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(duì)策分析

摘要：深度學(xué)習(xí)教學(xué)改進(jìn)已成為促進(jìn)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(shí)，需立足《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》和教材內(nèi)容，明確目標(biāo)導(dǎo)向，認(rèn)清開(kāi)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(jìn)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(dá)”主題教學(xué)實(shí)踐案例為例，總結(jié)了大數(shù)據(jù)教學(xué)的實(shí)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(duì)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(shí)到具體學(xué)科的育人目標(biāo)。自2019年實(shí)施普通高中“新課標(biāo)·新課程·新教材”以來(lái)，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(shí)與國(guó)際信息技術(shù)教育的發(fā)展趨勢(shì)，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(jì)對(duì)教師提出了新的挑戰(zhàn)。開(kāi)展大數(shù)據(jù)教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分析1.新課標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）的內(nèi)容，雖然沒(méi)有單獨(dú)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(jì)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(gè)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(dá)的基本方法，選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呋蚱脚_(tái)完成數(shù)據(jù)分析報(bào)告和數(shù)據(jù)保護(hù)。它對(duì)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(wèn)題解決的過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)價(jià)值、數(shù)據(jù)管理思想與分析方法的認(rèn)識(shí)等。它對(duì)應(yīng)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平三、四和學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試要求。必修模塊與選擇性必修模塊對(duì)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(jìn)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(jì)算”模塊中，除教科社的教材沒(méi)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(jìn)行對(duì)比分析，也將大數(shù)據(jù)的內(nèi)容融入到數(shù)據(jù)中展開(kāi)。而在選擇性必修中，對(duì)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(qiáng)調(diào)運(yùn)用大數(shù)據(jù)視角對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與分析，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和運(yùn)用，甚至涉及人工智能、機(jī)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(shuō)話(huà)，不僅僅是因?yàn)閿?shù)據(jù)的客觀特征，更是因?yàn)榇髷?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(kāi)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(shí)世界客觀事物的符號(hào)記錄，是信息的載體，是計(jì)算機(jī)加工的對(duì)象。大數(shù)據(jù)是以容量大、類(lèi)型多、存取速度快、應(yīng)用價(jià)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(kāi)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(guò)程、基本特征、類(lèi)型特點(diǎn)、應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而全面解讀大數(shù)據(jù)的基本內(nèi)涵，但當(dāng)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(lèi)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(jià)值隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的來(lái)源變得多樣化，大數(shù)據(jù)的類(lèi)型也更加復(fù)雜，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值是要從海量龐雜的數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息，從而運(yùn)用于管理、農(nóng)業(yè)、金融、醫(yī)療和教育等各個(gè)社會(huì)領(lǐng)域，為社會(huì)發(fā)展服務(wù)。但在目前的教學(xué)實(shí)踐中，沒(méi)有將大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值有效落實(shí)到對(duì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)變革的影響上，只是針對(duì)數(shù)據(jù)分析的某一項(xiàng)技術(shù)功能或某些工具應(yīng)用方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，沒(méi)有建立從數(shù)據(jù)到信息，再到知識(shí)，從而上升到智慧的DIKW模型的大數(shù)據(jù)觀，學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)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(shí)踐中，應(yīng)在認(rèn)識(shí)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(dá)、分析報(bào)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(shí)、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(tái)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(shí)時(shí)、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(duì)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算思維、思維提升三級(jí)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(tái)或工具目前可以直接利用或體驗(yàn)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)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(tái)開(kāi)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(tái)進(jìn)行體驗(yàn)，或直接利用Python等數(shù)據(jù)挖掘和分析軟件工具進(jìn)行部分環(huán)節(jié)的教學(xué)，沒(méi)有從數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、智能化環(huán)境、大數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)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(wú)法達(dá)到深度學(xué)習(xí)的教學(xué)效果。開(kāi)展大數(shù)據(jù)教學(xué)的方法策略與教學(xué)實(shí)踐1.高中信息技術(shù)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)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(shí)發(fā)生，同時(shí)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(wèn)題。深度學(xué)習(xí)提倡單元式學(xué)習(xí)，教學(xué)實(shí)踐模型共包括四個(gè)核心要素（素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)、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(píng)價(jià)）和兩個(gè)支持要素（開(kāi)放性學(xué)習(xí)環(huán)境、反思性教學(xué)改進(jìn)），它是一個(gè)螺旋式循序漸進(jìn)的過(guò)程，上頁(yè)圖1所示為高中信息技術(shù)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐模型示意圖。