張曉燕

[摘 要]部分信息技術(shù)課堂教學(xué)側(cè)重操作技能的教授，沒有關(guān)注“數(shù)據(jù)關(guān)系”，不注重對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。信息技術(shù)教師應(yīng)擺脫圖表操作，注重向?qū)W生傳遞尋找“數(shù)據(jù)關(guān)系”、制作圖表的理念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)授人以漁。文章結(jié)合三個(gè)教學(xué)案例，基于“數(shù)據(jù)關(guān)系”設(shè)計(jì)、實(shí)施教學(xué)，為學(xué)生搭建思維階梯，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)關(guān)系;案例分析;相對(duì)引用

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.67 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2022）17-0088-03

信息技術(shù)課程在培養(yǎng)學(xué)生高階思維方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。信息技術(shù)的逐漸發(fā)展成熟，為運(yùn)用信息技術(shù)促進(jìn)高階思維發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文結(jié)合三個(gè)教學(xué)案例，基于“數(shù)據(jù)關(guān)系”設(shè)計(jì)、實(shí)施教學(xué)，為學(xué)生搭建思維階梯，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

一、教學(xué)現(xiàn)狀與分析

場(chǎng)景一：在教學(xué)蘇科版七年級(jí)“相對(duì)引用”時(shí)，教師結(jié)合課本第44頁(yè)的學(xué)生體測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分計(jì)算匯總表，在Excel中先用單元格地址引用的方法計(jì)算J13單元格的標(biāo)準(zhǔn)分，然后將指針指向這個(gè)單元格的右下角，再向下拖動(dòng)“填充柄”，這樣其他單元格就會(huì)自動(dòng)顯示出相應(yīng)的結(jié)果?？赐杲處煹难菔?，學(xué)生驚嘆“填充柄”這個(gè)工具的神奇。教師告訴學(xué)生，利用“填充柄”填充數(shù)據(jù)時(shí)，只是復(fù)制了其中的運(yùn)算關(guān)系，對(duì)單元格的地址做了自動(dòng)調(diào)整，這就是單元格地址的“相對(duì)引用”。

場(chǎng)景二：在教學(xué)蘇科版七年級(jí)“數(shù)據(jù)圖表及其分析”時(shí)，教師讓學(xué)生根據(jù)課本第54頁(yè)的“選擇因素分析”工作表中的數(shù)據(jù)分別繪制一個(gè)柱形圖和一個(gè)餅圖。學(xué)生隨便選擇工作表中的數(shù)據(jù)，迅速繪制出柱形圖和餅圖，完成教師布置的任務(wù)。

場(chǎng)景三：在教學(xué)蘇科版八年級(jí)Python課程內(nèi)容“求圓面積”時(shí)，教師將課本中的代碼“r=int（input（））;s=3.14*r**2;print（s）”在電腦中錄入、運(yùn)行、保存，讓學(xué)生通過鍵盤輸入一個(gè)半徑值進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試成功的學(xué)生意味著完成了教師布置的任務(wù)。

上述教學(xué)場(chǎng)景反映出的共性問題是：教師側(cè)重操作技能的教授，沒有關(guān)注“數(shù)據(jù)關(guān)系”，不注重對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)。這樣教學(xué)的結(jié)果往往是學(xué)生掌握了軟件的操作和使用方法，但對(duì)操作原理知之甚少，既無(wú)法促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，又降低了教學(xué)的有效性。

