高中信息技術必修模塊1“數據與計算”教學概述

熊雪亭

新一輪高中課程改革在北京地區已經進行了兩年嘗試，高中信息技術教師在探索中積累了一定的實踐經驗，對高中信息技術必修模塊1“數據與計算”的教學有了一些初步認識。

● 內容特點

1.從課程結構看必修模塊的共同特點

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（簡稱《標準》）在上一版的基礎上，進一步優化了課程結構，調整后的課程分為必修課程、選擇性必修課程和選修課程三類。必修模塊課程旨在構建信息技術學科核心素養的共同基礎，滿足高中畢業基本要求。高中信息技術必修課程是普通高中生信息素養發展的共同基礎，是全體高中學生必須修習的課程，強調的是學生的基礎學力。

高中信息技術學科必修課程包括“數據與計算”和“信息系統與社會”兩個模塊。數據與計算模塊是高中信息技術必修課程的第一個模塊，也是學習其他模塊的基礎，因此本模塊的基礎性和重要性不言而喻。開好頭，可以更好地引發學生對本學科的興趣。

2.從內容結構看本模塊的內容組成特點

新課標優化了課程結構，同時也更新了教學內容。新課標進一步精選了學科教學內容，建構了學科大概念的體系。數據與計算模塊按照“明晰核心概念—突出學科方法—關注工具應用—促進素養形成”的思路，從數據與信息、數據處理與應用、算法與程序實現三個方面設計了本模塊的內容結構。

（1）基礎性

本模塊內容的基礎性主要表現在：數據與計算模塊主要圍繞著數據和算法這兩個學科大概念展開，建立了包含數據、信息、算法、程序在內的核心概念體系。而學科大概念是學科理論體系中最基礎、最基本的概念，統攝了整個課程的知識基礎。

數據是最重要的學科大概念之一，它自始至終貫穿高中信息技術整套教材。除此之外，模塊中還有一個與數據關系非常密切的核心概念——信息。信息也是這個模塊中最基礎、最重要的核心概念。二者之間的關系是：數據是反映客觀事物屬性的記錄，是信息的具體表現形式。數據經過加工處理提煉之后，就成為信息;而信息容身于數據之中才能被存儲和傳輸。通過本模塊的學習，學生能夠理解數據與信息之間的相互關系。算法也是本模塊重點學習的學科大概念。算法可以被理解成為“計算的方法和技巧”，在計算機中的算法大多數指的就是一段或者幾段程序，告訴計算機用什么樣的邏輯和步驟來處理數據和計算，然后得到處理的結果。通過本模塊的學習，學生要能概述算法的概念與特征，運用恰當的描述方法和控制結構表示簡單算法。

（2）經典性

信息技術發展迅猛，新技術新內容不斷涌現。新課標在更新了大量教學內容的同時，也保留一些學科教學中的經典內容。

計算機是加工處理數據和信息的主要工具。要想了解豐富多彩的信息如何經過數字化轉變成方便計算機處理的數據，被存儲和處理、加工、傳輸，對數據存儲原理的了解必不可少。通過本模塊的學習，學生要能了解在數字化工具中數據存儲的一般原理和方法。

要想更深入地理解計算機處理現實問題的一般過程，必須學習一種程序設計語言的基本知識，初步掌握用程序設計語言實現簡單算法，體驗程序設計的基本流程，掌握程序調試與運行的方法。

（3）時代性

隨著信息技術的飛速發展，以大數據和人工智能為代表的前沿信息技術備受各界關注，應用也越來越廣泛。新課標在必修模塊1中加入了大數據和人工智能等內容，充分體現了新課程的時代性。

3.從課標要求看本模塊的內容實施特點

（1）鼓勵教學中創設問題情境

新課標中對本模塊提出了八條具體內容要求，每一條內容要求在陳述上，都會預設一定的學習情境，如第一條內容要求中出現了“在具體感知數據與信息的基礎上”學習情境。這種表達方式，從側面反映出此次課改的目標和方向。我們倡導以學生學習為中心，鼓勵學生在不同的問題中，運用計算思維來形成問題解決的方案，體驗信息技術行業實踐者真實的工作模式和思考方式，重視學生全方面的培養，最終落實學科核心素養。

（2）強調要通過項目教學法開展教學

課程標準在教學提示和教學建議中，表達出了同樣的觀點。希望在模塊教學中避免信息知識的機械接受，通過項目教學法開展教學，突出學生的實踐活動，加強學生實踐創新能力，落實學科核心素養，培養全面發展的人。在各個版本的教材中，每個單元都會以一個項目來貫穿學習歷程。

以人教-中圖版《數據與計算》教材為例，必修模塊中四個單元，分別以體質數據促健康、編程控燈利出行、用水分析助決策、智能交互益拓展主題學習項目來開展和學習。這種學習方式以解決問題為導向開展新知學習和實踐探索，很大程度上還原了學習的本質。在項目實施過程中，在基于真實情境的問題解決中，整合了知識與技能的學習，使學生在研究中提升學習能力、實踐能力、創新能力，促進學生信息技術學科核心素養的形成。

因此，本模塊在實施過程中鼓勵創設問題情境，開展項目學習，引導學生在項目實施過程中，在真實問題的解決過程中，學習、理解、實踐、創新，掌握學科知識，提升學科能力，感受到信息技術對人們日常生活的影響，全方面提升自己的學科核心素養。

