“数据需求分析”模块教学建议

张春英 李俊杰

计算思维是信息技术核心素养的重要组成部分，然而在实际教学中，很多教师往往会将知识学习和技能训练作为课堂教学主体。若长此以往，学生难以通过信息技术课堂获得应对智能时代挑战的能力。因此，在“数据管理与分析”模块教学中，教师要不断引导学生梳理知识，帮助学生在不断建构的过程中，逐渐认识数据管理与分析过程中的思维方式或隐性知识。

● 数据需求分析教学的基本策略

①重视数据需求分析的现实意义，以及在数据需求分析过程中形成的切身感受，鼓励学生多角度开展实践，获得体验。

②注重引导学生从数据处理的需求角度开展分析，进行方案的设计，将数据管理与分析的学习放在解决问题的情境中。

③挖掘学生生活中的素材，教学中的问题情境应尽量来源于实际，问题的解答要符合实际，让学生体会学科与现实世界的紧密联系。

④注意对所学内容的理解内化，避免单纯从形式上了解，而忽略知识内化的过程，要完整理解数据管理与分析的过程、方法以及蕴含的思想。

⑤鼓励学生利用多种资源学习数据管理，重视不同类别资源（如学校管理数据、家庭生活管理、城市管理数据、银行管理系统或商超管理系统等）的开发与利用，以扩展学生的视野和思维。

● 利用深度学习促进学生积极思考

深度学习不以单纯的知识习得为目的，更注重对学生高阶思维以及解决实际问题能力的培养。在数据需求分析的课堂中，教师可通过创设合适的信息技术情境，引导学生积极体验，学生在主动探索、大胆思考和积极反思中深度理解知识体系。例如，学生对城市公交非常熟悉，有丰富的亲身体验，开展“公交数据采集”项目学习，以城市公交中的数据需求分析为引领，易于实现知识广度、深度和关联度的提升。

体验式学习强调学生的心理、生理与环境的互动，以达成学习目的。为了达成学生公交数据采集的体验式学习，教师可让学生自己设置角色，进行教学活动。教师通过创设直接触觉体验、间接感官体验、情境展示体验、小组合作体验等教学环节，引导学生感知、观察、思考、讨论，全身心投入课堂学习，有效促成学生核心素养的形成，提升学生思维品质。体验的内容不一定要深奥，基于生活的情境体验更有利于习得知识，达成思维品质的提升。围绕学生体验组织有效的教学活动，设置有针对性的问题，学习步步深入，最终实现深度学习。例如，教师可以引领学生思考公交数据采集的目的并回答问题。①乘客角度：“最近的车站在哪儿？”“我应该什么时刻在车站等车？”②公交企业角度：“线网﹑站点和枢纽应该如何改善？”“怎样改进每一条线路？”“最有效的运营时刻表是什么？”“怎样减少车队数目并且能够保持好的服务？”“如何缩减员工开支又不影响服务水平？”……学生确定自己的数据需求后就可以进行相关的调查，如站点调查、跟车调查、空驶调查、乘客调查、公众调查等。

● 通过数据需求分析挖掘隐含的计算思维思想方法

1.关注从具象经验到抽象概念的转化

在调查事实或观察现象之后，教师引导学生通过分析、建模、解释与推理等思维过程开展数据采集整理。抽象过程往往都包含模型建构的过程，教学中的建模过程可以分为两步：第一步是模型选择。面对问题情境，从经验中挑选合适的模型进行整合，根据建模的目的做出有效解释。选择经验模型时需要考虑模型的适用范围。第二步是模型建立。确认所选模型的相关成分与结构，帮助学生更有效地描述与解释知识结构化过程中的思想方法，围绕学科大概念进行学习。在教学中将知识关联处的隐性知识挖掘出来，不仅可以培養学生的计算思维，同时还促进了学生对知识的全面深入理解。

2.创设指向计算思维的问题情境

《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》指出，创设情境进行信息技术课堂教学对培养学生的信息技术核心素养起到了关键作用。《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中明确提出对课堂教学的要求，提倡“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学”的教学方式。运用信息技术知识解决实际问题能力的高低，往往取决于学生将情境与知识相联系的水平，因此，创设指向计算思维的问题情境，对培养学生的计算思维，促进其核心素养提升起到重要作用。