二、“數(shù)據(jù)關(guān)系”分析

“數(shù)據(jù)關(guān)系”一般指數(shù)據(jù)的因果關(guān)系和相對(duì)關(guān)系，譬如在Excel相對(duì)引用中，公式單元格與引用單元格數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位置保持不變。而在Excel圖表中，數(shù)據(jù)一般呈現(xiàn)5種相對(duì)關(guān)系，即成分相對(duì)關(guān)系、項(xiàng)目相對(duì)關(guān)系、時(shí)間序列相對(duì)關(guān)系、頻率分布相對(duì)關(guān)系和相關(guān)性相對(duì)關(guān)系，每一種相對(duì)關(guān)系都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的圖表。在成分相對(duì)關(guān)系里，我們的興趣主要在各個(gè)部分所占的百分比，如男生人數(shù)占學(xué)校總?cè)藬?shù)的65%;主要關(guān)鍵詞有份額、總數(shù)百分比、所占百分比。在項(xiàng)目相對(duì)關(guān)系里，我們主要想比較不同事物的排列方法，看看它們是差不多，還是一個(gè)比另一個(gè)更多或更少，如小李的英語(yǔ)成績(jī)?cè)趲讉€(gè)同學(xué)中排名第一;主要關(guān)鍵詞有大于、小于、高于、低于、差不多。在時(shí)間序列相對(duì)關(guān)系里，我們對(duì)“它”怎么隨著時(shí)間變化感興趣：“它”每星期、每月、每季度和每年的變化趨勢(shì)是增長(zhǎng)的、減少的、上下波動(dòng)的還是基本保持不變的，如隨著年級(jí)的增長(zhǎng)，視力正常的學(xué)生的人數(shù)在不斷減少;主要關(guān)鍵詞有變化、增長(zhǎng)、下降、增加、減少、波動(dòng)、不變。頻率分布相對(duì)關(guān)系主要指各數(shù)值區(qū)域內(nèi)有多少項(xiàng)目，如初中男生的身高大多集中在1.6米到1.7米之間;主要關(guān)鍵詞有x到y(tǒng)的范圍、密度、頻率、分布。相關(guān)性相對(duì)關(guān)系主要強(qiáng)調(diào)兩個(gè)變量的關(guān)系是否符合所要證明的模式，如一般來(lái)講，體重隨著身高的增長(zhǎng)而增加;關(guān)鍵詞有與……有關(guān)、隨……增長(zhǎng)、隨……減退、根據(jù)……變化等。

三、案例分析

在梳理案例的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一大批與前述場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)且能夠體現(xiàn)基于“數(shù)據(jù)關(guān)系”的教學(xué)案例。本文主要選擇“相對(duì)引用”“數(shù)據(jù)圖表及其分析”“求圓面積”三個(gè)案例來(lái)進(jìn)行分析。

[案例1]相對(duì)引用

“相對(duì)引用”這節(jié)課的主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解“相對(duì)引用”的概念。本案例主要是讓學(xué)生理解公式單元格和引用單元格數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位置關(guān)系。

從圖1可以看出，與C2單元格相連的有8個(gè)單元格，分別是上（C1）、下（C3）、左（B2）、右（D2）、左上（B1）、右上（D1）、左下（B3）、右下（D3）。教師在C2單元格中輸入公式“=A1”，也就是C2公式單元格引用A1單元格的數(shù)據(jù)1，按下回車鍵，這時(shí)C2單元格將會(huì)顯示數(shù)據(jù)1。那么C2單元格下方的C3單元格會(huì)顯示什么呢？因?yàn)镃3單元格在C2單元格的下方，且C2單元格引用了A1單元格，所以我們要尋找A1單元格下方A2單元格的數(shù)據(jù)，C3單元格的數(shù)據(jù)是2，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)位置是不變的。因此，C1單元格的數(shù)據(jù)為A1單元格上方的數(shù)據(jù)，而又因?yàn)锳1單元格上方?jīng)]有單元格，所以會(huì)出現(xiàn)一個(gè)說明引用了無(wú)效單元格的符號(hào)“#REF！”。接下來(lái)，教師可以讓學(xué)生說出與C2單元格相連的其他單元格的數(shù)據(jù)，并說出理由。最后，教師用“填充柄”自動(dòng)填充數(shù)據(jù)，并結(jié)合討論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。這一教學(xué)設(shè)計(jì)讓學(xué)生在操作前通過一系列的高階思維活動(dòng)，尋找數(shù)據(jù)關(guān)系，使學(xué)生真正了解了什么是相對(duì)引用以及在相對(duì)引用中為什么會(huì)出現(xiàn)“#REF！”這種特殊提示。

[案例2]數(shù)據(jù)圖表及其分析

“數(shù)據(jù)圖表及其分析”一課的主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解各種圖表適合表達(dá)什么樣的數(shù)據(jù)關(guān)系。

