毛澄潔等

北京景山學(xué)校信息技術(shù)教研組在踐行“三個(gè)面向”的過程中，在北師大課程與教學(xué)論專家項(xiàng)華教授的數(shù)據(jù)探究理論的指導(dǎo)下，形成了基于探究式教學(xué)理念的信息技術(shù)課程與教學(xué)模式——景山學(xué)校“數(shù)字科學(xué)家”校本選修課程。該課程是一種在數(shù)字環(huán)境下，以信息技術(shù)作為情感激勵(lì)工具和探索工具，旨在培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)（硬件和軟件）探索世界的意識(shí)和能力的課程與教學(xué)模式。期望選修該課程的學(xué)生能夠?qū)θ魏我粋€(gè)感興趣的問題，通過選用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)手段進(jìn)行解決，從而成為一名自由的探索者。

“數(shù)字科學(xué)家”結(jié)合學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知發(fā)展水平，在突出趣味性和有益性的同時(shí)，突出數(shù)碼設(shè)備及“數(shù)字科學(xué)家”課程理念的滲透，并把最新的科技元素融入其中。教學(xué)內(nèi)容如下。

第一單元：數(shù)字科學(xué)家概述（1課時(shí)）

第二單元：Scratch程序設(shè)計(jì)初步與簡單游戲制作（5課時(shí)）

第三單元：紙電路探究與創(chuàng)意制作（3課時(shí)）

第四單元：千云“超極鼠”探究學(xué)習(xí)（3課時(shí)）

第五單元：反應(yīng)時(shí)間的測量與研究（4課時(shí)）

第六單元：人面探秘（Face to face， Eye to Eye）（2課時(shí)）

本課程采用基于問題的小組探究式學(xué)習(xí)，即“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的探究學(xué)習(xí)模式。下面以“機(jī)械按鍵反應(yīng)時(shí)間的測量”一課為例，介紹我們的教學(xué)實(shí)踐與思考。

“機(jī)械按鍵反應(yīng)時(shí)間的測量”的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)任務(wù)分析與教學(xué)目標(biāo)

本課程是七年級(jí)的選修課程，學(xué)生是在對課程有所了解的基礎(chǔ)上自主選擇的。本學(xué)期由于課時(shí)的安排，每周只有1課時(shí)，本單元之前，學(xué)生對探究性學(xué)習(xí)的基本過程有所了解，會(huì)撰寫簡單的研究報(bào)告，但還沒有系統(tǒng)地進(jìn)行過數(shù)據(jù)處理方面的訓(xùn)練。根據(jù)學(xué)生情況，我們制定本課教學(xué)目標(biāo)如下。

知識(shí)與能力：知道反應(yīng)時(shí)間的內(nèi)涵；掌握并利用Scratch編寫測量機(jī)械連續(xù)按鍵時(shí)間的程序；知道描述數(shù)據(jù)的基本方法：三值法和圖像法。

過程與方法：通過小游戲得出反應(yīng)時(shí)間的內(nèi)涵，體驗(yàn)從具體到抽象及抽象概念建立的方法；通過教師演示及課堂實(shí)踐初步掌握Excel的求差、求平均值、最大值及最小值的方法；通過分析數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的數(shù)據(jù)分析方法。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：激發(fā)學(xué)生探究反應(yīng)時(shí)間的積極性；加強(qiáng)小組合作的意識(shí)；通過實(shí)際的學(xué)習(xí)活動(dòng)，建立起定性研究和定量研究的意識(shí)。

（二）教學(xué)過程設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

教學(xué)環(huán)節(jié)一：新課導(dǎo)入

直接導(dǎo)入課題，利用課題引出問題：什么是反應(yīng)時(shí)間？如何測量反應(yīng)時(shí)間？

教學(xué)環(huán)節(jié)二：反應(yīng)時(shí)間概念的探究

（1）“蘿卜蘿卜蹲”游戲活動(dòng)探究反應(yīng)時(shí)間內(nèi)涵

請四名學(xué)生在講臺(tái)前站成一排，教師給他們分配角色，分別為：紅蘿卜、黃蘿卜、白蘿卜以及綠蘿卜。教師說明規(guī)則（聽到自己對應(yīng)的顏色后下蹲）后，游戲開始。隨著“紅蘿卜蹲，紅蘿卜蹲完黃蘿卜蹲......”的口令，學(xué)生們進(jìn)行游戲，學(xué)生聽口令，通過正確完成動(dòng)作的質(zhì)量、快慢最終分出勝負(fù)，其他同學(xué)觀察比賽同學(xué)的表現(xiàn)，參與評(píng)判。

（2）按小組進(jìn)行交流討論

分析游戲動(dòng)作，說一說：什么是反應(yīng)時(shí)間？我們是如何測量反應(yīng)時(shí)間的？

（3）師生交流，探討反應(yīng)時(shí)間的概念

分析游戲動(dòng)作，學(xué)生經(jīng)討論很快得出了反應(yīng)時(shí)間的三個(gè)過程，即感應(yīng)器（人耳）接收信息的過程；中央處理器（人腦）分析信息、做出判斷的過程；執(zhí)行機(jī)構(gòu)（四肢等）做出反應(yīng)的過程。這三個(gè)過程所用的時(shí)間，就是完成這個(gè)動(dòng)作的反應(yīng)時(shí)間。

（4）教師繼續(xù)質(zhì)疑，引發(fā)思考

教師：剛才的游戲過程中，我們測量了同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間嗎？如何測量的？測量的結(jié)果是什么？

引導(dǎo)學(xué)生回答測量，采用的是觀察法，定性的測量，結(jié)果是誰比較快；從而引入定性觀察的測量與研究方法。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：記錄每次機(jī)械按鍵的時(shí)刻

