“數據需求分析”模塊教學建議

張春英 李俊杰

計算思維是信息技術核心素養的重要組成部分，然而在實際教學中，很多教師往往會將知識學習和技能訓練作為課堂教學主體。若長此以往，學生難以通過信息技術課堂獲得應對智能時代挑戰的能力。因此，在“數據管理與分析”模塊教學中，教師要不斷引導學生梳理知識，幫助學生在不斷建構的過程中，逐漸認識數據管理與分析過程中的思維方式或隱性知識。

● 數據需求分析教學的基本策略

①重視數據需求分析的現實意義，以及在數據需求分析過程中形成的切身感受，鼓勵學生多角度開展實踐，獲得體驗。

②注重引導學生從數據處理的需求角度開展分析，進行方案的設計，將數據管理與分析的學習放在解決問題的情境中。

③挖掘學生生活中的素材，教學中的問題情境應盡量來源于實際，問題的解答要符合實際，讓學生體會學科與現實世界的緊密聯系。

④注意對所學內容的理解內化，避免單純從形式上了解，而忽略知識內化的過程，要完整理解數據管理與分析的過程、方法以及蘊含的思想。

⑤鼓勵學生利用多種資源學習數據管理，重視不同類別資源（如學校管理數據、家庭生活管理、城市管理數據、銀行管理系統或商超管理系統等）的開發與利用，以擴展學生的視野和思維。

● 利用深度學習促進學生積極思考

深度學習不以單純的知識習得為目的，更注重對學生高階思維以及解決實際問題能力的培養。在數據需求分析的課堂中，教師可通過創設合適的信息技術情境，引導學生積極體驗，學生在主動探索、大膽思考和積極反思中深度理解知識體系。例如，學生對城市公交非常熟悉，有豐富的親身體驗，開展“公交數據采集”項目學習，以城市公交中的數據需求分析為引領，易于實現知識廣度、深度和關聯度的提升。

體驗式學習強調學生的心理、生理與環境的互動，以達成學習目的。為了達成學生公交數據采集的體驗式學習，教師可讓學生自己設置角色，進行教學活動。教師通過創設直接觸覺體驗、間接感官體驗、情境展示體驗、小組合作體驗等教學環節，引導學生感知、觀察、思考、討論，全身心投入課堂學習，有效促成學生核心素養的形成，提升學生思維品質。體驗的內容不一定要深奧，基于生活的情境體驗更有利于習得知識，達成思維品質的提升。圍繞學生體驗組織有效的教學活動，設置有針對性的問題，學習步步深入，最終實現深度學習。例如，教師可以引領學生思考公交數據采集的目的并回答問題。①乘客角度：“最近的車站在哪兒？”“我應該什么時刻在車站等車？”②公交企業角度：“線網﹑站點和樞紐應該如何改善？”“怎樣改進每一條線路？”“最有效的運營時刻表是什么？”“怎樣減少車隊數目并且能夠保持好的服務？”“如何縮減員工開支又不影響服務水平？”……學生確定自己的數據需求后就可以進行相關的調查，如站點調查、跟車調查、空駛調查、乘客調查、公眾調查等。

● 通過數據需求分析挖掘隱含的計算思維思想方法

1.關注從具象經驗到抽象概念的轉化

在調查事實或觀察現象之后，教師引導學生通過分析、建模、解釋與推理等思維過程開展數據采集整理。抽象過程往往都包含模型建構的過程，教學中的建模過程可以分為兩步：第一步是模型選擇。面對問題情境，從經驗中挑選合適的模型進行整合，根據建模的目的做出有效解釋。選擇經驗模型時需要考慮模型的適用范圍。第二步是模型建立。確認所選模型的相關成分與結構，幫助學生更有效地描述與解釋知識結構化過程中的思想方法，圍繞學科大概念進行學習。在教學中將知識關聯處的隱性知識挖掘出來，不僅可以培養學生的計算思維，同時還促進了學生對知識的全面深入理解。

2.創設指向計算思維的問題情境

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，創設情境進行信息技術課堂教學對培養學生的信息技術核心素養起到了關鍵作用。《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中明確提出對課堂教學的要求，提倡“積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學”的教學方式。運用信息技術知識解決實際問題能力的高低，往往取決于學生將情境與知識相聯系的水平，因此，創設指向計算思維的問題情境，對培養學生的計算思維，促進其核心素養提升起到重要作用。