數(shù)據(jù)圖表設(shè)計(jì)步驟：首先確定所想表達(dá)的主題，接著判斷其屬于哪種相對(duì)關(guān)系，最后選擇相對(duì)應(yīng)的圖表?？傮w思路見圖2。

圖表選擇思維導(dǎo)圖：能否選擇合適圖表的關(guān)鍵在于明確想要表達(dá)的具體信息，圖表信息應(yīng)包含成分相對(duì)關(guān)系、項(xiàng)目相對(duì)關(guān)系、時(shí)間序列相對(duì)關(guān)系、頻率分布相對(duì)關(guān)系及相關(guān)性相對(duì)關(guān)系5種相對(duì)關(guān)系中的一種或幾種。每一種相對(duì)關(guān)系都會(huì)引導(dǎo)出5種相對(duì)的圖表形式（見圖3）。

以“選擇飲料的關(guān)鍵因素”表格為例，這張表中筆者關(guān)注的是“183”這個(gè)數(shù)據(jù)，筆者想表達(dá)的主題是“味道因素選擇人數(shù)最多”。“味道因素選擇人數(shù)最多”屬于項(xiàng)目相對(duì)關(guān)系，項(xiàng)目相對(duì)關(guān)系對(duì)應(yīng)的是條形圖（如圖4）。

以上是圖表設(shè)計(jì)的總體思路，在圖表的實(shí)際制作過程中還應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：對(duì)于餅形圖，不宜多于6種成分，若多于6種，則應(yīng)選擇最重要的6種，并將未選中的成分列為“其他”;人眼習(xí)慣于沿順時(shí)針方向觀察物體，因此最重要的部分可緊靠“12 時(shí)”，用強(qiáng)烈的顏色對(duì)比突出顯示;如果沒有哪一部分比較重要，則可從大到小進(jìn)行排列并以同種顏色顯示。對(duì)于條形圖，要讓條形之間的距離比條形的寬度小;使用能形成強(qiáng)烈對(duì)比的顏色及陰影來(lái)強(qiáng)調(diào)重要的項(xiàng)目，以此來(lái)突出信息的標(biāo)題。對(duì)于柱形圖和折線圖，如果圖表中有少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)，就用柱形圖，反之則用折線圖;柱形圖強(qiáng)調(diào)的是數(shù)量的級(jí)別，更適合反映一小段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事件，而折線圖強(qiáng)調(diào)角度的運(yùn)動(dòng)及圖像的變換，能展示數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì);盡量使柱形之間的距離小于柱形的寬度。

[案例3]求圓面積

“求圓面積”的主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生編一個(gè)程序，從鍵盤輸入圓的半徑，利用圓面積公式計(jì)算并輸出圓的面積。

教師在講解程序的編寫時(shí)缺少問題分析這一環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生只是模仿操作，思維沒有得到鍛煉和提升。教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知，建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系。例如，學(xué)生在初一時(shí)學(xué)過馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，知道計(jì)算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器五大部分組成。用馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理來(lái)解析“求圓面積”程序設(shè)計(jì)的三大組成部分，發(fā)現(xiàn)它們實(shí)際上是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。程序語(yǔ)句r=int（input（））對(duì)應(yīng)從鍵盤上輸入一個(gè)整數(shù)，然后賦值給變量r，是程序的輸入及存儲(chǔ)部分;程序語(yǔ)句s=3.14*r**2對(duì)應(yīng)CPU處理數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，賦值給變量s，是程序的處理和存儲(chǔ)部分;程序語(yǔ)句print（s）對(duì)應(yīng)顯示器輸出結(jié)果，是程序的輸出部分。教師幫助學(xué)生建立這樣的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，不僅幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固了舊知識(shí)，而且加深了學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，同時(shí)讓學(xué)生對(duì)整個(gè)程序的設(shè)計(jì)流程有一個(gè)總體的把握。

