第二章知識與數(shù)字化學習（教學設(shè)計）

1、第二章 知識與數(shù)字化學習教學設(shè)計一、項目簡介項目主題運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識項目背景未來教室里，教師們運用Python、思維導圖、網(wǎng)絡(luò)畫板等各類數(shù)字化學習工具進行個性化教學，使教學更加形象、直觀、易懂；同學們利用數(shù)字化學習工具進行個性化學習，不僅可以開闊視野、開發(fā)思維、啟迪智慧，而且可以直觀地感受知識形成的過程，提高學習效率。高中不少學科涉及科學實驗，獲得大量的數(shù)據(jù)，通過處理和分析數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，在這一過程中，同學們利用數(shù)字化工具并體驗數(shù)字化學習的過程，感受數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)和思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中。 對應(yīng)教材廣東教育出

2、版社普通高中教科書信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計算第二章課時安排3課時二、課程標準及目標分析（一）課程標準及教材分析1. 本章對應(yīng)課標的內(nèi)容要求（1）在運用數(shù)字化工具的學習活動中，理解數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系，認識到數(shù)據(jù)對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?。?）針對具體學習任務(wù)，體驗數(shù)字化學習過程，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢。2. 本章對應(yīng)的學業(yè)要求A-3：掌握數(shù)字化學習的方法。（信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新）A-4：能夠根據(jù)需要選用合適的數(shù)字化工具開展學習。（信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新）A-6：能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)。（信息社會責任、計算思維）A-8：在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，完成分

3、析報告。（信息社會責任、計算思維）3. 本章的地位和作用本章是教科書數(shù)據(jù)與計算的第二章，將帶學生學習“知識與數(shù)字化學習”的教學內(nèi)容，也是學習其他章節(jié)與模塊的基礎(chǔ)知識與技能準備。本章以培養(yǎng)信息素養(yǎng)為目標，以知識技能為載體，以項目學習活動為途徑，開展自主、協(xié)作、探究學習，讓學生理解數(shù)據(jù)、信息、知識與智慧的相互關(guān)系，認識到數(shù)據(jù)對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽１菊峦ㄟ^“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”項目范例，讓學生借助數(shù)字化學習環(huán)境，體驗數(shù)字化學習與創(chuàng)新活動過程，通過整合其他學科的學習任務(wù)，讓學生感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而提升學生的信息素養(yǎng)。（二）學科核心素養(yǎng)信息意識：在日常生活中，根據(jù)實際解決問題的需

4、要，恰當選擇數(shù)字化工具，具備信息安全意識。主動關(guān)注信息技術(shù)工具發(fā)展中的新動向和新趨勢，有意識地使用新技術(shù)處理信息。計算思維：按照問題解決方案，選用適當?shù)臄?shù)字化工具或方法獲取、組織、分析數(shù)據(jù)，并能遷移到其他相關(guān)問題的解決過程中。數(shù)字化學習與創(chuàng)新：在學習過程中，能夠評估常用的數(shù)字化工具與資源，根據(jù)需要合理選擇。針對特定的學習任務(wù)，運用一定的數(shù)字化學習策略管理學習過程與資源，完成任務(wù)，創(chuàng)作作品。在網(wǎng)絡(luò)學習空間中開展協(xié)作學習，建構(gòu)知識。信息社會責任：正確認識現(xiàn)實社會身份、虛擬社會身份之間的關(guān)系，合理使用虛擬社會身份開展信息活動。在信息交流或合作中，尊重不同的信息文化，積極、主動地融入信息社會中。（三）

5、目標分析1. 項目目標本章通過“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”項目，組織學生進行自主、協(xié)作、探究學習，讓學生體驗數(shù)字化學習過程，能夠描述數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中，促進本章對應(yīng)課標的學科核心素養(yǎng)水平的達成，完成項目學習目標。2. 學業(yè)目標（1）能夠了解數(shù)字化學習的基本方法；（2）能夠列舉數(shù)字化工具在學習中的應(yīng)用；（3）能夠理解數(shù)據(jù)、信息與知識的關(guān)系；（4）能夠在對數(shù)據(jù)、信息進行綜合處理的基礎(chǔ)上，建構(gòu)知識，撰寫研究報告；（5）能夠理解數(shù)字化學習；（6）能夠描述數(shù)字化學習的特點；（7）能夠