（1）实际生活情境

教学中创设的情境应尽可能联系实际，特别应与学生的日常生活相联系;另外，信息技术的应用已对人类活动产生了显著的影响，中学生具有强烈的好奇心和参与欲望，对信息技术前沿知识充满好奇与求知欲。因此，可以将课内外的前沿知识进行整合，引导学生探索，并在学习知识中获得“学中做”的成就感。

（2）数据发展史情境

学生对信息技术和数据的发展缺少了解，因此，在教学中应恰当地运用相关发展史在计算思维发展的关键节点创设情境，这样不仅可以帮助学生了解相关发展的来龙去脉，而且可以让学生学习到科学家的计算思维方法，加深对数据管理与分析知识的理解，提高自身的科学素养。

机器学习、深度学习、人工智能、云计算等技术的发展，大部分都是以数据分析作为基石或主要实现体存在。在教学时，可以使用一些故事或者书籍引导学生清楚需求分析的意义。

（3）问题探究情境

创设情境要关注几个原则：一是相关性。情境要与学习内容联系紧密，相关度高。二是综合性。情境要具有较高的综合性，要将教学涉及的核心概念、思想方法等尽可能设计在内。三是适应性。情境设置要由浅入深、循序渐进，符合学生的认知规律。在教学中为引导学生展开思考，需要搭建具有梯度的问题，但要注意台阶不要过多，这样不利于学生思维能力的提高，设置问题要抓住关键点。

● 满足不同层次学生需求的教学设计

1.从导入开始为分层创造条件

从一个简单的故事《醉汉路灯下找钥匙》引入本课，如果把数据需求分析比喻成“找钥匙”，分析的过程就如同寻找钥匙的途径，一般人总会在熟悉的领域去寻找。教师可以打破传统束缚，根据学生的情况进行分层教学，引导学生运用不同的方式和平台进行需求分析，使分析尽量全面。教学中，教师对任务进行分配，要求学生分工合作，找到不同方式的需求途径，并分析其可行性。

2.挖掘培养计算思维能力的素材

从新知建构或者问题解决环节入手，可以汇总学生学习过的相关工具，可以使用表格，也可以使用流程图表达，还可以用思维导图或组织结构图描述方案。

例1：学校社团管理系统的需求分析，就可以引导学生用如图1所示的流程图表示。

例2：火车票订票系统，可以用如图2所示的流程图完成。

学生通过这个过程能够理解和程序算法类似的自顶向下、功能分解、逐步求精的思维方法。在分解、精化过程中，把需求的数据进行存储，对数据的类型定义，进而对数据需求进行说明分析和描述。

例3：对工具掌握不够熟练的学生，可以用表格来完成方案设计，这也是一种直观简单的办法（如下页表1）。

3.开发个性化学习资源

传统教学设计没有足够的条件为每个学生提供有针对性的学习机会，对后续学习造成了一定的障碍。知识之间彼此是有关联的，推理分析等思维能力并不是空中楼阁，因此，需要依据学生的个性问题制作个性化的学习资源。面向共性问题，教师可以通过创设问题情境，利用讨论、实践探究等教学方式开展教学。面对个性问题，教师则需进行个性化指导，如提前录制微课、提供文本资源、教学博客等，学生可以依据自身需要选择合适的学习材料，并与教师、同学交流，实现异步教学。

4.设计课堂学习任务单（如下页表2）

在課堂学习中，学生根据学习任务单自行判断是否达到本环节目标要求，如果存在问题则可以选择巩固学习，如果达标就可以进行拓展学习。课堂学习任务单帮助教师了解了学生的学习收获，方便教师根据学生反馈及时调整任务的挑战难度，并对后续的教学设计进行调整。

教学中，计算思维的培养是长期的任务，高中生的思维正处于从感性认识到理性认识的转变阶段，因此，对学生计算思维的培养要循序渐进，需要通过计算思维与教学内容的全面整合，促进学生信息技术学科核心素养的整体发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]中华人民共和国中央人民政府网.国务院办公厅印发《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》[N].新华网，2019-06-19.

[3]祝智庭，樊磊.《数据管理与分析》教师教学用书[M].北京：人民教育出版社＼中国地图出版社，2020.