五育融合深度學(xué)習(xí)， 賦能高中信息技術(shù)課堂

王嘉穎

摘要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》倡導(dǎo)指向核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)，因此，本文將五育融合及深度學(xué)習(xí)理念引入高中信息技術(shù)課堂的實(shí)踐教學(xué)，并提煉出深度學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的課堂實(shí)施的有效策略。

關(guān)鍵詞：五育融合；深度學(xué)習(xí)；聚類算法

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）02-0035-03

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）強(qiáng)調(diào)，高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括四個(gè)方面，即信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。這就要求教師要幫助學(xué)生在課堂中形成正確的價(jià)值觀、必備品格、關(guān)鍵能力，以及必要的信息素養(yǎng)。因此，為了提高課堂教學(xué)效率，筆者嘗試在高中信息技術(shù)課中將五育融合及深度學(xué)習(xí)的理念引入課堂進(jìn)行實(shí)踐。下面，以“聚類算法的應(yīng)用”項(xiàng)目為例，談?wù)劸唧w做法。

深度學(xué)習(xí)背景下的高中信息技術(shù)課堂現(xiàn)狀分析

深度學(xué)習(xí)（deep learning）也被譯為深層學(xué)習(xí)，是美國(guó)學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo基于學(xué)生閱讀的實(shí)驗(yàn)，針對(duì)孤立記憶和非批判性接受知識(shí)的淺層學(xué)習(xí)（surface learning），于1976年提出的關(guān)于學(xué)習(xí)層次的一個(gè)概念。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，注重培養(yǎng)學(xué)生高階思維和解決復(fù)雜問題的能力。深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知水平應(yīng)對(duì)應(yīng)布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)中的“應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造”這四個(gè)較高級(jí)的認(rèn)知層次，不止涉及記憶，還注重知識(shí)的應(yīng)用和問題的解決。然而，在傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通常僅在外力驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，通過簡(jiǎn)單描述、重復(fù)記憶和強(qiáng)化訓(xùn)練等方式學(xué)習(xí)新知識(shí)和思想，無法跳脫淺層學(xué)習(xí)。教師在組織課堂學(xué)習(xí)的過程中，往往受限于學(xué)生實(shí)際的認(rèn)知水平與固化的思想，陷入被動(dòng)的境地。

筆者認(rèn)為，在高中信息技術(shù)課的教學(xué)中，教師可以結(jié)合深度學(xué)習(xí)的四大策略，即選擇情境素材、學(xué)習(xí)過程中思維的外顯、學(xué)習(xí)過程的深度互動(dòng)、團(tuán)隊(duì)教學(xué)研究的改進(jìn)，以及深度學(xué)習(xí)的五大特征，即聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動(dòng)與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用、價(jià)值與評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知水平與思維方式的教學(xué)內(nèi)容。

五育融合課堂項(xiàng)目的提出與設(shè)計(jì)思路

筆者選取的主題涉及聚類算法，聚類算法屬于無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，即無需事先給出分類標(biāo)簽，主要根據(jù)樣本間的相似度，自動(dòng)對(duì)樣本進(jìn)行分類。高二年級(jí)學(xué)生經(jīng)過一年多的學(xué)習(xí)，已熟知Python的編程環(huán)境，掌握了Python語法及算法的基本結(jié)構(gòu)，能夠運(yùn)用順序、分支、循環(huán)思想編寫小程序解決實(shí)際生活中的問題，具備一定的邏輯推理能力，但對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域比較陌生。因此，本節(jié)課從經(jīng)典且富有新意的案例分析入手，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)參與到k-means聚類算法的課堂活動(dòng)中，從而掌握聚類分析的相關(guān)概念，認(rèn)識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)中常用的聚類包，理解聚類分析的原理，熟悉經(jīng)典的聚類算法并落地到代碼的實(shí)現(xiàn)，并積極探索聚類算法在生活中的應(yīng)用。

本項(xiàng)目主要結(jié)合五育融合理念中的德育、智育、美育、勞育四個(gè)方面來設(shè)計(jì)任務(wù)。通過增強(qiáng)學(xué)生的信息意識(shí)，突出德育實(shí)效；通過對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，發(fā)展其高階思維，提升其智育水平；通過設(shè)置層次豐富的活動(dòng)，強(qiáng)化美育熏陶，提升學(xué)生的創(chuàng)美能力；將勞育融入課堂，助力學(xué)生探索生涯規(guī)劃。

