大數據背景下的《運動和呼吸》課教學設計

◇孫 宇（江蘇：無錫市南長街小學）

我國處于大數據時代，大數據能提供個性化服務，誰利用大數據，分析大數據，誰就會在未來的社會競爭中占據主動。學校作為教育的重要場所，肩負著培養國家各類人才的重任?？茖W課堂是培養國家科技人才的重要場地之一，因此研究基于大數據的科學課堂教學設計，具有重要的理論意義和現實意義。

一、大數據的內涵與認識

中共中央在第十三個五年規劃中明確提出，“實施國家大數據戰略，推進數據資源開放共享”。大數據已滲透到我們這個時代的每一個領域，中國教育正向大數據時代邁進。蒲清平、朱麗萍、周瑩瑩等人認為，大數據是海量復雜數據的集合，它含有有效的價值信息，但較難挖掘，具有數據量龐大、類型多樣、來源廣泛等特點。

美國麥肯錫認為，大數據是一種大規模的數據集和，它的獲取、管理、分析等方面超越了以往各種數據庫軟件的工作能力范圍。

張麗娟認為，大數據不僅是記錄信息的載體，也是知識的來源，隨著數據的不斷增加，意味著其相應的記錄、測量以及分析范圍也在不斷增加，表示獲取知識越來越多，獲取的信息量越來越大，而知識的邊界也在相應地不斷擴展與延伸。

綜上所述，筆者認為，大數據是當今社會迅猛發展下的新產物，具有四個優勢：數據量大、種類多、時效性、真實性。隨著大數據時代的來臨，數據分析也日益受到人們的關注與重視。大數據的分析是對規模巨大、數量龐大的數據進行分析，是用數據挖掘方法，從海量數據中集中挖掘和提取有用信息的過程，目的是科學地發現并總結規律和模式。因而，有必要在科學課堂教學設計中構建相應的背景，構建數據分析觀念，使學生樹立數據分析的意識，并對其予以重視。在蘇教版科學三年級上冊第五單元“人的呼吸和消化”第三課《運動和呼吸》的課堂教學設計中，數據統計是最能反映教學效果的指標，從中也可體現大數據對這一課教學重難點的分析。

二、大數據背景下的小學科學課教學設計

（一）教學設計的內涵

美國教育學家P. L. Smith和T. J. Ragan認為，教學就是信息的傳遞及促進學生實現預定、專門學習目標的活動。所謂設計，是指在進行某件事之前所做的有系統的計劃過程或為了解決某個問題而實施的計劃，可以從精確性、細致性、系統性等方面去判斷其效果的好壞。

教學設計大師梅耶爾（M. David Merrill）（1998）認為，“教學設計是一種以開發學習經驗和學習環境的技術，最有效的環境是那些以問題為中心的，并且學生能夠直接參與的環境”。

鮑嶸在《教學設計理性及其限制》一文中也提出，教學設計是推進教學活動程序化、精確化和合理化的現代教學技術。

沈建民認為，課堂教學設計是指教師根據現代教育理論的基本觀點與主張，依據教學目標和要求，系統分析課堂教學過程中各要素，確立教學起點，為指導課堂教學工作的有效實施，創造一種教學活動模式，并形成有序的流程。

綜上所述，筆者認為，課堂教學設計作為教學設計系統的一部分，遵循教學設計的一般原理、技術和原則，是在教師開展教學活動之前，按照教學目標和教學對象的特點，對教學設計的要素進行有效的規劃和安排，形成最優化的教學活動模式，以提高課堂教學效果而制訂教學方案的過程。

（二）大數據背景下的科學課教學設計

大數據分析是教學活動的重要環節，學生在教師的帶領下，通過分析數據得出自己的結論，教師也可以通過從學生那里得到的數據進行分析，從而得到學生對課堂知識的整體把握情況。

例如，教師在講授蘇教版科學三年級上冊第五單元“人的呼吸和消化”第三課《運動和呼吸》時，本節課的教學活動過程很簡單，即“三步走”：測安靜時的呼吸次數；測運動后的呼吸次數；測休息3 分鐘后的呼吸次數。學生測量的數據及對數據的分析顯得尤為重要。按照以往的課堂教學設計模式，教師會讓學生測量好數據后，在小組內進行統計，最后教師再將全班數據進行統計。但這樣很耗時，測三次數據取平均值對于學生來說也并不簡單，且不能體現真正意義上的大數據教學設計。

真正意義上的大數據教學設計如下。

教學片段一：測量安靜狀態下1 分鐘的呼吸次數。

師：請大家用表格，記錄安靜狀態下1 分鐘的呼吸次數，記錄好的小組將結果粘貼在黑板上。

（生測呼吸次數并記錄結果。）

師：現在全班8 個組的數據匯總在一起了，你能快速看出學生安靜狀態下1 分鐘的呼吸次數集中在哪個范圍嗎？

（生嘗試分析，發現不能快速看出學生安靜狀態下1分鐘的呼吸次數集中在哪個范圍。）

師：這么多數據，看來用表格也不能幫助大家清晰直觀地呈現運動和呼吸的關系。沒事，我今天帶來了一個幫助大家整理數據的神器。這張圖表的縱軸是每分鐘呼吸的次數，橫軸是運動的狀態。