在計(jì)算機(jī)的硬件和程序之間建立聯(lián)系之后，教師可基于“數(shù)據(jù)”概念挖掘輸入數(shù)據(jù)的類型。學(xué)生頭腦中的“數(shù)據(jù)”可能是日常生活中的數(shù)字，而計(jì)算機(jī)中的“數(shù)據(jù)”則是信息的表現(xiàn)形式和載體，比如學(xué)生信息表中包括姓名、性別、年齡、照片等內(nèi)容，這些都叫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有的是描述事物大小、次序的數(shù)值，有的是描述事物各方面特性的文本字符串，有的是描述事物時(shí)間屬性的日期時(shí)間。教師引導(dǎo)學(xué)生分析半徑r的輸入數(shù)據(jù)類型，也就是對(duì)程序的“計(jì)算部分”進(jìn)行明確，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序只能解決計(jì)算問題，不能解決非計(jì)算問題，因此分析并理解問題的計(jì)算部分是利用計(jì)算機(jī)解決問題的前提。對(duì)問題計(jì)算部分的不同理解會(huì)產(chǎn)生不同的求解方法，也會(huì)產(chǎn)生不同功能和復(fù)雜程度的程序。理解問題的計(jì)算部分需要結(jié)合當(dāng)代計(jì)算機(jī)發(fā)展水平和實(shí)際技術(shù)能力。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互方式發(fā)生了巨大的改變，從最初的鍵盤鼠標(biāo)到觸屏再到語(yǔ)音識(shí)別和圖像識(shí)別。教師在講解從鍵盤輸入半徑數(shù)據(jù)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生采用其他方式，如語(yǔ)音識(shí)別和圖像識(shí)別輸入半徑數(shù)據(jù)。目前這些技術(shù)都已經(jīng)成熟，語(yǔ)音識(shí)別可以調(diào)用科大訊飛和百度的接口，圖像識(shí)別可以利用OCR技術(shù)。利用OCR技術(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別時(shí)，若計(jì)算機(jī)中已安裝有tesseract模塊，還需另外安裝pytesseract及PIL兩個(gè)模塊。通過“求圓面積”的學(xué)習(xí)，學(xué)生明白了數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和爬取。

語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和爬取對(duì)入門者來(lái)說比較困難，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理解以及變換思維。教師可以提問學(xué)生：有沒有更好的輸入半徑的方式，使其達(dá)到自動(dòng)化產(chǎn)生半徑的效果？這其實(shí)就是用計(jì)算思維來(lái)解決問題。求圓面積時(shí)可以調(diào)用一個(gè)隨機(jī)數(shù)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)輸入和處理。求圓面積時(shí)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)半徑數(shù)據(jù)雖然意義不大，但能使學(xué)生產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的思維非常重要，這也充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)處理程序的自動(dòng)化思維。教材在之后的“體驗(yàn)Python”猜數(shù)游戲程序中就用到了隨機(jī)數(shù)。如果我們?cè)谇髨A面積時(shí)給學(xué)生滲透計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的思維并運(yùn)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)后續(xù)猜數(shù)游戲程序的編寫將起到很大的促進(jìn)作用，教師在教學(xué)時(shí)可將重點(diǎn)放在控制流上?？刂屏魇怯煽刂破鳟a(chǎn)生的，控制流不僅可以按順序執(zhí)行，還可以通過條件語(yǔ)句來(lái)執(zhí)行。整個(gè)程序設(shè)計(jì)其實(shí)可以歸納為三大部分（輸入、處理和輸出）和三種流程（順序、分支、循環(huán)）。

通過思維變換，學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有了大致的把握，能學(xué)會(huì)用計(jì)算思維解決問題，達(dá)到一種自動(dòng)化和人性化的體驗(yàn)效果。

總之，操作未動(dòng)，思路先行，教師只有充分認(rèn)知、正確引導(dǎo)，為學(xué)生搭建必要的、專業(yè)的學(xué)習(xí)支架，實(shí)施合理的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，才能高效實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?澤拉茲尼.用圖表說話[M].馬曉路，馬洪德，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2] ?布萊恩特.深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：第3版[M].龔奕利，賀蓮，譯. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

（責(zé)任編輯 黃春香）