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聚焦核心素养 注重探究实践
——《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》解读

2018-09-04吴旭日

福建基础教育研究 2018年7期
关键词:数字化信息技术素养

吴旭日

(厦门第一中学,福建 厦门 361003)

《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)与《普通高中信息技术课程标准(2003实验版)》相比,从内容的广度、深度,到知识的层次结构,都发生了很大的变化,不仅融入了许多信息技术的前沿技术,而且对学生信息处理能力提出了更高要求。可以说,信息技术是新一轮高中课程改革中,内容和结构变化最大的学科,是对信息技术课程的重建。

一、课程的目标和要求不同

在2003年版课程标准中,课程的主要目标是提升学生的信息素养;掌握基本的信息技术技能;学会运用信息技术促进交流与合作;明确信息社会公民的权利与义务、伦理与法规,为适应未来学习型社会提供必要保证。[1]采用的信息处理工具以Windows XP、OFFICE2000、Visual Basic6.0和 Access2003等软件为主。

新课标以学科核心素养的分级体系为依据,旨在提升学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任。其中,信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力;计算思维是采用计算机方式界定问题,运用合理的算法形成解决问题的方案,并迁移到与之相关的其他问题解决中;数字化学习与创新是指将信息技术作为工具,去学习和创新;信息社会责任是指信息社会中的个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。[2]

新旧课标的共同目标都是提升学生的信息素养。旧课标重在信息技术技能的掌握与应用,新课标强调构建具有时代特征的学习内容,兼顾理论学习和实践应用,将知识建构、技能培养与思维发展融入到运用数字化工具解决问题过程中,让学生体验知识的社会性建构,成为具有较高信息素养的公民。[2]

二、课程的内容和结构发生了变化

新课标由必修、选择性必修和选修三类课程共10个模块组成。其中,必修模块为“数据与计算”和“信息系统与社会”,共3学分54课时,并以此作为学科学业水平合格性考试依据。[2]

新增6个选择性必修课程模块,每个模块2学分,作为必修课程的拓展与加深。学生可在修满必修学分的基础上,根据能力和发展需要选学相关模块。其中数据与数据结构、网络基础、数据管理与分析作为学科学业水平等级性考试的依据,人工智能初步、三维设计与创意、开源硬件项目设计三个模块作为综合素质评价的内容,以便更好满足学生升学和个性化发展的需要。[2]

选修课程包括算法初步和移动应用设计2个模块,为满足学生的兴趣爱好、学业发展、职业选择而开设,并列入学生综合素质评价的内容。[2]

课程标准的调整,不仅使课程设置更具有科学性、实用性和合理性,而且兼顾了学生的个性发展与升学需要,凸显学科核心素养,满足数字化时代对创新性人才培养的需求,是具有一定前瞻性和开拓性的调整,必将对今后信息技术教学及应用产生深远影响。

新课标以数据为核心,围绕数据、数据处理、数据应用和项目探究,通过提供丰富资源,帮助学生掌握概念,了解原理,认识价值,学会分析问题,形成多元理解能力,并能利用数字化环境进行学习和创新,是一种新型的学习方式。

新课标提倡以项目探究和学生活动为导向,通过项目引言让学生了解探究项目的内容和要求,引导学生带着问题去思考和探究;通过列举与探究项目相关的活动,引导学生对知识进行总结和迁移;通过布置面向真实情境的相关任务,鼓励学生综合运用所学知识和技能,利用数字化环境解决问题,养成独立思考的习惯。

三、课程的编排和设计更贴近学生需求

在大数据时代,人们的生活离不开数据,而每个人产生的数据反过来又会影响其他人的生活。百度地图和高德地图不间断地收集着路面交通实时数据,这些数据会对你的交通规划产生影响;你在淘宝或京东网站上的购物记录和顾客对商品的评价情况,也会影响你和他人对商品的选择和购买。在信息社会,学会对数据进行采集、编码、存储、分析和处理,让这些数据更好地为自己服务,是一项基本技能,也是信息素养的重要体现。

