基于學科核心素養的信息技術項目學習設計研究

華驥良

摘要：本文試圖通過“明確學科核心素養培養目標，研究項目學習基本要素，項目學習設計”等幾個方面，以《常用表格數據的處理》及《編程處理數據》為例，探究如何基于信息技術學科核心素養進行項目學習的設計。

關鍵詞：核心素養;項目學習;項目設計

在浙江此輪新課程改革中，信息技術學科的變化尤為突出。2015年10月技術學科（包括信息技術和通用技術）首次列入7選3的考試科目之一。2017年新一版的《普通高中信息技術課程標準》頒布，該課程標準立足于信息意識，計算思維，數字化學習與創新，信息社會責任四個學科核心素養維度的來制定課程目標，通過多樣化的課程結構和新型的教與學關系來進一步提高教學質量，培養學生正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。在這樣的背景下新一版的浙教版教材應運而生，本文以浙教版必修1《數據與計算》中，《常用表格數據的處理》及《編程處理數據》兩節及為例，基于學科核心素養，對項目學習的設計進行了相關研究，拋磚引玉。

一、基于核心素養的項目學習設計思路

（一）研究教學內容的核心觀念，明確學科核心素養培養目標

信息技術教學是學生信息學科核心素養培養的重要途徑，教師在進行教學活動前要對教學內容中的本體知識以及其中的核心觀念有深入的掌握與研究。在此基礎上還要明確該教學內容所要培養學科核心素養目標，并融入到項目學習中去。

必修1中的《常用表格數據的處理》主要是針對結構化數據，用二維表格的形式來存儲，處理，分析和呈現數據。教學的主要內容有數據整理，表格建立與美化，表格中的數據計算與分析，數據的圖表呈現。研究其對應的學科核心素養及具體表現如表1。

必修1中的《編程處理數據》主要是使用Python中的pandas模塊中的Series，DataFrame兩種數據結構來完成數據的整理、計算、統計、分析。用matplotlib繪圖庫中的常用繪圖函數進行簡單的可視化呈現。Series可以歸結為一種一維存儲數據的方式，而DataFrame則是與Excel相似的二維表。研究其對應的學科核心素養及具體表現如表2。

（二）研究項目學習的基本要素，設計符合學科核心素養培養目標的項目學習

（1）項目學習應以學生為中心

學科核心素養的培養與知識的獲取是不同的，現有的授課方式中往往會以教師為中心，強調知識的習得，而對知識內化，進一步成就核心素養的養成，效果有限。學生關鍵能力的培養必然要增加學生的參與度，進行教學關系的轉化，讓學生成為學習的主體，充分調動學生的高級思維來促進學生認知能力的發展，進而達到學科核心素養的培養目標。

（2）項目內容應符合現實情境

從我們的現實教學可以發現，如果將學習內容融入現實情境會對學生的思維調動，認知發展起到事半功倍的效果。例如在信息編碼的學習中將信息進行量化后用二進制表示，問題看起來很抽象。其實就是用二進制編碼來表達不同的狀態，這種狀態可以是不同的聲音、顏色、字符等等，因此可以用公式2n=x（n：二進制位數;x：狀態數）來求存儲解需要的二進制位數或者是狀態數（聲音數、顏色數、字符數）。我們可以用位圖的量化作為真實情景，來設計項目學習，以期達到更好的效果。

（3）項目學習設計應具有建構性

項目學習是從建構主義學習理論發展出來的一種教學方法。建構主義學習理論強調學生的認知發展和知識的習得是通過在現實情境中，借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。因此在項目設計中設計者應該給學習中提供一定的建構知識的支架，促進認知的發展。

（4）項目學習設計應包含評價設計

項目學習的內容一般可以分成很多個微項目或者說探究性學習內容組成，通常實施過程相對較長，完成難度有所提高。因此在項目學習的過程融入靈活多樣，多元化的評價方式是必不可少的。其中過程性評價特別能幫助學生構建更多的學習支架，激勵和引導學生學習，促進學生的知識建構和認知發展。

（5）項目學習中學生學習組織方式的設計

項目學習中應依據不同的項目內容靈活組織學習活動，引導學生開展探究學習，合作學習，形成“實踐——理論——實踐”的認知提升方式。

二、項目學習設計范例

本文依據浙教版必修1《數據與計算》中的《常用表格數據的處理》及《編程處理數據》兩節的教學內容設計范例項目以供參考、討論。

（一）項目內容

同學們在進行學習的過程中，通過日常的學習和測驗會感知到自己哪些學科相對薄弱，但是往往很少分析自己在學科學習中的薄弱點（知識點）在哪里？造成這種現象的原因是缺乏對評價結果進行科學的分類并對分類后的數據進行量化分析與統計。同學們如果精確找到了這些薄弱點，就可以形成有的放矢的專項鞏固和學習，對教師的教學也會有很大的促進作用。

