齊幼娣 奚駿

【摘 要】針對課堂教學中如何處理知識學習和問題解決之間的關(guān)系，筆者提出基于知識建構(gòu)的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)課堂教學模式，此模式的要點是將知識構(gòu)建與問題解決融為一體。本文用教學案例“數(shù)據(jù)整理”詳細介紹了此教學模式在課堂的實際應用，并通過兩個不同的“數(shù)據(jù)整理”教學案例對比，分析了此課堂教學模式在促進深度學習、核心素養(yǎng)培育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】知識構(gòu)建；問題解決；學科核心素養(yǎng)；教學案例；數(shù)據(jù)整理

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）01-061-03

在目前的“雙新”實踐課堂中，教師往往處理不好知識學習與問題解決之間的關(guān)系。如有的教師非常重視知識的傳授，課堂以講授知識和應試訓練為主，認為題目做出來了，考試通過了，學生素養(yǎng)也就培養(yǎng)好了；有的教師新形式舊思想，課堂雖然采用了項目式教學，但是也僅僅是用項目情境引入課題，接著教師開始講授知識，然后進行練習評價，或者用剛學的知識解決這個項目問題，其實質(zhì)上還是比較傳統(tǒng)的教育方式，不利于學生信息素養(yǎng)的形成；有的教師過分重視項目問題解決，課堂采用項目式學習，事先設計好解決項目問題的操作步驟，課堂上卻忽視了學生的思考和知識建構(gòu)的重要性，出現(xiàn)知識掌握不夠牢固、素養(yǎng)提升不夠、學生碰到類似的問題還是不會解決等現(xiàn)象。

2017版高中信息技術(shù)課標的基本理念之一，就是培育以學習為中心的教與學關(guān)系，在問題解決過程中提升信息素養(yǎng)[1]，而正確處理好知識學習與問題解決之間的關(guān)系，是課堂落實信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵所在。本文認為基于知識建構(gòu)的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)是解決上述現(xiàn)象的行之有效的辦法。

基于知識建構(gòu)的教學模式

所謂基于知識建構(gòu)的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，是在解決項目問題時，學生需要自己建構(gòu)知識，然后再應用知識解決問題。其要點是將知識建構(gòu)與問題解決融為一體，真正使學生在知識建構(gòu)和用知識解決問題的過程中提升學科核心素養(yǎng)?；谥R建構(gòu)的課堂教學采用項目式學習，它的項目情境是根據(jù)需要學習的知識來創(chuàng)設，其中項目情境中的問題需要用新學習的知識解決。在課堂上學生為了解決這個情境問題，以小組合作探究的形式，在教師設計的問題鏈的引導下，界定和分解問題，抽象和建模，尋找解決問題的方案。尋找解決問題方案的過程，就是學生建構(gòu)新知的過程，即建構(gòu)知識的目標是為了解決問題，利用剛建構(gòu)的新知去解決項目問題。所以教學設計的目標不是把知識“填入”學生大腦，而是需要學生自己動手、動腦、動心，需要學生自己設法在解決問題中建構(gòu)知識，是要在建構(gòu)知識和問題解決中提升學生的信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)。

基于知識建構(gòu)的教學案例

基于知識建構(gòu)的課堂教學，課前教師要根據(jù)知識設計項目情境和項目問題，再根據(jù)項目問題準備數(shù)據(jù)文件供學生探究，設計學習任務單供學生記錄和評價，設計具體的問題鏈引導學生開展知識建構(gòu)；課中主要是學生開展知識建構(gòu)和解決項目問題。下面以華東師范大學出版社普通高中《信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計算》中“數(shù)據(jù)整理”一課為例進行具體的講解。

1.課例在單元的位置

本單元的項目內(nèi)容是：現(xiàn)在大街小巷有很多共享單車，有些地方的共享單車長時間無人使用，有些地方卻缺少共享單車，請幫助共享單車公司分析各站點使用情況，并為他們提供單車合理的投放計劃。本單元共3課時，分別是數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化。本課位于單元的第一課時。