6、感受數(shù)字化工具與資源的優(yōu)勢；（8）能夠評價與選擇合適的數(shù)字化資源與工具開展學習；（9）能夠熟練運用數(shù)字化學習的方法，有效開展數(shù)字化學習；（10）能夠熟練運用數(shù)字化學習資源與工具，開展自主或協(xié)作學習，完成任務(wù)，創(chuàng)作作品。² 重點：（1）理解數(shù)據(jù)、信息與知識的關(guān)系；（2）感受數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢。² 難點：（1）在對數(shù)據(jù)、信息進行綜合處理的基礎(chǔ)上，掌握數(shù)字化學習的方法；（2）評價和選擇合適的數(shù)字化資源與工具開展學習。三、學情分析學生在第一章中已經(jīng)學習了數(shù)據(jù)與信息的內(nèi)容，能夠描述數(shù)據(jù)與信息的特征，知道數(shù)據(jù)編碼的基本方式。受學科研究方法限制，對所學過的數(shù)理知識的理解處在較為傳統(tǒng)的

7、數(shù)據(jù)收集與計算模式，尚缺乏利用數(shù)字化學習工具探究數(shù)理知識的意識和能力，尤其是缺乏利用簡單的算法與程序進行數(shù)理知識的處理。四、教學方法和策略創(chuàng)設(shè)運用數(shù)字化工具探究知識的活動情境，組織學生在解決問題的過程中體驗數(shù)字化學習過程，通過小組開展項目學習，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中。5、 資源列表資源名稱清單及描述形式（類型）來源課件第二章 知識與數(shù)字化學習（課件）演示文稿教師制作微課本章課程介紹本章項目范例用jupyter notebook 處理數(shù)據(jù)數(shù)字化工具-網(wǎng)絡(luò)畫板思維導圖的應(yīng)用微課視頻教師制作軟件工具Python3

8、.*、思維導圖、網(wǎng)絡(luò)畫板軟件互聯(lián)網(wǎng)六、學習活動流程七、學習活動設(shè)計范例學習項目主題運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識項目背景未來教室里，教師們運用Python、思維導圖、網(wǎng)絡(luò)畫板等各類數(shù)字化學習工具進行個性化教學，使教學更加形象、直觀、易懂；同學們利用數(shù)字化學習工具進行個性化學習，不僅可以開闊視野、開發(fā)思維、啟迪智慧，而且可以直觀地感受知識形成的過程，提高學習效率。高中不少學科涉及科學實驗，獲得大量的數(shù)據(jù)，通過處理和分析數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，在這一過程中，同學們利用數(shù)字化工具并體驗數(shù)字化學習的過程，感受數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)和思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)

9、的過程中。項目目標 本章通過“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”項目，組織學生進行自主、協(xié)作、探究學習，讓學生體驗數(shù)字化學習過程，能夠描述數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢，從而將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中，促進本章對應(yīng)課標的學科核心素養(yǎng)水平的達成，完成項目學習目標。工具和方法利用思維導圖工具和“頭腦風暴”的方法組建團隊、明確任務(wù)；采用Python語言和網(wǎng)絡(luò)畫板等工具進行項目探究。實施過程（1） 明確項目問題；（2） 規(guī)劃設(shè)計：制訂項目學習的學習規(guī)劃；（3） 探究活動：通過探究活動，體驗數(shù)字化學習過程，理解數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)

10、系，感受利用數(shù)字化工具與資源的優(yōu)勢；（4）作品制作：運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識；（5）成果交流；（6）活動評價。成果運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識的可視化報告項目選題教師活動提供更多的選題，并參與到小組的選題討論中。學生活動根據(jù)教材選題、教師提供的附加選題或自擬，小組頭腦風暴后確定項目選題，以小組為單位，填寫項目學習活動記錄表“項目選題”欄目。項目規(guī)劃教師活動強調(diào)項目目標及學習目標，引導學生分析項目問題，指導小組完成項目規(guī)劃，組織開展方案交流。學生活動小組依照項目范例，結(jié)合本組選題，制訂本組項目規(guī)劃方案，填寫項目學習活動記錄表“項目規(guī)劃”欄目。探究活動項目實施活動1：通過學習和交流，結(jié)合本組選題，