2.開(kāi)展大數(shù)據(jù)教學(xué)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐（1）落實(shí)以素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐以學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點(diǎn)。在界定學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，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(shí)需要思考的問(wèn)題，確定單元學(xué)習(xí)完成后應(yīng)該達(dá)成的所知、所能和所成，形成單元目標(biāo)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(dá)”單元學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，筆者立足“數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)”的概念，通過(guò)“學(xué)科核心素養(yǎng)—標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求—大概念—概念群—單元目標(biāo)”的一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的界定。圖2所示為主題單元學(xué)習(xí)目標(biāo)界定示意圖。（2）選擇以真實(shí)情境引領(lǐng)的大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)主題真實(shí)的情境可以從學(xué)生的真實(shí)需求和經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題，通過(guò)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(huì)怎樣（預(yù)測(cè)），可以挖掘出數(shù)據(jù)背后的價(jià)值。因此，筆者結(jié)合學(xué)生情境與“數(shù)據(jù)與計(jì)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(dá)”為學(xué)習(xí)主題，讓學(xué)生經(jīng)歷大數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)、采集、整理、分析、可視化、分析報(bào)告的整個(gè)過(guò)程，從而挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。（3）堅(jiān)持以問(wèn)題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)“問(wèn)題”是引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突、聯(lián)接既有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新知識(shí)技能的“節(jié)點(diǎn)”，問(wèn)題與問(wèn)題組成的“問(wèn)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(guò)分析單元學(xué)習(xí)主題以及學(xué)習(xí)目標(biāo)產(chǎn)生學(xué)科的基本問(wèn)題，并將問(wèn)題情境化，形成問(wèn)題鏈，以明確每個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，上頁(yè)表1所示是主題單元的挑戰(zhàn)性任務(wù)設(shè)計(jì)。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(dòng)，形成“學(xué)習(xí)目標(biāo)—學(xué)習(xí)單元主題—學(xué)習(xí)活動(dòng)—學(xué)習(xí)任務(wù)—學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”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(bào)告”的數(shù)據(jù)處理流程，形成單元學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)，表2為主題單元的活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)表。（4）開(kāi)展持續(xù)性大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)在指向深度學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)教學(xué)中，應(yīng)細(xì)化主題探究過(guò)程和活動(dòng)成果，把握主題單元教學(xué)實(shí)施過(guò)程中學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的表現(xiàn)形式，進(jìn)而確定持續(xù)性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的證據(jù)，并借助一系列問(wèn)題，如“什么樣的證據(jù)能表明學(xué)生可以根據(jù)解決問(wèn)題的需要設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)能表明學(xué)生的數(shù)據(jù)分析報(bào)告是合理和有意義的”等設(shè)計(jì)持續(xù)性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)?！俺鞘锌諝赓|(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達(dá)”主題單元依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，針對(duì)單元主題活動(dòng)任務(wù)，設(shè)計(jì)作品評(píng)價(jià)工具、過(guò)程性評(píng)價(jià)工具以及知識(shí)技能評(píng)價(jià)試題等，結(jié)合在線(xiàn)學(xué)習(xí)行為記錄、課堂提問(wèn)交互、學(xué)習(xí)作品展示、小組討論等過(guò)程性評(píng)價(jià)方式，以“持續(xù)化學(xué)習(xí)證據(jù)和數(shù)據(jù)分析報(bào)告作品”來(lái)呈現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，表3為主題單元的數(shù)據(jù)采集活動(dòng)持續(xù)性評(píng)價(jià)表。同時(shí)，學(xué)生探究學(xué)習(xí)活動(dòng)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(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)探究方法與工具學(xué)生在學(xué)會(huì)基本的電子表格分析的基礎(chǔ)上可以利用Python工具開(kāi)展數(shù)據(jù)處理，以此來(lái)體驗(yàn)大數(shù)據(jù)分析的過(guò)程與方法。“城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析和可視化表達(dá)”學(xué)習(xí)主題選用集成化Anaconda的JupyterNotebook平臺(tái)進(jìn)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(kāi)展數(shù)據(jù)整理、分析、可視化表達(dá)。同時(shí)，學(xué)生可以利用Moodle工具完成數(shù)據(jù)分析報(bào)告，體現(xiàn)新課標(biāo)“選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_(tái)處理數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）進(jìn)行整理、組織、計(jì)算與呈現(xiàn)”的相關(guān)要求。開(kāi)展大數(shù)據(jù)教學(xué)實(shí)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(lèi)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(dāng)?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(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)。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(shí)—智慧”的認(rèn)知發(fā)展主線(xiàn)，關(guān)注界定問(wèn)題、問(wèn)題分解、模式識(shí)別、繪制模型、優(yōu)化遷移等的計(jì)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(bào)告”的整個(gè)過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科三條主線(xiàn)合一的思維發(fā)展。3.關(guān)注學(xué)習(xí)的過(guò)程性評(píng)價(jià)在大數(shù)據(jù)教學(xué)中，教師應(yīng)關(guān)注過(guò)程性評(píng)價(jià)，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工具伴隨式、全過(guò)程追蹤記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)，并通過(guò)課堂觀察、學(xué)習(xí)行為分析、作品評(píng)價(jià)、檔案袋