基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)與實(shí)施探索

呂藝

設(shè)計(jì)思路（教學(xué)分析）

二維碼技術(shù)廣泛地應(yīng)用于生活的各個方面，改變了人們的生活方式。其應(yīng)用體現(xiàn)了計(jì)算思維的具體應(yīng)用，對幫助學(xué)生更好地認(rèn)識信息技術(shù)、培養(yǎng)計(jì)算思維和提升核心素養(yǎng)有著重要的價值，且其基本知識和基本原理的難度在高中學(xué)生的理解能力范圍以內(nèi)。因此，本課以新課標(biāo)為指引，選擇二維碼的基本應(yīng)用和基本原理作為主要教學(xué)內(nèi)容，涉及二維碼的生成、識別、定位、規(guī)則、容錯和安全等內(nèi)容。

學(xué)情分析

本課的教學(xué)對象為高一年級的學(xué)生，該階段的學(xué)生思維敏捷，有一定的邏輯思維和知識遷移能力，不喜歡枯燥的理論知識，樂于動手操作，有著強(qiáng)烈的好奇心。

學(xué)生有比較豐富的二維碼使用體驗(yàn)，但對二維碼蘊(yùn)含的原理和技術(shù)知之甚少。教師通過設(shè)計(jì)前測問卷獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生掃描二維碼完成調(diào)查，并利用南丁格爾圖進(jìn)行分析，準(zhǔn)確把握了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求及知識與能力基礎(chǔ)（如圖1）。

教學(xué)目標(biāo)

①理解二維碼編碼原理，知道二維碼的識讀流程，培養(yǎng)信息意識。②認(rèn)識二維碼中定位圖形、碼元顏色、版本的作用，提高信息素養(yǎng)。③通過對比探究和分類探究，了解二維碼中的糾錯碼與糾錯等級，體會利用“數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)”解決問題的思想方法，培養(yǎng)計(jì)算思維。④通過模擬體驗(yàn)及對比分析，探究二維碼應(yīng)用中面臨的信息安全問題，樹立信息安全意識。

教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：理解二維碼的編碼原理，知道二維碼的識讀流程;認(rèn)識二維碼中定位圖形、碼元顏色、版本的作用。

難點(diǎn)：理解二維碼中用于預(yù)防缺損問題的糾錯碼和糾錯等級。

教學(xué)流程圖（如圖2）

教學(xué)過程

1.游戲互動，激趣導(dǎo)入：二維碼的影響（3min）

（1）二維碼改變了人們的觀念

教師引導(dǎo)互動游戲：聽詞聯(lián)想。

①可樂——圖片聯(lián)想選項(xiàng)：百事可樂、可口可樂。②掃一掃——圖片聯(lián)想選項(xiàng)：掃帚、二維碼。

學(xué)生作答結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：“可樂”的選擇分歧明顯;“掃一掃”基本一致選擇二維碼。

設(shè)計(jì)意圖：通過兩次選擇結(jié)果的對比，揭示二維碼改變了人們的觀念。

（2）二維碼改變了人們的生活方式

教師引導(dǎo)話題討論：聯(lián)想二維碼應(yīng)用。

①地鐵站大廳：掃碼進(jìn)站、掃碼支付購買地鐵票。

②公交車站臺：掃碼乘車、共享單車掃碼。

③超市收銀臺：掃碼支付、商品二維碼的溯源查詢。

學(xué)生結(jié)合生活體驗(yàn)，列舉二維碼在生活中的應(yīng)用實(shí)例。

設(shè)計(jì)意圖：認(rèn)識二維碼對人們的生活方式的改變，感知信息技術(shù)的價值與影響，激發(fā)學(xué)生探究欲望，引出課題。

2.問題引導(dǎo)，探索新知：二維碼的初階知識（8min）

（1）二維碼的編碼原理：二維碼是如何生成的

教師出示微課（如圖3），問題引導(dǎo)：①把信息生成二維碼采用什么技術(shù)？當(dāng)前最流行的方法是什么？②把不同類型的信息生成二維碼時，編碼技術(shù)對原始信息進(jìn)行了什么重要的特殊處理？

