资源简介 《第二章 知识与数字化学习》单元教学设计(1)一、单元基本信息学科 信息技术 教学年级 高一 设计者使用教材 粤教版信息技术(必修 1)单元名称 第二章 《知识与数字化学习》单元课时 3 课时二、大单元项目简介项目主题 数字化学习开启高中学习新模式项目背景 “教育改变未来,技术改变教育 ”,随着技术的发展,教育形式, 学习方式都发生了巨大的改变。数字化的学习方式脱颖而出,在课堂 中发挥着越来越多的作用。Python、思维导图、Geogebra、虚拟实验室、 数字化实验室等数字化学习工具出现在各个学科的课堂中,使教学更 加形象、直观、易懂。同学们利用数字化工具进行科学实验,获得大 量的数据,通过处理和分析数据发现数据背后的规律,感受数字化工 具和资源的优势。 利用这些数字化学习工具进行个性化学习,不仅可以开阔视野、 开发思维、启迪智慧,而且可以直观地感受知识形成的过程,提高学 习效率。(2)三、课程标准及目标分析(一)课程标准及教材分析1. 本章对应课标的内容要求(1)在运用数字化工具的学习活动中, 理解数据、信息与知识的相互关系, 认识到数据对人们日常生活的影响。(2)针对具体学习任务,体验数字化学习过程,感受利用数字化工具和资 源的优势。2. 本章对应的学业要求A-3:掌握数字化学习的方法。(信息意识、数字化学习与创新)A-4:能够根据需要选用合适的数字化工具开展学习。(信息意识、数字化学 习与创新)A-6:能够利用软件工具或平台对数据进行整理、组织、计算与呈现。(信息 社会责任、计算思维)A-8:在数据分析的基础上,完成分析报告。(信息社会责任、计算思维)3. 本章的地位和作用本章是教科书《数据与计算》的第二章, 将带学生学习“知识与数字化学习 ” 的教学内容, 也是学习其他章节与模块的基础知识与技能准备。本章以培养信息 素养为目标, 以知识技能为载体, 以项目学习活动为途径, 开展自主、协作、探 究学习, 让学生理解数据、信息、知识与智慧的相互关系, 认识到数据对人们日 常生活的影响。本章的项目主题是“数字化工具开启高中生学习新模式 ”,通过“茶水最佳 饮用时间问题 ”、“风扇等家用电器档位问题 ”以及“自行车安全转向问题 ”三个 项目的探究, 让学生借助数字化学习环境, 体验数字化学习与创新活动过程。通 过整合其他学科的学习任务, 以及在思考解决生活中的实际问题中, 让学生感受 利用数字化工具和资源的优势,从而提升学生的信息素养。(二)学科核心素养信息意识:在日常生活中, 根据实际解决问题的需要, 恰当选择数字化工具, 具备信息安全意识。主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势, 有意识地 使用新技术处理信息。计算思维:按照问题解决方案,选用适当的数字化工具或方法获取、组织、 分析数据,并能迁移到其他相关问题的解决过程中。数字化学习与创新:在学习过程中,能够评估常用的数字化工具与资源,根(3)据需要合理选择。针对特定的学习任务, 运用一定的数字化学习策略管理学习过 程与资源,完成任务,创作作品。在网络学习空间中开展协作学习,建构知识。信息社会责任:正确认识现实社会身份、虚拟社会身份之间的关系,合理使 用虚拟社会身份开展信息活动。在信息交流或合作中,尊重不同的信息文化, 积 极、主动地融入信息社会中。(三) 目标分析1. 项目目标本章以“数字化工具开启高中学习新模式 ”为项目主题, 以“茶水最佳饮用 时间问题 ”、“风扇等家用电器档位问题 ”以及“自行车安全转向问题 ”项目为依 托。组织学生进行自主、协作、探究学习, 体验获取“牛顿冷却定律 ”、“欧姆定 律 ”以及“圆周运动的向心加速度 ”知识的数字化学习过程, 从而理解知识获取 的一般路径, 进而能够描述数据、信息与知识的相互关系, 感受利用数字化工具 和资源的优势。能够将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决 问题和完成任务的过程中, 促进本章对应课标的学科核心素养水平的达成, 完成 项目学习目标。