（1）實際生活情境

教學中創設的情境應盡可能聯系實際，特別應與學生的日常生活相聯系;另外，信息技術的應用已對人類活動產生了顯著的影響，中學生具有強烈的好奇心和參與欲望，對信息技術前沿知識充滿好奇與求知欲。因此，可以將課內外的前沿知識進行整合，引導學生探索，并在學習知識中獲得“學中做”的成就感。

（2）數據發展史情境

學生對信息技術和數據的發展缺少了解，因此，在教學中應恰當地運用相關發展史在計算思維發展的關鍵節點創設情境，這樣不僅可以幫助學生了解相關發展的來龍去脈，而且可以讓學生學習到科學家的計算思維方法，加深對數據管理與分析知識的理解，提高自身的科學素養。

機器學習、深度學習、人工智能、云計算等技術的發展，大部分都是以數據分析作為基石或主要實現體存在。在教學時，可以使用一些故事或者書籍引導學生清楚需求分析的意義。

（3）問題探究情境

創設情境要關注幾個原則：一是相關性。情境要與學習內容聯系緊密，相關度高。二是綜合性。情境要具有較高的綜合性，要將教學涉及的核心概念、思想方法等盡可能設計在內。三是適應性。情境設置要由淺入深、循序漸進，符合學生的認知規律。在教學中為引導學生展開思考，需要搭建具有梯度的問題，但要注意臺階不要過多，這樣不利于學生思維能力的提高，設置問題要抓住關鍵點。

● 滿足不同層次學生需求的教學設計

1.從導入開始為分層創造條件

從一個簡單的故事《醉漢路燈下找鑰匙》引入本課，如果把數據需求分析比喻成“找鑰匙”，分析的過程就如同尋找鑰匙的途徑，一般人總會在熟悉的領域去尋找。教師可以打破傳統束縛，根據學生的情況進行分層教學，引導學生運用不同的方式和平臺進行需求分析，使分析盡量全面。教學中，教師對任務進行分配，要求學生分工合作，找到不同方式的需求途徑，并分析其可行性。

2.挖掘培養計算思維能力的素材

從新知建構或者問題解決環節入手，可以匯總學生學習過的相關工具，可以使用表格，也可以使用流程圖表達，還可以用思維導圖或組織結構圖描述方案。

例1：學校社團管理系統的需求分析，就可以引導學生用如圖1所示的流程圖表示。

例2：火車票訂票系統，可以用如圖2所示的流程圖完成。

學生通過這個過程能夠理解和程序算法類似的自頂向下、功能分解、逐步求精的思維方法。在分解、精化過程中，把需求的數據進行存儲，對數據的類型定義，進而對數據需求進行說明分析和描述。

例3：對工具掌握不夠熟練的學生，可以用表格來完成方案設計，這也是一種直觀簡單的辦法（如下頁表1）。

3.開發個性化學習資源

傳統教學設計沒有足夠的條件為每個學生提供有針對性的學習機會，對后續學習造成了一定的障礙。知識之間彼此是有關聯的，推理分析等思維能力并不是空中樓閣，因此，需要依據學生的個性問題制作個性化的學習資源。面向共性問題，教師可以通過創設問題情境，利用討論、實踐探究等教學方式開展教學。面對個性問題，教師則需進行個性化指導，如提前錄制微課、提供文本資源、教學博客等，學生可以依據自身需要選擇合適的學習材料，并與教師、同學交流，實現異步教學。

4.設計課堂學習任務單（如下頁表2）

在課堂學習中，學生根據學習任務單自行判斷是否達到本環節目標要求，如果存在問題則可以選擇鞏固學習，如果達標就可以進行拓展學習。課堂學習任務單幫助教師了解了學生的學習收獲，方便教師根據學生反饋及時調整任務的挑戰難度，并對后續的教學設計進行調整。

教學中，計算思維的培養是長期的任務，高中生的思維正處于從感性認識到理性認識的轉變階段，因此，對學生計算思維的培養要循序漸進，需要通過計算思維與教學內容的全面整合，促進學生信息技術學科核心素養的整體發展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.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]中華人民共和國中央人民政府網.國務院辦公廳印發《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》[N].新華網，2019-06-19.

[3]祝智庭，樊磊.《數據管理與分析》教師教學用書[M].北京：人民教育出版社＼中國地圖出版社，2020.