11、分析并確定小組項目探究時所需要用到的數(shù)字化學習工具，體驗數(shù)字化學習的過程，理解數(shù)據(jù)、信息、知識與智慧的相互關(guān)系。教師活動以項目范例為例，提供項目范例中的Python程序代碼，提供有關(guān)Python開發(fā)環(huán)境的基本操作指引（或微課），引導學生使用數(shù)字化工具（Excel或Python）探究數(shù)理知識的實驗過程，總結(jié)知識發(fā)現(xiàn)的有效路徑，理解數(shù)據(jù)、信息、知識與智慧之間的相互關(guān)系。學生活動通過學習，小組結(jié)合本組選題，分析和確定本組項目所需要的數(shù)字化學習工具，填寫項目學習活動記錄表“探究活動 項目實施”欄目中的“活動1”的內(nèi)容?；顒?：通過交流和調(diào)查，匯總各學科教師在教學中所運用到的數(shù)字化資源，比較傳統(tǒng)學習與數(shù)

12、字化學習兩種方式的特點，通過探究投針實驗，體驗數(shù)字化學習的優(yōu)勢。教師活動 引導學生匯總教學活動中的數(shù)字化工具與資源，并比較其優(yōu)勢，指導學生探究投針實驗，體驗數(shù)字化創(chuàng)新學習的過程。學生活動填寫各學科教師在教學中所運用到的數(shù)字化資源，并分析數(shù)字化學習的特點，填寫學習表單；根據(jù)教師所提供的實驗數(shù)據(jù)和操作指引，完成投針實驗，并進行思維導圖軟件的比較。項目實施各小組各小組參照項目范例的樣式，運用數(shù)字化學習工具，如騰訊文檔、演示文稿等，歸納所學知識，梳理探究活動的成果，撰寫相應(yīng)的項目成果報告。 項目交流各小組在小組或班級上進行展示與交流，共享創(chuàng)造、分享快樂?；顒釉u價各小組根據(jù)項目選題、擬訂的項目方案、實施

13、情況以及所形成的項目成果，利用“作品評價量規(guī)”及教科書附錄2的“項目活動評價表”，開展項目學習活動評價。八、學習成果：“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”可視化報告九、評價方案（一）評價時間線項目范例報告項目學習活動記錄表項目范例報告項目學習活動記錄表項目活動評價表作品評價量規(guī)項目選題項目規(guī)劃活動評價項目活動評價表作品評價量規(guī)成果交流項目實施項目范例報告項目學習活動記錄表項目范例報告項目學習活動記錄表探究活動（二）評價工具評價方法/工具評價的過程和目標項目范例報告用于整個活動，主要作用是為學生項目實施和作品制作提供示范和引領(lǐng)。（見附件1）項目學習活動記錄表用于整個學習活動，主要作用是指導學生開展項目

14、學習活動，明確項目學習內(nèi)容，記錄學習過程及階段性成果。（見附件2）作品評價量規(guī)使用量規(guī)項目來幫助學生創(chuàng)作高品質(zhì)的作品，確保達到項目預期。同時用量規(guī)為同伴的作品提供反饋。教師使用量規(guī)來評價。（見附件3）項目活動評價表對整個項目學習過程中各環(huán)節(jié)，學科核心素養(yǎng)達成的情況進行評價。（見教科書附錄2）十、項目實施說明（一）關(guān)于課時分配建議課時分配如下：第1課時：范例展示、項目選題與項目規(guī)劃第2課時：探究活動、項目實施活動1、活動2第3課時：項目實施、成果交流、活動評價（二）關(guān)于項目范例本章教師通過“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”項目范例，引導學生學習“知識與數(shù)字化學習”的內(nèi)容。（三）關(guān)于項目選題圍繞本章項

15、目學習活動的大主題“運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識”，根據(jù)高中階段學科中出現(xiàn)的數(shù)理知識，細化項目學習活動的主題，提供給學生開展學習。1. 運用數(shù)字化工具探究化學知識；2. 運用數(shù)字化工具探究生物知識；3. 運用數(shù)字化工具探究地理知識；4自擬選題（四）關(guān)于探究活動“探究活動”對應(yīng)項目范例的主題，串聯(lián)知識點，學生在學習范例的同時自選項目主題，結(jié)合范例學習，完成自選主題的項目探究活動?！疤骄炕顒印钡脑O(shè)計，使得學生在做項目的過程中學習知識、建構(gòu)知識。教師提供記錄表單和學習資源對學生的自主探究給予幫助和支持，以提高學生的學習效率和維持學生的學習興趣。十一、附件附件1：項目范例可視化報告運用數(shù)字化工具探究數(shù)理