2. 学业目标(1)能够了解数字化学习的基本方法;(2)能够列举数字化工具在学习中的应用;(3)能够理解数据、信息与知识的关系;(4)能够在对数据、信息进行综合处理的基础上, 建构知识, 撰写研究报告; (5)能够理解数字化学习;(6)能够描述数字化学习的特点;(7)能够感受数字化工具与资源的优势;(8)能够评价与选择合适的数字化资源与工具开展学习;(9)能够熟练运用数字化学习的方法,有效开展数字化学习;(10)能够熟练运用数字化学习资源与工具, 开展自主或协作学习, 完成任 务,创作作品。重点:(1)理解数据、信息与知识的关系;(2)感受数字化工具和资源的优势。难点:(1)在对数据、信息进行综合处理的基础上,掌握数字化学习的方法; (2)评价和选择合适的数字化资源与工具开展学习。四、学情分析(4)学生在第一章已经经历了项目式学习, 在该项目学习中, 学会根据问题需求, 选用合适的数字化工具和资源, 搜索需要的资料。并且在第一章已经学习了数据 与信息的内容, 能够描述数据与信息的特征。对于本章内容, 虽然学生日常在某 些学科使用过一些数字化学习方式, 但受学科研究方法限制, 大多数知识的学习 和理解处在较为传统学习方式和思维定式, 尚缺乏利用数字化学习工具探究知识 的意识和能力,尤其是缺乏利用简单的算法与程序进行数理知识的处理。五、教学方法和策略创设运用数字化工具探究数理知识的活动情境, 组织学生在解决问题的过程 中体验数字化学习过程, 通过小组开展项目学习, 感受利用数字化工具和资源的 优势, 从而将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完 成任务的过程中。在探究活动选题和资料准备上, 和高中数学、物理学科结合, 以及和学生的 学习生活结合。让学生感觉对学习有帮助, 很实用。 搭建 GateFace 数字化学习 资源平台, 用 Jupyter Notebook 制作项目学习报告(半成品),为学生自主探究 提供支架。六、资源列表资源名称 清单及描述 形式(类型) 来源课件 《知识与数字化学习》课件 演示文稿 教师制作微课 《 用 jupyter notebook 处理数据和交 互笔记的制作》 《NOBOOK 虚拟实验室— 欧姆定律实验》 《欧姆定律传统实验操作》 《温度传感器采集水温变化实验》 《圆周运动向心加速度数字化实验》 《Geogebra 解决数学问题》 微课视频 教师制作文档及程序 项目范例可视化报告 牛顿冷却定律和欧姆定律数据分析建模 程序 水温传感器采集实验数据程序 圆周运动向心加速度采集数据程序 文档、视频 教师制作和准备软件(网站) 工 具 NOBOOK 虚拟实验室、Phet 科学可视化资 源平台、Python3.*、jupyter notebook、 思维导图、在线 Geogebra、搭建第二章 GateFace 学习资源平台 软件(网站) 互联网和教师制 作七、学习活动流程及课时分配情况(5)八、具体学习活动设计教学 环节 活动内容 组织与实施 设计意图项目 情境 师:通过 ppt 中的图片,引入数字 化学习的主题,让学生了解数字化 学习已经成为助力高中生学习的一 种非常有效的学习方式,本章我们 就一起来探讨,利用数字化学习的 方式,解决生活现象中蕴含的数理 知识学习。 教师活动: 通过 ppt,引入本章主题 学生活动: 观看 ppt, 了解本章主题 通过教师讲述让 学生了解本章主 题,明晰数字化 学习的重要性范例 学习 项目范例规划及实施学习: 范例选题: 《探究小灯泡的伏安特性曲线》 1、展示项目范例规划:人员分工, 探究步骤,拟使用的数字化工具资 教师活动: 带领学生学习项目范例的 探究过程,让学生明确本章 的项目探究方式 学生活动: 通过范例的学 习,了解本章运 用数字化探究数 理知识的探究过 程,以及最终要 达成的成果。