新课标从数据、数据采集、数据分析以及如何利用大数据来获取有用信息出发,通过列举生活中常见的信息技术应用案例,让学生了解隐藏在数据背后的重要信息。例如,可以通过探究“夜间灯光分布卫星图”等活动,让学生了解夜晚城市灯光亮度分布情况及图中蕴含的其它信息,探寻夜间灯光分布的规律及其原因,找出夜间灯光与能源消耗、人口增长和GDP增长三者间的关系,学会数据分析的一般过程。

数据编码和表示是数据处理的基础,通过“了解身份证号的编码规则”和“认识并制作二维码”等活动,让学生认识了数据的编码方式和运算法则,知道二进制在信息编码中的重要作用。通过探究“声音数字化参数对音频文件的影响”和“图像数字化的过程和方法”等活动,使学生对声音和图像文件的数字化表示方法有了进一步的了解,增强了学习的兴趣。

数据并不是一堆枯燥无味的数字,深入挖掘数据背后隐藏的东西,可获取更多有用信息,数据处理与应用是信息技术的终极目标。例如,在智能停车场中,停车引导和车辆收费是其中最重要的两个环节。智能停车系统能够自动记录车辆占位和停车时间等信息,实现无人值守,自动收费。同时,系统还应该和其他智能停车场实现数据共享,构成智能城市停车系统,引导附近车辆快速找到停车位,提高车位利用率。通过探究“认识智能停车场中的数据处理”等活动,让学生经历了数据处理的一般过程,体验真实环境中数据的处理方法,感受了数据处理的全过程。通过这些探究活动,学生还可以学到利用超声波和摄像头等传感器采集数据,采用“问卷星”等手段在网上快速搜集数据的方法,信息处理能力得到进一步提升。

人工智能是一门新兴学科。近年来,随着大数据的广泛应用和智能算法的不断改进,人工智能技术得到了空前的发展。现在,机器人、无人驾驶、刷脸支付、语音识别、机器翻译、智能识图等应用已经走进百姓生活。人工智能正以一种超乎想象的方式,对人们的生活产生深远的影响。通过探究“了解手写数字识别”等活动,让学生体验从数据采集、特征提取、模型建立,到文字识别等人工智能的处理过程,了解机器学习,认识人工智能对社会发展的巨大影响。

四、课程的教学和评价建议

1.注意数字化环境下的学习与创新

数字化学习与创新是指充分运用数字化资源、数字化工具和数字化平台,开展自主学习与群体协作,并在不断进行创造创新的过程中所具备的基本技能和必备品格。[3]

数字化学习与创新是信息技术课程核心素养之一。一方面,教师要创设一个良好的数字化学习环境,提供丰富的课程资源,将现实空间和虚拟空间相结合,拓宽师生互动交流渠道,用“互联网+”思维构建学生的可持续发展空间。另一方面,教师要了解各种数字化学习系统、学习资源和学习工具,鼓励学生利用数字化环境展开自主学习、交流分享与创新创造,有效地管理学习过程和学习资源,创造性地解决问题,完成学习任务。例如,教师可以利用在线网络学习平台进行自主学习;利用移动终端实现远程学习和翻转课堂;加入特定论坛社区或社交网络与其他人交流互动,构建学习共同体;使用思维导图对探究项目进行分析和发散思维;利用其它数字化技术为思维创新提供更广阔空间,如将开源硬件、三维打印、激光切割、数控机床等工具纳入创新活动中。

2.重视计算思维能力的培养与训练

计算思维是课程核心素养的重要组成部分,具备计算思维的学生可以用计算机处理的方式建立结构模型,设计合理算法,从而形成问题的解决方案,解决现实生活中遇到的问题。

Python一种是面向对象的解释性程序设计语言,也是一种适合初学者学习的计算机语言,广泛地应用于科学计算、数据处理、网站开发、网络编程、图形处理、人工智能等领域,是开源项目的优秀代表。课程以Python语言为编程工具,通过问题分析与算法设计,解决现实生活中遇到的相关问题,培养计算思维能力。