16、知識的實驗報告 一、引言 在人類的生產(chǎn)、生活和研究活動中，人們會不斷學習、總結(jié)、發(fā)現(xiàn)認識自然、探究規(guī)律的方法。而“做實驗獲取觀察數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)推理建立數(shù)學模型實驗驗證模型形成知識應(yīng)用知識解決問題”是一條非常有效的知識發(fā)現(xiàn)路徑。二、實驗目的 未來教室里，教師們運用Python、思維導圖、網(wǎng)絡(luò)畫板等各類數(shù)字化學習工具進行個性化教學，使教學更加形象、直觀、易懂；同學們利用數(shù)字化學習工具進行個性化學習，不僅可以開闊視野、開發(fā)思維、啟迪智慧，而且可以直觀地感受知識形成的過程，提高學習效率。 體驗數(shù)字化學習過程，理解數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢。 三、實驗內(nèi)容與步驟 1.實

17、驗內(nèi)容 運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識的實驗內(nèi)容包括： （1）探究電流與電壓、電阻的關(guān)系。 （2）用“網(wǎng)絡(luò)畫板”體驗投針實驗。 2.實驗步驟 運用數(shù)字化工具探究數(shù)理知識的實驗步驟包括： （1）收集實驗數(shù)據(jù)。 （2）分析數(shù)據(jù)，建立模型。 （3）實驗驗證模型。 （4）利用數(shù)字化工具進行數(shù)學實驗。 四、實驗工具與方法 利用思維導圖工具和“頭腦風暴”的方法組建團隊、明確任務(wù)； 采用結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)分析方法，使用可視化分析工具，實施探究。五、實施實驗過程 實驗1：歐姆在研究電流與電壓、電阻關(guān)系的實驗利用了控制變量法，即保持電壓不變，探究電流和電阻的關(guān)系；或保持電阻不變，探究電流和電壓的關(guān)系。我們運用Python

18、工具，利用控制變量法采集實驗數(shù)據(jù)，研究當導體電壓保持不變時，通過導體的電流隨導體電阻變化的規(guī)律。1.收集實驗數(shù)據(jù) （1）連接電路圖如右圖所示。連接電路時注意：接線時開關(guān)要斷開；閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片要滑到最大阻值處。 （2）把電阻 R1（記下阻值）接入電路，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)U=3 V，記錄電流表示數(shù) I1。（3）把電阻 R1 換成電阻 R2（記下阻值），再次移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)U=3 V，記錄電流表示數(shù) I2。（4）如此類推，把電阻 R9 換成電阻 R10，再次移動滑片使電壓表示數(shù)U=3 V，記錄電流表示數(shù) I10。所得到實驗數(shù)據(jù)如表2-2所示。2.分析數(shù)據(jù)

19、，建立模型運用Python工具處理數(shù)據(jù)，繪制圖像。 （1）繪制散點圖。把表2-2中的數(shù)據(jù)輸入Python繪制散點圖程序（程序如圖中所示）中，執(zhí)行程序后得到如下圖所示的電流 I 與電阻 R 關(guān)系數(shù)據(jù)散點圖。 （2）在“繪制散點圖”程序中加上指令“plt.plot（x0,y0）”，執(zhí)行程序后，得到如下圖所示的電流 I 與電阻 R 關(guān)系數(shù)據(jù)曲線圖。3.實驗驗證模型觀察電流 I 與電阻 R 關(guān)系數(shù)據(jù)曲線圖后，猜想電流 I 與電阻 R 的關(guān)系是反比例關(guān)系，于是按 I =U÷R的關(guān)系對數(shù)據(jù)作曲線擬合。利用曲線擬合程序，執(zhí)行后得到如下圖所示的電流I與電阻R關(guān)系數(shù)據(jù)曲線擬合圖。其中，U=2905.6