(6)源…… 2、展示具体实施:首先利用 NB 仿 真实验平台连接连接电路,采集电 压、电流数据, 接着利用 python 和 excel 建立数据模型, 并对模型进行 分析,最后得出结论,运用结论解 释生活现象,及整个活动的收获, 心得体会。 3、了解项目成果:项目实施结束后, 会有两个项目成果, 一个是用于记 录整个项目进行的项目报告,还有 一个是用于小组展示交流的 ppt 汇 报 学习项目范例实施过程,了 解本章项目活动如何开展选题 探讨 师:大多数数理知识的发现源于对 生活现象的观察与思考,本章我们 就从生活现象中,找寻感兴趣的主 题,运用数字化的方式,进行我们 的项目活动。 1:探究茶水的最佳饮用时间问题 (生活中同学们都很喜欢喝各种茶 饮料, 中国的茶文化也是博大精深, 茶水的最佳饮用温度是多少,茶水 温度和时间之间有怎样的关系?) 2: 自行车如何转弯更安全 (骑车上学的路上,发现转弯处很 容易摔倒,怎样骑车才能更安全 呢?) 3:变速风扇等家用电器挡位问题 (调速电风扇和一些家用电器都有 控制挡位的旋钮,它们是怎样控制 电器在不同挡位工作的呢?) 4:学习生活中的其它现象...... 教师活动: 给出不同的选题,解释选题 探究的问题,引发学生思考 学生活动: 了解选题,思考问题 给出不同的参考 选题,让学生根 据兴趣选择合适 的主题进行数字 化学习探究(7)项目 规划 通过项目范例的学习,我们了解了 本章项目探究的过程,接下来,我 们来进行本章的项目规划,各小组 选择感兴趣的项目选题、利用老师 提供的思维导图半成品完成规划: 1、明确选题、分工 2、明确实施步骤 3、明确要使用哪些数字化工具 及资源 本章的主题是用数字化的方式开展 学习,不同的选题,需要使用不同 的数字化工具与资源,老师为同学 们准备了一些学习资源,同学们先 自主学习这些资源,结合你们小组 选题,做出合理选择,进行你们小 组选题的具体规划。 教师活动: 引导学生进行本章的项目 规划 学生活动: 自主学习数字 化工具与资源,小组合作进 行项目规划 引导学生合理选 题并进行规划, 为下节课开展项 目探究奠定基 础。 大量的数字化工 具与资源, 以学 习资料,微课等 形式提供给学 生,学生根据需 要合理自主选 择,提升了学生 的数字化学习能 力,达成了本章 核心素养的要 求。方案 交流 请小组代表展示自己小组的项目规 划 (主要介绍选题、人员分工,具体 的探究及实施步骤,拟使用的数字 化工具与资源) 其它小组听取介绍,并对介绍内容 提出更好的建议或者质疑,帮助各 小组更好的完善规划 教师活动: 组织学生进行项目规划的 方案交流 学生活动: 展示小组规划,聆听其它小 组发言, 听取建议, 取长补 短 通过展示交流, 各小组互相学 习,取长补短。项目 探究 与实 施 项目选题 1: 茶水最佳饮 用时间问题 (牛顿冷却 定律实验) 教师活动: 1、数据采集:教师引导两组实验操作员分别使 用温度计和温度传感器测量水温随时间变化产 生的实时数据,引导数据记录员使用 jupyter NoteBook 项目活动手册记录产生的数据。 2、数据分析和建模:组织程序设计员利用 python 程序绘制散点图和曲线图,完成数据建模。 3、验证模型:展示学生实验结果,引发学生思 考模型的可靠性, 指导学生使用数据集的实验数 据, 分别用 Python 程序和 Geogebra 分别处理实 验数据, 对比结果验证呈指数函数关系, 拟合曲 利用 jupyter NoteBook 兼容文 档编辑和程序设 计的特点,制作 成项目活动手 册,引导学生体 验该工具感受到 记录数据、生成 报告的便捷性, 减少使用不同工(8)项目 探究 与实 施 项目选题 2: 自行车安全 转向问题(圆 周运动角速 度、向心加速 度和运动半 径之间的关 系) 线,验证模型。 4、形成结论:教师展示学生完成的项目活动手 册, 经过分析对比, 水温和时间之间呈指数衰减 关系,引出牛顿冷却定律结论。 