（二）項目任務

考試評價是現階段評價手段中最成熟，最普遍的評價方式。考試評價中所產生的數據是結構化的數據，也是最容易進量化分析與統計的數據，因此在該項目中我們可以使用考試數據來作為我們項目的原始數據。以此為依據對項目任務進行整理如下：

（1）通過學生自己的統計或者學校考試數據，完成考試數據的收集。

（2）依據學科內容進行知識點的分類整理。

（3）依據考試評價的結果與知識點分類整理結果進行對照并歸類整理產生原始數據。

（4）根據不同的分析目的對原始數據進行提取、歸并，分組，計算、排序、篩選等操作。

（5）根據不同的分析目的圖形化地來呈現數據，幫助分析。

（三）過程與建議

為了順利開展本項目研究，建議可以用小組學習的模式進行項目學習。

（1）數據的收集

數據的收集盡量通過學校的原始數據進行收集，可以減少工作量和節約時間。可以考慮使用Excel軟件或者Python程序設計語言對原始數據進行初步的處理。

（2）知識點分類

知識點的分類可以說是一個難點。其一，因為對學科知識要有較系統的了解;其二，分類方法仁者見仁智者見智，比較開放;其三，對后期考試數據的對應分類和最后分析結果都有直接影響。學生可以根據課程標準，歷年高考試題，學科老師的建議，后期分析結果的初步設想等因素來進行。

（3）考試數據與知識點分類歸類整理。

可依據知識點分類結果對試題進行分類，組內可以合作完成并共享成果。

（4）依據不同分析需求對數據進行處理。

這個部分是本項目的重點和難點，主要應依據知識點的分類方式，數據的存儲方式以及分析數據的具體需求來進行數據的處理得出分析結果。

（5）圖形化呈現數據

圖形化呈現數據可以使用Excel中的圖表或者Python程序設計語言。

（6）項目研究報告的撰寫

（四）支架設計

針對過程與建議中的內容做一些適當的學習支架，讓學生可以學習、參考。

例：分析A同學在技術考試中對“信息編碼”相關知識點的得分情況，并圖形化顯示。

（1）Excel實現情況如表3。

（2）Python程序實現

import pandas as pd

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

#總目標是快速畫出x和y的對應關系曲線，二維

#讓圖表顯示出中文

plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']

plt.rcParams['axes.unicode_minus']= False

#必要輸入

fname ='cj.xlsx'

#文件名，也可為.csv，當為csv時，讀取代碼要改為pd.read_csv，其他不變

isheader = 0

#fname里的數據是否有標題，有標題isheader置為0，表示第一行當標題，無標題改為isheader = None

xlabel ='考試'#橫坐標標題

ylabel ='得分'#縱坐標標題

title ='得分情況圖'#總標題

#數據載入

data = pd.read_excel（fname，header = isheader）

#當為csv時改為pd.read_csv

data=data[data["學籍號"]==180101130055]

#篩選學籍號等于180101130055的同學在不同考試中的成績

x = data.iloc[：，2].values

y = data.iloc[：，6].values

#畫圖代碼

print（data.head（））#可以先看看表的前幾行，看有沒有載入對

plt.figure（）#初始化一張圖

plt.plot（x，y）#連線圖，若要散點圖將此句改為：plt.scatter（x，y）#散點圖

plt.grid（alpha=0.5，linestyle='-.'）#網格線，更好看

plt.title（title，fontsize=14）#畫總標題 fontsize為字體，下同

plt.xlabel（xlabel，fontsize=14）#畫橫坐標

plt.ylabel（ylabel，fontsize=14）#畫縱坐標

plt.savefig（title+'.jpg'，dpi=300）

#可以存到本地，高清大圖。路徑默認為當前路徑，dpi可理解為清晰度

plt.show（）#IDE展示

運行后的分析圖表如圖1所示。

利用程序實現的要求更高，但實現后項目的系統性，集成性和可用性都會增強。

（五）評價標準

請根據項目實施的過程、效果以及成果展示交流的結果，對自己完成項目的情況進行客觀評價，并思考后續完善的方向。把評價結果和完善方案填寫在下面的表格中。

三、結語

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。筆者認為我們的教學工作要以培養這些觀念、品格和能力為重點，通過在真實情景中，設計具有現實意義且相對開放的項目，讓學生在項目學習中逐步完成知識的建構，掌握信息技術的學科大概念，突出學習過程中學生的主體地位，逐步培養信息技術學科的核心素養。教師應通過對教材具體章節的分析，基于核心素養的要求，設計項目，構建支架，設計評價并輔助好項目的實施過程。本文以《常用表格數據的處理》及《編程處理數據》為例在一定程度上研究了以上問題，供大家參考、指正！

參考文獻：

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

[2]劉景福，鐘志賢.基于項目的學習（PBL）模式研究[J].外國教育研究，2002，（11）.

[3]閆寒冰，項目學習前沿對話——訪閆寒冰教授[J].教育，2015，（46）.