學(xué)生觀看微課，完成學(xué)案（如圖4）中的問題1，理解編碼原理。

設(shè)計(jì)意圖：借助微課和學(xué)案，通過自主探究和問題驅(qū)動，理解二維碼編碼原理。

（2）二維碼的識讀流程：掃描二維碼是如何產(chǎn)生信息的

①教師引導(dǎo)實(shí)踐探究：觀測二維碼的識讀現(xiàn)象，并歸納探究結(jié)果和現(xiàn)象。

學(xué)生小組協(xié)助，兩人一組用“百度”APP掃碼觀察，將識讀結(jié)果記錄在學(xué)案上，并歸納和總結(jié)二維碼識讀后的兩種結(jié)果和現(xiàn)象：掃碼成功（發(fā)出“滴”聲，并顯示掃碼結(jié)果）;掃碼失?。ㄒ恢蓖Ａ粼趻咭粧叽翱冢?。

②教師出示微課（如圖5），問題引導(dǎo)：二維碼識讀的第一種現(xiàn)象（掃碼成功），實(shí)際完整流程包含了哪些環(huán)節(jié)？二維碼識讀的第二種現(xiàn)象（掃碼失?。?，實(shí)際流程可能卡在哪些環(huán)節(jié)？

學(xué)生對比分析兩種識讀結(jié)果，并由掃碼失敗現(xiàn)象逆推可能受影響的二維碼識讀環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)踐探究、對比分析，讓學(xué)生理解二維碼完整識讀流程中各環(huán)節(jié)及作用，突破教學(xué)重點(diǎn)，提升學(xué)生分析和歸納總結(jié)能力，并由可能導(dǎo)致掃碼失敗的識讀環(huán)節(jié)引發(fā)新的深入探知需求。

3.挖掘現(xiàn)象，深入探究：二維碼的進(jìn)階知識（7min）

（1）二維碼的定位圖形：圖像的探尋與矯正

教師出示微課，引導(dǎo)思考：二維碼角落中三個“回”字形方塊的作用是什么？為什么學(xué)案中6號圖掃碼失敗？二維碼為什么不使用四個定位圖形？

學(xué)生體會定位圖形的作用，完成學(xué)案中的問題4。

設(shè)計(jì)意圖：明確定位圖形在二維碼識讀過程中的探尋與矯正作用，加深學(xué)生對識讀過程的理解。

（2）二維碼的版本：圖像的信息量與分布

教師出示微課，引導(dǎo)討論：①二維碼為什么有疏有密？密一些有什么用？②為什么學(xué)案中2號圖掃碼失??？③為什么要制訂二維碼版本規(guī)則？

學(xué)生積極思考，參與討論，完成學(xué)案中的問題3。

設(shè)計(jì)意圖：通過版本疏密度對比，讓學(xué)生理解二維碼版本的規(guī)則和含義。

（3）二維碼的碼元顏色：圖像的灰度化與二值化

教師引導(dǎo)實(shí)踐探究：觀測不同顏色和灰度二維碼的掃碼結(jié)果。接著出示微課，引導(dǎo)推理：①編碼原理提到需把0和1轉(zhuǎn)換成黑白碼元，那為什么彩色二維碼也可以掃出？②彩色二維碼中對碼元顏色的選擇是否有限制？③生成的電子二維碼印在紙、衣服等材質(zhì)上會失效嗎？使用其他材質(zhì)呢？學(xué)生了解圖像灰度化和二值化的過程，理解色彩與0和1二進(jìn)制信息的對應(yīng)關(guān)系，完成學(xué)案中的問題5，推理得出識讀過程與二維碼采用的材質(zhì)無關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)化對二維碼編碼和識讀的理解，分層次突破教學(xué)重點(diǎn)，為后續(xù)實(shí)踐探究完成知識鋪墊;引出二維碼缺損保護(hù)問題。

4.回歸生活，分類探究：二維碼與生活的相互作用（18min）

（1）二維碼的缺損保護(hù)：糾錯碼與糾錯等級

①教師展示生活中的創(chuàng)意實(shí)物二維碼，介紹材質(zhì)（巧克力豆、便利貼、玉米地二維碼），并引導(dǎo)分析受損原因。學(xué)生列舉缺損程度關(guān)聯(lián)因素，如臟污、磨損、光照、雨淋……

設(shè)計(jì)意圖：通過二維碼面臨缺損狀況的常見性與二維碼作為移動互聯(lián)網(wǎng)入口的重要性之間的現(xiàn)實(shí)矛盾，引出對二維碼缺損保護(hù)能力的探究需求。

②教師引導(dǎo)探究二維碼缺損對二維碼有效性的影響：分析影響缺損程度的因素;開展探究實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生小組合作，小組內(nèi)探究缺損塊的位置、面積、數(shù)量因素的影響效果（如下頁圖6），小組間探究不同疏密程度的二維碼的影響效果，并由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析歸納缺損對二維碼失效的影響，發(fā)現(xiàn)二維碼具有一定的容錯能力。