学生活动: 1、A、B 两组分别采用温度计和温度传感器方式 采集水温随时间变化的实验数据,每隔 30 秒采 集一次数据,共 14 组。 2、思考实际实验困难。 3、进行数字化实验,将采集的数据导入 Python 程序中, 绘制散点图和曲线图, 建立模型, 并对 实验结果进行分析验证, 绘制拟合曲线图, 形成 结论。 教师活动: 1、数据采集:教师引导学生利用微课搭建模拟 自行车安全转向实验装置, 引导实验操作员使用 jupyter NoteBook 项目活动手册, 分别开展“向 心加速度与角速度关系 ”实验及“向心加速度与 运动半径关系 ”实验, 利用 mPython 程序运行结 果将数据采集至 excel 表格中。 2、数据分析和建模:组织程序设计员利用图表 向导绘制散点图和曲线图,完成数据建模。 3、验证模型:展示学生实验结果,验证模型。 4、形成结论:教师展示学生完成的项目活动手 册, 经过分析对比, 得出运动半径固定时线速度 和角速度呈正比关系, 角速度固定时, 线性加速 度和运动半径也呈正比关系,即 a=ω2*R。 学生活动: 1、两组学生学习微课及项目活动手册,依次进 行“向心加速度与角速度关系 ”及“向心加速度与 运动半径关系”的探究实验。 2、将采集的数据记录至 excel 表格中,绘制散 点图和曲线图,建立模型。 3、分析实验结果,得出向心加速度与角速度及 运动半径的正比关系。 4、拓展任务:有时间的小组,可以用 Geogebra 具采集数据、处 理数据的操作复 杂性,提高学习 效率。 通过Python 程序和Geogebra 处理实验数据, 使学生体验数字 化工具将数据直 观显示的过程, 理解数字化学习 的特点。 利用人工采 集数据和数字化 工具采集数据两 种方式来完成实 验数据采集,对 比分析实验,理 解实验误差,感 知数字化工具对 比传统工具的优 势。 通过开源硬 件实现对于自行 车车轮运动的课 堂呈现,利用开 源硬件的扩展性 连接传感器对向 心加速度和角速 度进行高效的观 测与记录,开拓 学生视野,使其 领略数字化工具 的多样性。(9)项目 探究 与实 施 项目选题 3: 电风扇风扇 转速问题(欧 姆定律) 再次处理实验数据,验证模型。 教师活动: 1、数据采集:教师引导两组实验操作员分别使 用电源、开关、电压表、电阻等实物器件和 NOBook 仿真实验两种方式采集电压恒定的情况下电流 随电阻值变化产生的实时数据, 引导数据记录员 使用 jupyter NoteBook 项目活动手册记录产生 的数据。 2、数据分析和建模:组织程序设计员利用 python 程序绘制散点图和曲线图,完成数据建模。 3、验证模型:展示学生实验结果,观察电流和 电阻的反比例关系, 指导学生再次实验, 绘制拟 合曲线,验证模型。 4、形成结论:教师展示学生完成的项目活动手 册,经过分析对比,电流和电阻的反比例关系, 引出欧姆定律结论。 学生活动: 1、A、B 两组分别采用实物器件和 NoBook 仿真实 验两种方式采集电流和电阻的数据,每隔 5Ω采 集一次数据,共 10 组。 2、进行数字化实验,将采集的数据导入 Python 程序中, 绘制散点图和曲线图, 建立模型, 绘制 拟合曲线图,形成结论。 3、对比两种实验结果,分析误差原因。 拓展任务:有时间的小组,可以用 Geogebra 再 次处理实验数据,验证模型。 利用仿真实 验平台,拓展学 生视野,将传统 物理实验转移到 数字化学习环境 中,引发学生的 学习热情。 利用数字化工具 绘制拟合曲线 图,更易形成实 验结果。学生体 验不同数据处理 工具的使用可以 让他们感知数字 化学习的共同特 性。实验分析与 总结 教师活动: 1、教师引导各项目选题小组的数据记录员对实 验数据采集阶段进行展示, 说明各项目数据采集 的方法及采集数据情况, 指出数据采集方法的多 样性。 