● 質量要求

課程評價是課程實施過程中不可或缺的環節。《標準》的一大亮點是增加了“學業質量”部分，制定了信息技術學科學業質量標準。學業質量是學生在完成相應課程學習之后的學業成就表現。信息技術學科學業質量是學生在某學段的學習后應達到的且可測評的學習結果。學業質量水平完成了“教到什么程度”和“學到什么程度才算好”的細化。在描述上，高中信息技術學業質量水平共有4級，每級水平都從學科核心素養的四個方面對學生應達到的能力進行了闡釋，讓教師以此為抓手，更好地完成針對課程內容的教學。

必修課程以信息技術學科核心素養質量水平1為目標制定評價方案，評價標準應依據必修課程的學業質量描述，結合當地學生的學習情況制定，通常達到學業質量水平2，即為學業水平合格。但是在具體的教學實踐中，學業質量標準的有效落實、學業質量的評價，還面臨著諸多困難。同一個學業內容的不同等級如何界定和把握，對教師來說是個新課題。

● 教學規劃

《標準》中，要求高中信息技術必修課程的學分為3學分，每學分18課時，共54課時。而兩個必修模塊設計的總課時是72課時，這就需要教師在實際教學中，合理分配時間，規劃好兩個模塊的教學，為兩個模塊制訂一個符合當地實際情況的整體教學規劃方案。通過兩年的實踐，我們總結出如下規劃方案。

1.對等雙縮減方案

兩個必修模塊通過精簡、合并等方式各縮減9課時，必修1、必修2各27課時。精簡后必修模塊1課時分配如表1所示。

2.2∶1縮減方案

根據兩個模塊的內容特點，可以通過精簡、合并等方式，將必修1縮減6課時，必修2縮減12課時。精簡后必修1課時為30課時，必修2課時為24課時。精簡后必修模塊1課時分配如表2所示。

兩種方案都需要精簡必修模塊1內容。必修模塊1內容精簡方案可以采取“Python+專題案例”的方式來學習相關內容。要想將必修模塊1中的數據與信息、算法與程序設計、數據處理與應用三部分內容進行精簡，可以Python為主線，串聯起三部分內容。首先學習Python基礎知識，然后借助Python數據編碼程序案例學習數據存儲原理，借助Python數據處理程序案例學習數據處理內容，借助Python人工智能程序案例學習人工智能相關內容。這種方案的優勢有二：輕松解決課時緊張的難題;不斷重溫Python語言，防止Python學完之后，長時間不使用易遺忘的現象出現。

3.壓縮冗余方案

將必修1和必修2中有重疊或可部分替換的部分內容進行壓縮。此方案將兩個必修模塊的內容根據需要打亂、融合成一個整體，壓縮重組，產生新的規劃方案。配置好開源硬件+Python實驗環境的話，可以嘗試將必修2中的信息系統內容與必修1的數據處理和算法程序部分相融合。具體方案三步走：第一步，以開源硬件為載體，學習信息系統硬件基礎設施;第二步，基于硬件環境，學習Python語言基礎知識;第三步，以硬件和Python語言為平臺，通過數據處理、人工智能、信息系統等部分內容的相關案例的分析來承載這些內容的學習。這種方案的優勢在于內容融合度高，時間大幅度精簡，效果也同時得以保證。

除了上述三種方案，還可以根據當地的實際情況產生更多符合當地教學的規劃方案。如對于數字化學習環境完備，且學生具備一定的自主學習能力的地區，可以采取課堂教學+課后自主學習的方式。有些地區如果學生學科基礎相當不錯且接受能力極強，還可以采取增加選必方案。通過增加選擇性必修模塊，將必修1及必修2中被選擇性必修模塊所覆蓋的內容進行縮減。

● 教學策略

1.創建良好的學科教學環境

學科環境的建設問題包括信息技術教室、信息技術實驗室、計算機軟硬件、網絡設施、互聯網帶寬等支撐信息技術課程教學的必要設施、設備和軟硬條件。必修1中Python語言的學習需要的信息技術教室，需要配置Python語言編程環境。數據處理部分的內容需要安排學生體驗網絡獲取數據和利用傳感器采集數據等學科實驗，這就需要相應的網絡設施和上網環境，需要信息技術實驗室和開源硬件等設備。

2.開發和創新教學形式

在本模塊的教學中，教師可借助多種教學手段，通過項目學習活動創設問題情境，引導學生在解決問題的過程中探究和學習。

例如，有的教師在教學“算法與程序實現”時，圍繞一個購物消費需求項目開展教學，項目按照由淺入深的方式，將算法思想和編程的知識巧妙融入，問題與學生生活實際緊密相連。在學習過程中，隨著一個個問題的解決，學生的知識和技術自然地得到訓練，獲得感、成就感油然而生。

再如，有的教師在配備了相應的學科實驗設備的前提下，同樣開展算法與程序實現的學習，教學采取軟硬結合的方式展開。通過溫濕傳感器灌溉系統來理解和學習分支結構，如果溫濕度條件滿足，則打開閥門，否則關閉。利用Python語言來控制硬件設備的運行，從而更好地學習和理解分支控制結構。這是將必修1和必修2內容有機融合，利用Python語言來實現數據處理，從而解決實際生活中的問題。

教學策略具有靈活性，教學策略的運用要隨著問題情境、目標、內容和教學對象的變化而變化。因此在實際教學過程中，教師要考慮到不同背景和不同知識基礎的學生，倡導多元化教學策略。

參考文獻：

[1]教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]教育部基礎教育課程教材專家工作委員會組織編寫，任友群主編.普通高中信息技術課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.