師：我剛剛也測量了自己在安靜狀態下的呼吸次數，我用一塊吸鐵石表示。一會給每個學生一塊吸鐵石，男生拿藍色的，女生拿紅色的。把你的數據也貼在這張圖表中，你能做到嗎？

生：能。

師：接下來請你們按照小組順序，將自己安靜狀態下的呼吸次數貼在圖表中。

（生有序排隊上臺貼數據。）

師：現在我們一起觀察這張統計圖，你能發現安靜狀態下男女呼吸次數集中在哪個范圍嗎？

生（觀察圖表回答）：安靜狀態下男女學生每分鐘的呼吸次數集中在20～30之間。

師：你們很擅于比較和發現，借助統計圖發現了安靜狀態下呼吸次數背后的秘密。真棒！

先讓學生用表格記錄安靜狀態下1 分鐘的呼吸次數，發現統計大數據的困難，提出疑惑。接著在教師的引導下，學生學會使用統計圖表進行數據的搜集與整理。男女生安靜狀態下的呼吸次數有40 個數據，將數據用磁鐵的形式展示，解決了數據量大、難處理的問題，同時也體現了大數據的時效性和真實性。

教學片段二：測量運動后、休息后1 分鐘的呼吸次數。

師：想研究運動帶給呼吸的變化，僅有安靜狀態下的呼吸次數夠不夠？

生：不夠，還需要測量運動后的呼吸次數。

師：我們做一個簡單的運動——30秒原地高抬腿。

（生全體立正，高抬腿30秒。）

師：時間到。請你們像貼安靜狀態下的數據那樣，將運動后的呼吸次數貼在統計圖上。

（生有序排隊上臺貼數據。）

師：你們上臺貼數據的時候，已經休息過了，接下來我們一起測量休息1 分鐘后的呼吸次數。3—2—1—開始。

（生按小組順序，將結果貼在統計圖中。）

師：經過大家的努力，我們一起測量并且用吸鐵石貼出了安靜時、運動后、休息后的呼吸次數，完成了這張統計圖。這么多數據，真不簡單。給我們自己鼓鼓掌。

每位學生都對自己運動前、運動后、休息后的呼吸次數進行了測量，并在教師的帶領下對數據進行了收集、記錄、整理、分類、數據分析等。由于時間的關系，一節課難以保證在同一條件下，進行3 次測量。通過圖表形式，讓每位學生都有機會將自己的數據進行展示，體現了大數據的數據量大、種類多、時效性、真實性的特點。在對比全班學生數據的基礎上，也能得出較為理想的數據。

教學片段三：分析、處理數據。

師：運動究竟能給呼吸帶來怎樣的變化？請大家仔細觀察這些數據，思考：不同狀態下的呼吸次數有哪些變化規律呢？

生（思考回答）：不同狀態下呼吸次數不一樣，運動后呼吸加快、休息后減慢并逐漸恢復到運動前的狀態。

師：那你自己的數據是不是也符合這樣的規律呢？上來畫一畫呼吸的變化規律。

師：誰能說一說我的數據是否符合這樣的規律呢？

生（思考回答）：符合，但同一種狀態下，您的呼吸次數比大多數同學都要少一些。

師：觀察真仔細，總結得也很好！

師：再仔細看一看圖表，你還有什么發現？

生（思考回答）：同一種狀態下，男生比女生的呼吸次數要少一些。

師：要想準確得出男生和女生呼吸次數的規律，還有什么好辦法？

生（思考回答）：多次測量，取平均值。一組數據中所有數據之和再除以這組數據的個數。

師：在短時間內沒辦法進行多次測量，我們還能怎么辦？

生（思考回答）：我們還可以測全年級學生在3種狀態下的呼吸次數。

學生通過對圖表數據的分析，發現一個人在不同狀態下、同齡人之間、男女生之間在同種狀態下的呼吸次數都存在差異。通過思考、交流與討論，學生還想出讓男生和女生呼吸次數規律更加精準的方法——運用大數據處理分析得出結論。由此可見，將大數據融入課堂教學設計，可以改進課堂教學模式，增加結論的普適性與精準性，提高學生的學習興趣和學習效果。

三、結語

大數據技術作為教育改革發展的重要方向，已經對人類的生產生活產生了重要影響。小學課堂是知識傳承與創新的重要場地，教師要面對大數據帶來的挑戰，抓住機遇，從課堂教學設計著手，充分利用大數據，使大數據分析成為小學科學課堂教學設計的重要依據。