2、教师引导各项目选题小组的程序设计员及对 实验数据建模验证、形成结论阶段进行展示, 说 明数据建模验证的方法, 指出数据处理过程中数 字化工具使用的多样性, 引导学生总结实验结论 1、通过分析 实验过程,理解 知识形成过程。 1、2、展示交 流给学生相互 学习的机会。(10)项目 探究 与实 施 3、教师提问各项目探究过程中的相同点并归纳。 学生活动: 1、数据记录员和程序设计员陈述数据采集及分 析的过程,进而形成项目探究结论。 2、学生回答项目探究过程中的相同点。知识定义及 发现的路径 教师活动: 1、教师以家用电器档位问题的项目探究为例, 分析实验过程经历了数据采集 数据处理、建 模、数据验证 形成结论的过程,引导学生归 纳并理解知识的定义。 2、教师引导学生总结知识形成的过程。 学生活动: 1、学生思考问题,回答教师提问。 通过对实验探究 过程的分析和总 结,引导学生理 解知识定义及知 识发现的一般过 程。智慧定义, 数 据、信息、知 识及智慧四 者之间的关 系 教师活动: 1、提出习得知识后的关键还要学以致用,解决 实际问题。 2、分组提问三个实验项目解决实际问题或解释 生活现象。 3、教师总结学生回答, 引出智慧概念, 阐述数据、 信息、知识及智慧之间的关系。 学生活动: 回答应用所学知识解决现实问题或解释生活现 象。 1、通过对数 据、信息、知识、 智慧定义的分 析,让学生理解 四者间层层递进 的关系。 2、引导学生学以 致用。教师总结所 学内容 教师活动: 1、教师总结课堂内容 ① 完成的三个项目。 ② 利用数字化学习工具获取知识的一般路径。 ③ 数据、信息、知识与智慧的关系。 利用课堂总 结将零散知识概 括整理成有条理 系统的知识,帮 助学生把握教学 重点,落实学科 核心素养。(11)成果 交流 为项目成果 展示做准备 教师活动: 课前准备第二章 GateFace 学习平台。指导学生 下载平台中资源。 学生活动: 各组下载 GateFace 中本组的项目学习报告和小 组汇报 PPT。 利用搭建的 第二章GateFace 学习平台,给学 生提供丰富的数 字化学习环境, 提供方便的交流 分享资源的平 台。“项目学习 成果交流会” 各小组在班 级进行展示 与交流, 共享 创造、分享快 乐。 教学活动: 1、邀请两位主持人同学上台,主持“项目学习 成果交流会 ”。 2、每个项目展示和答辩后教师点评该项目和小 组。 教师观察每组和每个项目的特点, 分析和点评学 生在项目学习中遇到的问题及其表现。侧重点评 学生在项目学习中学科核心素养、必备品格以及 关键能力的养成。 学生活动: 1、两位同学主持成果交流会, 介绍流程和规则。 2、参与每个项目的两个小组同时进行展示汇报。 然后是答辩环节, 回答其他同学对本项目或本组 的疑问。 同一个项目的两个小组,有的采用数字化实验、 有的采用仿真实验、有的是传统实验, 互相之间 进行分享比较,分析各自的特点优势。 不同项目的小组之间分享交流, 可以就别人实验 中不清楚的点进行提问, 也可以就别人在数据处 理中采用的不同方法进行提问。 3、每个项目按“项目选题 ”、“项目规划(规划 思维导图) ”、“项目探究和实施 ”、“项目学习成 果(项目学习报告)”和“项目学习心得与体会 ” 五个方面进行汇报。 在老师的引导下, 重点来谈第二章数字化学习的 特点和优势,数字化学习中自己的收获和反思。 项目学习成 果交流会,从主 持到汇报再到答 辩,完全交给学 生,老师只参与 点评。并且点评 中侧重学科核心 素养和必备品格 的养成,克服重 教书轻育人的倾 向,把立德树人 根本任务落到实 处。 安排同一个 项目的两个小组 共同整理汇报 PPT,共同展示汇 报,可以横向比 较同一个问题, 不同实验方式的 优缺点。可以互 相学习。 不同项目的 分享汇报,有助 于碰撞智慧、分 享快乐和开拓眼 界。(12)项目 评价 单元学业评 价 教师活动: 1、明确单元学业评价目的,检测和巩固本单元 所有知识。 2、在智慧课堂平板上发布测评题。 3、查看学生回答的情况,答疑解惑。 4、引导学生回顾重要知识点。