③微課釋疑，教師問題引導(dǎo)：為什么二維碼部分缺損時仍有效？（糾錯碼）為什么二維碼部分缺損時可能失效？（糾錯等級）學(xué)生追溯原因，理解糾錯碼和糾錯等級的作用。

設(shè)計(jì)意圖：通過分類探究和對比分析，了解“利用容錯糾錯方式進(jìn)行異常預(yù)防和自我保護(hù)”，逐步突破教學(xué)難點(diǎn)，提升學(xué)生信息處理能力，培養(yǎng)計(jì)算思維。

（2）二維碼的信息安全問題

①主動掃他人的二維碼：病毒入侵風(fēng)險。

教師展示機(jī)器人像素拼插件搭建的實(shí)物立體二維碼，吸引學(xué)生掃碼。學(xué)生掃碼后發(fā)現(xiàn)設(shè)備“感染病毒”。教師引導(dǎo)討論掃碼導(dǎo)致病毒入侵的原因和風(fēng)險。

設(shè)計(jì)意圖：通過模擬掃碼中毒的過程，讓學(xué)生感受病毒入侵的風(fēng)險，樹立信息安全意識。

②自身的二維碼被掃：信息泄露風(fēng)險。

教師引導(dǎo)探究活動：新版和老版紙質(zhì)火車票上防偽二維碼所攜帶信息的區(qū)別;分析新版火車票掃碼結(jié)果中信息減少的原因。

學(xué)生用“我查查”APP掃碼，對比探究發(fā)現(xiàn)新版火車票不再顯示身份證號和乘車時間信息，小組交流討論變化原因。

設(shè)計(jì)意圖：通過新版火車票防偽二維碼的改進(jìn)，提升學(xué)生保護(hù)個人隱私信息的意識。

（3）二維碼與商品創(chuàng)意結(jié)合帶來信息價值變化

①教師介紹香飄飄奶茶杯上“語音表白二維碼”的應(yīng)用，并引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)。

第1步：掃杯身二維碼。第2步：表白錄音的網(wǎng)頁。第3步：輸入錄音碼獲取表白語音，或錄制表白語音生成錄音碼。

②教師引導(dǎo)學(xué)生討論：該產(chǎn)品的語音二維碼有什么優(yōu)點(diǎn)和不足？你是否愿意使用該產(chǎn)品？為什么？學(xué)生運(yùn)用本課所學(xué)，交流并評價該二維碼應(yīng)用，感受二維碼攜帶的語音信息隨商品產(chǎn)生的價值變化，并分組匯報觀點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：提升學(xué)生的實(shí)踐興趣，感受二維碼與生活需求的結(jié)合，樹立信息創(chuàng)新意識;鼓勵學(xué)生學(xué)以致用，從而內(nèi)化二維碼新知，鞏固教學(xué)重難點(diǎn)。

5.拓展延伸，開闊視野：二維碼技術(shù)的變化發(fā)展（4min）

（1）了解AR掃描應(yīng)用

教師播放情境視頻“圖物盡一掃——掃AR”，介紹生活中的AR掃描應(yīng)用：掃變形金剛電影海報（QQ-AR）會播放變形金剛動畫;掃指定手勢（支付寶-AR）會播放不同的舞者3D動畫，并可隨手機(jī)移動改變視角……

設(shè)計(jì)意圖：通過典型的AR掃描應(yīng)用案例介紹，開闊學(xué)生視野。

（2）現(xiàn)場體驗(yàn)掃AR

教師引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)掃實(shí)物變形金剛電影海報和手勢。

學(xué)生用掃二維碼方式嘗試，發(fā)現(xiàn)無法再現(xiàn)視頻效果;對比觀察，發(fā)現(xiàn)掃二維碼與掃AR間的區(qū)別（指定的掃碼APP/掃一掃入口選項(xiàng)不同）。

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵學(xué)生探索生活中其他的“掃一掃”，為學(xué)生課后探索提供方向。

6.梳理鞏固，課堂小結(jié)（1min）

以思維導(dǎo)圖的方式，引導(dǎo)學(xué)生回顧小結(jié)。

教學(xué)亮點(diǎn)

①（立）界定研究對象的廣度和深度：借助前期調(diào)研，對二維碼包含的復(fù)雜技術(shù)進(jìn)行合理的過濾摘取和適度的封裝概括，形成課程中獨(dú)立清晰的知識點(diǎn)和知識點(diǎn)之間分明的脈絡(luò)和邏輯。