五育融合深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)實(shí)踐

環(huán)節(jié)一：真實(shí)世界—物以類聚，人以群分

教師分別從“物以類聚”“人以群分”兩個(gè)案例入手，從人們最初對(duì)物的“分類”談起，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)“有監(jiān)督學(xué)習(xí)”；再以大學(xué)社團(tuán)的組成為例，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)“無監(jiān)督學(xué)習(xí)”，即根據(jù)相似性，劃分類別，從而初步認(rèn)識(shí)聚類思想。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生跟隨教師的引導(dǎo)，進(jìn)入本節(jié)課的情境中。以時(shí)間為線，以人為本位，從孩提時(shí)代到大學(xué)時(shí)代的案例中，感受聚類思想在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

環(huán)節(jié)二：探索之旅—項(xiàng)目分析

教師展示本節(jié)任務(wù)：①基于中國(guó)城市經(jīng)緯度的聚類分析（與地理學(xué)科融合），在已知各城市經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的情況下，做出中國(guó)城市經(jīng)緯度的聚類散點(diǎn)圖。②客戶群體分析，從年收入、消費(fèi)分入手，將用戶劃分成幾個(gè)類別，幫助商家有針對(duì)性地制訂營(yíng)銷方案，為不同群體的用戶推送適合的信息。

設(shè)計(jì)意圖：（任務(wù)設(shè)置分層，由易到難）基于中國(guó)城市經(jīng)緯度的聚類分析（融合地理學(xué)科），將德育融入課堂；通過客戶群體分析，將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生活中以解決問題，將智育與勞育融入課堂。

環(huán)節(jié)三：探索之旅—項(xiàng)目準(zhǔn)備

教師提供導(dǎo)學(xué)案，結(jié)合關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)講解聚類與分類的區(qū)別、聚類的概念及目的、基本流程，介紹最經(jīng)典的聚類算法即k-means算法，重點(diǎn)講解k-means算法的流程及代碼使用。帶領(lǐng)學(xué)生了解機(jī)器學(xué)習(xí)SKlearn中的k-means API，認(rèn)識(shí)K-means中的常用參數(shù)、方法，如n_clusters、max_iter、fit_predict（X[，y]）等，了解數(shù)據(jù)可視化的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，認(rèn)識(shí)matplotlib繪圖包，初識(shí)散點(diǎn)圖的繪制，及常用參數(shù)的設(shè)置，如size、color、marker等。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)聚類的概念、類算法即k-means算法等的講解，幫助學(xué)生理解關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，為項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備。

環(huán)節(jié)四：探索之旅—項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

教師帶領(lǐng)學(xué)生分析案例，布置“任務(wù)一：基于經(jīng)緯度的城市聚類”和“任務(wù)二：客戶群體分析”并梳理大致流程為六個(gè)步驟：①導(dǎo)入工具庫(kù)；②讀取文件，創(chuàng)建數(shù)據(jù)集；③應(yīng)用kmeans進(jìn)行聚類；④可視化繪圖；⑤結(jié)果顯示；⑥結(jié)論分析。其中，重點(diǎn)剖析步驟③中應(yīng)用kmeans進(jìn)行聚類的方法：首先導(dǎo)入聚類模塊，其次設(shè)定k值（聚類數(shù)量），最后進(jìn)行訓(xùn)練模型+預(yù)測(cè)結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過梳理任務(wù)流程，厘清算法思路步驟，根據(jù)導(dǎo)學(xué)案中的提示，補(bǔ)充學(xué)習(xí)包中的半成品代碼，運(yùn)行生成直觀的散點(diǎn)圖，從而實(shí)現(xiàn)聚類效果。

環(huán)節(jié)五：創(chuàng)新活動(dòng)—聚類算法，案例剖析

教師舉例聚類算法在生活中的應(yīng)用，如電商領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、生物學(xué)領(lǐng)域等，引導(dǎo)學(xué)生開展聚類算法案例剖析，思考聚類在生活中的應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)查閱相關(guān)資料，并選取一個(gè)事例完成導(dǎo)學(xué)案中的探究表格。

設(shè)計(jì)意圖：在探究活動(dòng)中，讓學(xué)生自選主題，剖析聚類算法的案例流程，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