请学生结合本组 开展的项目分析和讲解知识点。 重点回顾了本章的两个知识点:“数据、信息、 知识、智慧”和“知识发现的有效路径 ”,以及 考察对数字化工具和资源的掌握情况。 学生活动: 1、答题 2、检查和反思错误的题 3、回顾各题涉及的知识点,结合本组开展的项 目重新分析该知识点。 通过单元学 业评价,检测和 巩固知识点。 请学生结合 本组项目来分析 和讲解题目涉及 的知识点,引导 学生深入思考, 并能反思总结自 己的项目学习。项目学习活 动及作品自 评、互评 教师活动: 1、组织学生按“项目学习活动评价表”和“作 品评价量规 ”,在智慧课堂的平板上自评、互评。 2、课后根据 GateFace 平台上每组过程性学习资 料,进行综合评价,下节课公布。 学生活动: 按“项目学习活动评价表 ”和“作品评价量规 ”, 在智慧课堂平板的投票中选出最喜欢的两个小 组,完成自评、互评。对各组表现进行投票。 采用智慧课 堂平板来投票, 让学生体验更多 的数字化工具。 教师课后根 据 GateFace 平 台上每组过程性 学习资料再综合 评价。确保能客 观公正的进行评 价。真正发挥评 价的引导作用。单元 拓展 课堂内外线 上交流分享, 课后拓展应 用,延伸课 堂。 教师活动: 1、线上分享:除了本组项目学习中用到的数字 化工具和资源, 你还在哪些学科的学习中使用过 其他的数字化工具和资源 。 请同学们在 GateFace 平台的“论坛发帖 ”区,在线交流分享。 2、在 GateFace 平台上,布置课后拓展作业:请 同学课后尝试使用线上交流中, 你未使用过的数 围绕本单元 的项目主题,设 置线上分享任 务,引导学生正 确认识现实社会 身份、虚拟社会 身份之间的关(13)作业 字化工具和资源,来完成某个学科的数字化学 习,并将学习结果分享在 GateFace 平台中。 引导学生进一步用数字化工具和资源, 解决学习 中的问题,数字化学习开启高中学习新模式。 学生活动: 课后讨论、查阅资料、继续分享交流。 系,合理使用虚 拟社会身份开展 信息活动。培养 学生的“信息社 会责任 ”。 课后作业布 置为线上交流的 拓展应用,可以 延伸课堂,进一 步提升学生信息 素养。总结 升华 总结回顾本 单元内容 强调数字化 学习不仅仅 是本单元的 学习内容, 更 是当前学习 型社会中, 终 身学习所必 需的。 教师活动: 1、和学生一起回顾总结本单元所学内容。 2、引出习主席提出的建设“人人皆学、处处能学、 时时可学 ”的学习型社会。号召同学们响应习主 席号召, 在当前的数字化时代, 提升自己数字化 学习能力,养成终身学习的习惯。 学生活动: 回忆所学内容, 观看和思考习主席提出的学习型 社会。 提出数字化 学习不仅是本章 的内容,更是终 身学习所需要的 能力。希望学生 提升数字化学习 能力,养成终身 学习的习惯。九、学习成果: “数字化学习开启高中学习新模式”可视化报告项目范例:(14)(15)(16)(项目范例报告项目学习活动记录表) (项目范例报告项目学习活动记录表) (项目活动评价表作品评价量规) (项目范例报告项目学习活动记录表) (项目活动评价表作品评价量规)十、评价方案(一)评价时间线项目选题 项目规划 探究活动 项目实施 成果交流 活动评价项目范例报告 项目学习活动 记录表(二)评价工具评价方法/工具 评价的过程和目标项目范例报告 用于整个活动,主要作用是为学生项目实施和作品制作提供示范和引领。 (见附件 1)项目学习活动记 录表 用于整个学习活动,主要作用是指导学生开展项目学习活动,明确项目学 习内容,记录学习过程及阶段性成果。(见附件 2)作品评价量规 使用量规项目来帮助学生创作高品质的作品, 确保达到项目预期。同时用 量规为同伴的作品提供反馈。教师使用量规来评价。(见附件 3)项目活动评价表 对整个项目学习过程中各环节, 学科核心素养达成的情况进行评价。(见教 科书附录 2)(17) 展开更多...... 收起↑ 资源预览