遷移和應用的過程中，逐步將知識轉化為綜合實踐能力。

5.勞育融入課堂，探索生涯規(guī)劃

勞育融入課堂主要表現(xiàn)在對勞動的情感態(tài)度和自身生涯探索意識兩個方面，其中，勞動的情感態(tài)度包括對勞動內涵的認識、對勞動價值的認同兩個維度。教師可結合我國科技工作者在科技領域做出的最新努力與貢獻，調用深度互動策略，喚起學生對勞動價值的認同，從而提升其社會責任感。

結束語

總之，在五育融合課堂的設計環(huán)節(jié)中，教師可以將德育融入課堂，主動發(fā)掘生活中學科相關的案例，增強學生的信息意識；將智育融入課堂，利用數(shù)字化學習工具與學習資源，引導學生開展自主學習、創(chuàng)新創(chuàng)造，實現(xiàn)算法，并遷移到相關的問題解決中；將體育融入課堂，結合運動APP與智能設備，對標獨特育人價值，提升學生運動認知，促進健康行為產生；將美育融入課堂，引導學生運用創(chuàng)意思維、創(chuàng)造方法，融合信息技術獨有的工具，表達、詮釋、創(chuàng)造數(shù)據(jù)之美；將勞育融入課堂，通過項目式學習，讓學生在“做中學，學中做”中實現(xiàn)自我價值，創(chuàng)造社會價值，體驗勞動成功的樂趣。

參考文獻：

Marton F，Saljo R.On Qualitative Difference in Learning：Outcome and Process[J].British Journal of Educational Psychology，1976（46）：4-11.