2.教材學習內(nèi)容處理

本課例學習內(nèi)容位于高中《信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計算》，第三章“數(shù)據(jù)處理與應用”，第一節(jié)“數(shù)據(jù)采集、整理與安全”中的第二小節(jié)“數(shù)據(jù)整理”。本小節(jié)又分為：檢測與處理重復值、檢測與處理缺失值、檢測與處理異常值、數(shù)據(jù)讀取與存儲四個部分。由于“數(shù)據(jù)讀取與存取”已經(jīng)提前到第二章學習，本課重點學習“檢測與處理重復值”和“檢測與處理缺失值”，涉及兩個知識點，即pandas庫中的drop_duplicates（）方法和dropna（）方法?！皺z測與處理異常值”只是提一下異常值的處理辦法，有關(guān)“檢測異常值”的操作將放在“數(shù)據(jù)可視化”中學習。

3.學情分析

學生通過第一章“數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)”的學習，已經(jīng)對數(shù)據(jù)的價值有一定的理解，通過學習第二章“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”，學生已經(jīng)掌握了函數(shù)的作用和應用，也能夠把csv數(shù)據(jù)文件讀入到Python中，把DataFrame中的數(shù)據(jù)存儲到csv文件中。

同時，通過第一章、第二章的學習，學生已經(jīng)在心中埋下了想自己動手處理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的意愿，所以學生的學習積極性較高。

針對共享單車數(shù)據(jù)，學生知道數(shù)據(jù)的采集方式，知道數(shù)據(jù)的價值，但是針對數(shù)據(jù)整理中數(shù)據(jù)去重復問題的基本特征提取、抽象處理和形式化表達等方面需要提升，還不具備選擇恰當?shù)臄?shù)字化工具處理數(shù)據(jù)的能力。

4.學習目標

通過共享單車數(shù)據(jù)去重方案的設計，學生能找到需要解決的關(guān)鍵問題，能理解用函數(shù)的方法來表述，能用drop_duplicates（）方法編程解決問題，并能將解決方案遷移到其他類似問題（去缺失數(shù)據(jù)）的解決過程中（計算思維）。通過選擇Excel軟件嘗試解決數(shù)據(jù)去重問題，學生能理解pandas庫中的drop_duplicates（）方法中參數(shù)的意義，并能遷移到dropna（）方法的學習（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）。通過共享單車數(shù)據(jù)整理，學生知道在整理過程中要保護有效的數(shù)據(jù)，能認識到數(shù)據(jù)處理對提高信息價值的重要性（信息意識、信息社會責任）。

5．教學思路

教學思路如圖1所示。

6.教學過程

活動一：啟動項目

教師通過照片引入情境，向?qū)W生介紹項目，要求幫助共享單車公司分析各站點使用情況，并為他們提供共享單車合理的投放計劃。學生明白項目任務后，打開教師事先準備的數(shù)據(jù)文件，觀察數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有缺失和重復，引出本課的學習主題，對數(shù)據(jù)進行去重去缺的整理。本活動是由問題引發(fā)知識建構(gòu)。

活動二：設計方案

學生為解決去重復數(shù)據(jù)設計解決方案。在小組討論解決去重方案的過程中，學生自然想到用舊知Excel軟件對數(shù)據(jù)文件去重。教師鼓勵他們嘗試一遍，并通過問題鏈引導學生思考：人是如何判定數(shù)據(jù)的重復、如何操作去重、如何保存去重后的數(shù)據(jù)、如何用Python語言實現(xiàn)去重操作等，培養(yǎng)學生的計算思維和信息意識。教師要求學生把討論結(jié)果填入學習單，并進行自我評價。本活動主要是通過問題鏈引導學生進行自我的知識建構(gòu)。

活動三：交流方案

全班學生交流去重方案。選1-2個小組交流去重方案，教師引導學生聚焦去重的關(guān)鍵特征。在討論如何編程實現(xiàn)去重操作問題時，教師重點引導學生用函數(shù)來實現(xiàn)去重，把關(guān)鍵特征與函數(shù)的參數(shù)對應起來，最后給出已經(jīng)編好的函數(shù)pandas庫中的drop_duplicates（），驗證學生的方案，一起討論參數(shù)的含義，進一步培養(yǎng)學生的計算思維和數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。本活動是教師引導下的集體的知識建構(gòu)。

活動四：實踐操作

學生利用drop_duplicates（）方法，實踐操作，解決共享單車數(shù)據(jù)去重復數(shù)據(jù)問題，填寫學習單，完成評價。學生在解決實際問題過程中，進一步認識函數(shù)的價值，再次提升計算思維和數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。本活動是用建構(gòu)的知識解決去重問題，在應用中驗證知識。