20、7607341 mV與電壓表的示數(shù)基本吻合， 即 ：I =2905.67÷R 經(jīng)過推理和實驗驗證，電流 I 與電阻 R 反比例關(guān)系成立，即I =U÷R。4.利用數(shù)字化工具進行數(shù)學實驗 數(shù)字化工具是指能夠采集、獲取、檢索、表示、傳輸、存儲和加工多媒體數(shù)字化資源的設(shè)備裝置。 在信息時代，學習者不僅可以向教師與課本學習，而且還可以高效利用數(shù)字化工具與資源的優(yōu)勢，在數(shù)字化學習環(huán)境中，與學伴和教師高效開展自主、協(xié)作、探究學習，創(chuàng)造性地完成具體的學習任務(wù)。實驗2: 投針實驗。蒙特卡洛方法是計算機模擬的基礎(chǔ)，起源于18世紀數(shù)學家蒲豐的“投針實驗”。投針實驗是指在平面上畫有一組間距為d的平

21、行線，將一根長度為l（ld）的針任意擲在這個平面上，求此針與平行線中任一條相交的概率。這是一個數(shù)學上的概率問題。 當人們反復進行大量的隨機投針實驗后，發(fā)現(xiàn)了一個獨特的現(xiàn)象，即針與平行線中任一條相交的概率是一個常數(shù)。那這個常數(shù)的倒數(shù)是什么呢？下面我們利用開放共享的“網(wǎng)絡(luò)畫板”平臺模擬投針實驗，體驗使用計算機模擬隨機實驗處理確定性數(shù)學問題的思維方法。我們設(shè)定平行線的間距d=1，針長l=0.5，拋擲次數(shù)a從100到5000，k為記錄針與平行線中任一條相交的次數(shù)，探究針與平行線中任一條相交的概率的倒數(shù)P=a/k的變化。具體操作步驟如下： （1）在線打開“網(wǎng)絡(luò)畫板”平臺，點擊“開始作圖”按鈕，進入畫板的

22、作圖界面。（2）點擊“文件”菜單的“打開本地文件”按鈕，打開并運行投針實驗.npc，如下圖所示。 （3）點擊“拋擲”按鈕，開啟或停止“拋擲”，觀察P值的變化，重復多次操作，可發(fā)現(xiàn)P的近似值，如下圖所示。 六、實驗結(jié)果 1.知識是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統(tǒng)化地提煉、研究和分析的結(jié)果，能夠精確地反映事物的本質(zhì)；智慧是應(yīng)用知識解決問題的實踐創(chuàng)新能力。 知識是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統(tǒng)化地提煉、研究和分析的結(jié)果，能夠精確地反映事物的本質(zhì)。它來源于實踐，經(jīng)過加工提煉，又高于實踐。知識由概念、事實、規(guī)則三個基本要素組成，它不僅可以反映個別事物運動狀態(tài)及其具體的變化方式，更可以反映一

23、類事物運動狀態(tài)及其共同變化規(guī)律。 智慧是達到預定目標，所具有獲取、選擇、應(yīng)用知識解決問題的實踐創(chuàng)新能力。數(shù)據(jù)是現(xiàn)實世界客觀事物的符號記錄；知識是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統(tǒng)化地提煉、研究和分析的結(jié)果，能夠精確地反映事物的本質(zhì)；智慧是應(yīng)用知識解決問題的實踐創(chuàng)新能力。 2.數(shù)字化資源與學習工具，可以有效地管理學習過程與學習資源 數(shù)字化學習與創(chuàng)新是指個體通過評估并選用常見的數(shù)字化資源與工具，有效地管理學習過程與學習資源，創(chuàng)造性地解決問題，從而完成學習任務(wù)，形成創(chuàng)新作品的能力。具備數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力的學生，能夠認識數(shù)字化學習環(huán)境的優(yōu)勢和局限，適應(yīng)數(shù)字化學習環(huán)境，養(yǎng)成數(shù)字化學習與創(chuàng)新的習慣；掌握數(shù)字化學習系統(tǒng)、學習資源與學習工具的操作技能，用于開展自主學習、協(xié)同工作、知識分享與創(chuàng)新創(chuàng)造，助力終身學習能力的提高。 因數(shù)字化學習環(huán)境和資源利用方式不同，學習工具、途徑和方法多樣，數(shù)字化學習模式也不盡相同。因此，只有牢固樹立數(shù)字化學習的意識，學會數(shù)字化學習的技術(shù)手段和方法，養(yǎng)成數(shù)字化學習的習慣，才能促進終身學習，實現(xiàn)自主發(fā)展。七、結(jié)語