環(huán)節(jié)六：課后拓展

教師介紹matplotlib繪圖庫(kù)的功能、應(yīng)用，展示豐富多彩的繪圖效果，以及常用的聚類算法，最后帶領(lǐng)學(xué)生初識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)，為今后的學(xué)習(xí)內(nèi)容做鋪墊。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在思維導(dǎo)圖、相關(guān)講解的引領(lǐng)下，感受機(jī)器學(xué)習(xí)、聚類算法的魅力，同時(shí)深化知識(shí)，升華本節(jié)課內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

五育融合深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略

1.增強(qiáng)信息意識(shí)，突出德育實(shí)效

深度學(xué)習(xí)要求教師重視在選擇情境素材時(shí)的鏈接策略，即多視角鏈接生活和生產(chǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上積極主動(dòng)地獲取、加工、表達(dá)信息，使其形成課堂主人翁的主體意識(shí)。同時(shí)，結(jié)合愛國(guó)主義教育進(jìn)課堂，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，增強(qiáng)其信息道德意識(shí)。

2.發(fā)展高階思維，提升智育水平

深度學(xué)習(xí)的主要特征表現(xiàn)在本質(zhì)與變式、活動(dòng)與體驗(yàn)兩個(gè)方面，并要求教師創(chuàng)設(shè)深度加工的學(xué)習(xí)情境。教師可引導(dǎo)學(xué)生在問題解決的過程中，合理運(yùn)用算法，并結(jié)合數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中的相關(guān)工具，開展自主學(xué)習(xí)、協(xié)同學(xué)習(xí)、知識(shí)分析、創(chuàng)新創(chuàng)造，從而發(fā)展高階思維，提升綜合應(yīng)用能力。

3.升級(jí)活動(dòng)體驗(yàn)，課程融入體育

五育融合中的體育的要求主要表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知和健康行為兩個(gè)方面，教師在課堂設(shè)計(jì)時(shí)，可結(jié)合時(shí)下流行的運(yùn)動(dòng)APP與智能設(shè)備，對(duì)標(biāo)本學(xué)科對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)獨(dú)特的育人價(jià)值，以提升學(xué)生的運(yùn)動(dòng)認(rèn)知，促進(jìn)健康行為的產(chǎn)生。

4.強(qiáng)化美育熏陶，提升創(chuàng)美能力

思想認(rèn)識(shí)和創(chuàng)美能力是五育融合中的美育的兩個(gè)主要表現(xiàn)方面，教師在授課時(shí)，可結(jié)合深度學(xué)習(xí)中的選擇情境素材鏈接策略，多視角鏈接生活和生產(chǎn)，幫助學(xué)生在遷移和應(yīng)用的過程中，逐步將知識(shí)轉(zhuǎn)化為綜合實(shí)踐能力。

5.勞育融入課堂，探索生涯規(guī)劃

勞育融入課堂主要表現(xiàn)在對(duì)勞動(dòng)的情感態(tài)度和自身生涯探索意識(shí)兩個(gè)方面，其中，勞動(dòng)的情感態(tài)度包括對(duì)勞動(dòng)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)、對(duì)勞動(dòng)價(jià)值的認(rèn)同兩個(gè)維度。教師可結(jié)合我國(guó)科技工作者在科技領(lǐng)域做出的最新努力與貢獻(xiàn)，調(diào)用深度互動(dòng)策略，喚起學(xué)生對(duì)勞動(dòng)價(jià)值的認(rèn)同，從而提升其社會(huì)責(zé)任感。

結(jié)束語

總之，在五育融合課堂的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師可以將德育融入課堂，主動(dòng)發(fā)掘生活中學(xué)科相關(guān)的案例，增強(qiáng)學(xué)生的信息意識(shí)；將智育融入課堂，利用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具與學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)造，實(shí)現(xiàn)算法，并遷移到相關(guān)的問題解決中；將體育融入課堂，結(jié)合運(yùn)動(dòng)APP與智能設(shè)備，對(duì)標(biāo)獨(dú)特育人價(jià)值，提升學(xué)生運(yùn)動(dòng)認(rèn)知，促進(jìn)健康行為產(chǎn)生；將美育融入課堂，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)意思維、創(chuàng)造方法，融合信息技術(shù)獨(dú)有的工具，表達(dá)、詮釋、創(chuàng)造數(shù)據(jù)之美；將勞育融入課堂，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”中實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值，創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值，體驗(yàn)勞動(dòng)成功的樂趣。

參考文獻(xiàn)：

Marton F，Saljo R.On Qualitative Difference in Learning：Outcome and Process[J].British Journal of Educational Psychology，1976（46）：4-11.