②（破）劃分知識層級：利用自制微課講解二維碼編碼原理和識讀流程中玄奧煩瑣的內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)突出二維碼編碼和識讀之間的關(guān)聯(lián)，并結(jié)合學(xué)案和問題驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，從而有針對性地逐級逐層突破教學(xué)重點(diǎn)，使教學(xué)具備高效性。

③（辨）提升思維維度：通過火車票、奶茶等生活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生在二維碼和生活相互交織、相互作用的背景下，對二維碼信息的破損、安全、價值問題進(jìn)行多角度分析和思考，從而逐漸突破教學(xué)難點(diǎn)，鞏固教學(xué)重點(diǎn)，使教學(xué)充滿生動性和深刻性。

教學(xué)反思

1.存在的問題

本課中問題驅(qū)動法貫穿了各教學(xué)環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)問題的難度和問題之間的層次差異度，與學(xué)生對象和學(xué)情密切相關(guān)，因此，課前需充分了解學(xué)生知識水平和接受能力的不同。

2.未來進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想

①探索項(xiàng)目式教學(xué)：嘗試從基于研究對象到基于項(xiàng)目的教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變。②加強(qiáng)課與課之間的教學(xué)邏輯關(guān)聯(lián)：結(jié)合后續(xù)的計(jì)算機(jī)視覺（識花識草）、人工智能（AR/VR/MR）等教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化拓展延伸環(huán)節(jié)。

點(diǎn)? 評

本教學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)立德樹人和學(xué)科育人的整體要求，關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)和學(xué)生發(fā)展，關(guān)注真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)和師生關(guān)系的和諧構(gòu)建，其學(xué)情分析深入，教學(xué)內(nèi)容選擇合理，教學(xué)思路清晰，教學(xué)方法多樣，教學(xué)評價到位，是一個比較規(guī)范、合理的可操作性強(qiáng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.學(xué)情分析準(zhǔn)確

學(xué)情分析是教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。該設(shè)計(jì)的學(xué)情分析沒有流于形式，而是根據(jù)教學(xué)的預(yù)設(shè)，采用問卷的方式，從學(xué)生認(rèn)知水平、興趣愛好和疑問困惑等多個維度進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，問題指向準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)科學(xué)客觀。教師能準(zhǔn)確把握學(xué)生的學(xué)習(xí)需求及知識與能力基礎(chǔ)，為后續(xù)的教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)方式設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

2.內(nèi)容選擇合理

教師沒有拘泥于現(xiàn)有教材，而是在充分研讀和領(lǐng)會新課標(biāo)精神的基礎(chǔ)上，自主選擇了應(yīng)用廣泛、學(xué)生感興趣、難度適中，且能充分體現(xiàn)計(jì)算思維應(yīng)用的二維碼作為教學(xué)內(nèi)容，對幫助學(xué)生更好地認(rèn)識信息技術(shù)、培養(yǎng)計(jì)算思維和提升核心素養(yǎng)有重要的價值。

3.教學(xué)思路清晰

內(nèi)容安排首先從直觀的二維碼應(yīng)用入手，然后由二維碼的生成、識別，到定位、糾錯、碼元以及二維碼信息安全，最后提升到二維碼技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，由淺入深，由易到難，相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)，有效地幫助學(xué)生梳理知識，建構(gòu)完整的知識框架，提高對技術(shù)的認(rèn)識。

4.教學(xué)方法多樣

該設(shè)計(jì)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，靈活選擇教師講解、集體討論、自主探究、小組合作、自學(xué)微課等多種方法，選擇合理，針對性強(qiáng)，不僅能有效調(diào)動學(xué)生的積極性，還給學(xué)生創(chuàng)造了充分的拓展空間。

5.教學(xué)評價到位

該設(shè)計(jì)通過學(xué)案將教學(xué)評價具體化，并通過討論問答、板書歸納小結(jié)、畫流程圖等方式，將教學(xué)評價滲透到教學(xué)的每個小環(huán)節(jié)，提高了課堂效益。

該教學(xué)設(shè)計(jì)曾獲得全國課堂教學(xué)競賽特等獎，值得一線教師參考借鑒，但它不是唯一的正確“答案”或者可以直接套用的“模板”，其更重要的意義在于幫助教師建構(gòu)清晰的教學(xué)思路，因地制宜、創(chuàng)造性地開展教學(xué)。