活動五：新的問題

針對共享單車部分數(shù)據(jù)缺失問題，教師鼓勵學生利用去重復數(shù)據(jù)的學習方式學習pandas庫中的dropna（）方法，實際操作解決共享單車數(shù)據(jù)去缺問題，填寫學習單，完成評價。學生在操作的基礎(chǔ)上交流展示解決共享單車去缺失數(shù)據(jù)的過程和方法，深化對dropna（）方法的理解，進一步梳理解決去缺失數(shù)據(jù)問題的思路和方法，提升計算思維。本活動是知識建構(gòu)和問題解決能力的遷移。

活動六：反思和總結(jié)

學生反思整理數(shù)據(jù)的方法和意義，填寫學習單，完成反思。教師引導學生歸納整理數(shù)據(jù)的一般方法，并請學生課后思考：數(shù)據(jù)整理完畢后，針對本項目，后續(xù)應該怎么做。

課例對比分析

其實本教學內(nèi)容是筆者第二次進行課堂教學了。在第一輪教授“數(shù)據(jù)整理”這個章節(jié)的時候，筆者覺得這個章節(jié)比較簡單，涉及的知識點基本上就是drop_duplicates（）方法和dropna（）方法。于是筆者設計了一個共享單車數(shù)據(jù)整理的微項目，先跟學生一起討論數(shù)據(jù)整理的必要性，然后重點講解drop_duplicates（）方法中每個參數(shù)的意義，接著讓學生用drop_duplicates（）方法去重復數(shù)據(jù)的實踐。學習完drop_duplicates（）方法之后，進行方法的遷移，讓學生學習dropna（）方法和用dropna（）方法進行“去缺”實踐，最后是課堂小結(jié)。

比較這兩節(jié)課，本課例的實際教學效果比第一輪教學效果提高很多，主要是因為基于知識建構(gòu)的本課例有以下幾方面的優(yōu)勢。

一是在促進深度學習方面。因教學方法的不同，第一輪教學設計是教師直接講解drop_duplicates（）方法的用法，然后學生進行實踐操作；而在本課例中，由學生自己從Excel軟件對數(shù)據(jù)去重操作中，抽象和歸納解決問題的方法，再用函數(shù)知識點建構(gòu)drop_duplicates（）方法。本課例通過問題解決的需要，把知識的學習轉(zhuǎn)化為學生為解決問題的自覺主動活動，教師引導學生像計算機科學家一樣思考如何解決問題，幫助學生將學科知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為自己的認知結(jié)構(gòu)[2]，這樣使學習真正發(fā)生，教學效果自然比第一輪明顯提高。

二是在學科核心素養(yǎng)培育方面。這兩節(jié)課都是通過項目和解決問題培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)，但是在本課例中強化了建構(gòu)知識的過程。知識建構(gòu)不是僅僅為了學習知識，更是為了解決問題，可以說知識建構(gòu)就是在解決問題，就是在培育學生的學科核心素養(yǎng)，所以本課例在培育學生學科核心素養(yǎng)方面更勝一籌。

三是在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面。信息技術(shù)學科是一門很特殊的學科，信息技術(shù)學科的知識都是我們?nèi)祟悇?chuàng)造的，而且都是為了解決某一類問題而創(chuàng)造出來的，無論是硬件還是軟件，每一個知識點背后都蘊含著創(chuàng)新的力量。本課例，學生自己在用Excel軟件對數(shù)據(jù)去重操作的過程中，抽象和歸納去重的方法，再從函數(shù)這個知識點建構(gòu)drop_duplicates（）方法，就是在體驗和領(lǐng)悟信息技術(shù)專家創(chuàng)造drop_duplicates（）方法的思路，實質(zhì)上是在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。這種創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在面臨ChatGPT等人工智能的當今，顯得尤為重要。

雖然這種基于知識建構(gòu)的學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)課堂教學模式有諸多的優(yōu)點，但是在實際的教學實施中也存在一定的困難，因為所有的信息技術(shù)教科書基本上都只是呈現(xiàn)知識和應用知識，少有講解知識的來歷、知識的形成過程等。這給教師的授課帶來了巨大的挑戰(zhàn)，建議教師根據(jù)學科思想方法引領(lǐng)學生進行知識建構(gòu)[3]。

參考文獻

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