下面我们以计算圆周率为例,探究不同算法对圆周率计算精度的影响。

当 n=10,π =3.141106021601377;当 n=50,π =3.1415926535897922

算法1简单明了,容易实现,但运算速度慢,计算精度差,当n取10000时,才得到3位小数精度。算法2看起来稍显复杂,若仔细观察,并不难找出其中规律,编程难度也不大,但程序效率却有了惊人的提高,当n取10时,可以达到3位小数精度,当n取50时,可以得到14位的计算精度。通过对圆周率不同算法的探究编程,学生亲历了计算思维的过程,感受不同算法对圆周率计算的影响,计算思维能力得到了锻炼和加强。

3.利用三维设计培养学生的创客精神

三维设计作为一种立体化、形象化的新兴设计方法,已经成为新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的重要基础。三维设计方法的学习与应用,既有利于培养学生的空间想象能力,也有利于发展学生科学、技术、工程、人文艺术、数学等学科综合性的思维能力。[2]为此,新的课程标准将三维设计列入选择性必修课中。

创客是一种回归生活,指向“创造”的教育;是一种直面生存,表达智慧的综合教育。其教学过程遵循“创造”实践的规律,融合STEAM(科学、技术、工程、艺术、数学)教育理念,是在充满画笔、电线、3D打印机等科技产品的创新实验室内开设集设计、创造、3D打印为一体的“边学边做”课程。

LogoUp 3D是一款符合教育部中《小学综合实践活动课程指导纲要》及福建省教育厅基础教育处〔2017〕66号文件规定的三维程序式编程软件,它继承上世纪70年代开始风靡全球教育界的LOGO语言“海龟绘图”的思想精髓,利用命令控制“小海龟”移动,实现图形的绘制。

LogoUp 3D将LOGO由二维拓展到三维空间,引入现代语法和Scratch式的积木设计,实现专门面向3D打印的复杂结构和自由曲面的设计。它通过“绘图”的方式来学习编程,图形给予了编程直观体验和设计目标,是培养学生创客精神和计算思维的一个得力工具。

例3:得用LogoUp 3D绘制“牟比乌斯圈”

WIDTH 8 //设置笔画宽度

GO-25 //后退

DRAW//开始绘制

GO 50 //向前走绘制直线

DONE//结束绘制笔画

PITCH 90 //将绘图板仰起90度

VAR i=0 //设置变量初始值

BODY//开始绘制实体

REPEAT 360 //重复执行360次

COLOR HSV(i,100,100)

//设置一个漂亮颜色

JUMP 2 //向上方跳跃2毫米

YAW 1 //水平姿态旋转1度

ROLL 1.5 //绕自身轴旋转1.5度

LINK//连接上一草图绘制外壁

i=i+1 //颜色控制变量增加1

END //重复执行360次

DONE//结束实体绘制

利用LogoUp 3D绘制三维图形,编写的每一个语句,都能实时地在三维图形中显示出来,实现所见即所得,有利于学生思维活动的展现和创新意识的提高,让每个学生都有机会将自己的创意转变为现实。

4.注重教学过程引导和评价

教学时,教师应该聚焦学科核心素养,把握项目的学习本质,创设数字化学习环境,让学生养成终身学习的好习惯。重视教学组织形式,时刻牢记学生是项目探究的主体,是项目探究的设计者和实施者,学生应该在项目的不断尝试和探究中找出解决问题的办法,促进思维能力的发展。此外,教师还要注意对学生进行个性化的学习指导,创建网络学习空间,通过组建互助小组,引导学生在交流互助中提升思维和创新能力。

评价时,应该注意评价方式对学生积极性的影响,注意评价方式的多元性,评价内容的合理性以及评价手段的过程性。评价可采用赏识性评价,少用批评性评价。同时,教师应该根据课程重要性及难易程度,对必修课、选择性必修课和选修课在评价设计和实施上采用不同的评价方法。对于要求所有人都必需掌握的必修课,可结合网络学习平台进行学习和测试,重视学习结果的反馈与互动。对于其他课程,可采用分层教学,适度设置一些开放性议题,让学有余力学生进行学习和探究,多维度评价学生的学习状态,促进学生学科素养的全面提升。

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