（1）提出問題

教師：這節(jié)課我們要來進(jìn)行測量的是“機(jī)械按鍵的反應(yīng)時(shí)間”。對于機(jī)械按鍵，同學(xué)們能夠提出什么樣的問題？

事件過程：一聲令下，右手食指開始按空格鍵，之后不斷地按，越快越好。

如何測量機(jī)械按鍵的反應(yīng)時(shí)間？今天我們要用Scratch來設(shè)計(jì)一個(gè)測量裝置以完成這一測量。

（2）測定按鍵反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

原理：當(dāng)按下空格鍵（或其他鍵）時(shí)，計(jì)時(shí)器便記錄下當(dāng)時(shí)的時(shí)刻，并加入到已經(jīng)設(shè)定好的時(shí)間鏈表中，相鄰兩次時(shí)間數(shù)據(jù)之差即為連續(xù)按鍵的反應(yīng)時(shí)間。

（4）學(xué)生實(shí)驗(yàn)

用Scratch編程制作時(shí)間測量裝置，設(shè)計(jì)好后進(jìn)行試驗(yàn)測試。記錄按鍵時(shí)刻，采用競賽的方式，每位學(xué)生記錄自己30秒鐘的按鍵次數(shù)和時(shí)刻。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與處理

（1）導(dǎo)出數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)表

教師演示：time.txt。

啟動(dòng)Excel，建立數(shù)據(jù)表 。

（2）用函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

教師演示：用Excel處理數(shù)據(jù)（求差、求平均、求最大、求最小）

（3）建立散點(diǎn)圖：認(rèn)真觀察，模仿操作

（4）匯總數(shù)據(jù)

匯總小組內(nèi)學(xué)生的每組數(shù)據(jù)（三值）。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：應(yīng)用數(shù)據(jù)，撰寫研究報(bào)告

（1）教師指導(dǎo)報(bào)告寫法：復(fù)制數(shù)據(jù)，做簡單數(shù)據(jù)分析。例如，我30秒內(nèi)的機(jī)械按鍵次數(shù)是168次，最快一次是0.02秒，最慢的一次是1秒。按照老師給定的標(biāo)準(zhǔn)，我的反應(yīng)水平是正常的。

每個(gè)人撰寫個(gè)人報(bào)告，小組負(fù)責(zé)人匯總小組數(shù)據(jù)，撰寫小組報(bào)告。

（2）展示交流：挑最快完成的2個(gè)小組進(jìn)行展示匯報(bào)。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：本課小結(jié)

（1）學(xué)生說本節(jié)課收獲。（2）教師回顧性總結(jié)。（3）課外拓展：測量其他的手指和其他人機(jī)械按鍵反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)時(shí)間還有什么樣的類型？如何測量？

教學(xué)反思

1.本課是數(shù)字科學(xué)家課程的典型課例，教師從課題引入概念性問題，在學(xué)生對概念理解不清楚的情況之下，讓學(xué)生帶著問題，玩“蘿卜蘿卜蹲”游戲。通過小組討論和交流分析游戲動(dòng)作，學(xué)生得出了反應(yīng)過程的環(huán)節(jié)和相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間。師生在共同交流中了解定性觀察的測量方法。接著教師提示今天要測量的是每位學(xué)生自己的機(jī)械按鍵反應(yīng)時(shí)間，分析動(dòng)作過程，明確測量目標(biāo)。教師演示并指導(dǎo)學(xué)生利用Scratch設(shè)計(jì)出能夠記錄每次按空格鍵時(shí)刻的計(jì)時(shí)測量裝置。通過學(xué)生示范數(shù)據(jù)采集的方式，讓全體學(xué)生測試自己30秒內(nèi)的按鍵次數(shù)和時(shí)刻。教師演示并指導(dǎo)學(xué)生導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，求出每一次按鍵的反應(yīng)時(shí)間。接著提出問題：如何描述數(shù)量比較大的一組數(shù)據(jù)？三值法看數(shù)據(jù)值的區(qū)域和平均水平，圖像法（散點(diǎn)圖）看每一個(gè)數(shù)據(jù)的變化趨勢，這是典型的定量研究的方法。讓學(xué)生求自己反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的最大值、最小值和平均值，做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖像。提出分析數(shù)據(jù)的探究報(bào)告，要求學(xué)生復(fù)制自己反應(yīng)時(shí)間的特征數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述與分析，完成研究報(bào)告；最后進(jìn)行交流共享。

2.通過游戲體驗(yàn)和理解科學(xué)概念、測量方法。學(xué)生在“蘿卜蘿卜蹲”游戲過程中體驗(yàn)理解科學(xué)概念，觀察比較快慢——定性研究；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，獲取數(shù)據(jù)、處理分析數(shù)據(jù)——定量研究。體現(xiàn)了“數(shù)字科學(xué)家”課程理念中的科學(xué)素養(yǎng)與信息素養(yǎng)融合培養(yǎng)的理念。

3.學(xué)生很喜歡這樣的探究活動(dòng)課，談到收獲與體會(huì)時(shí)，學(xué)生的反饋是：我知道了可以用Scratch測量反應(yīng)時(shí)間，并且還可以編游戲、制作動(dòng)畫片等；最有意思的是連續(xù)按空格的練習(xí)和蘿卜蘿卜蹲的游戲；學(xué)會(huì)了如何測出自己的反應(yīng)時(shí)間。利用大腦向四肢，傳輸數(shù)據(jù)或指令的速度，是反應(yīng)速度；測量方法是利用鍵盤傳感器來進(jìn)行測量的；最有意思的是Scratch能測按鍵時(shí)間，原來以為只能編游戲呢；像科學(xué)家一樣地做探究寫報(bào)告，太有成就感了。