2020年第12期教育信息技术
基于Python数据分析的case什么意思
课堂项目式教学实例探究*
麦智升
(广东省广州市第一中学，广东广州510163)
【摘要】信息技术学科核心素养直接指向的是“人”的素养，也是人们在信息技术方面的核心能力和必备品质。培养学生的信息意识和计算思维是我国中学信息技术课程改革的重要目标之一，同时也是当今世界教育发展的趋向. 文章结合P y t h o n编程教学围绕高中信息技术课程开展项目式教学实践过程，探讨项目式教学在培养学生信息技术核 心素养问题上的设计思想和实施方法，以教学实例展示课程目标、内容设计思路以及课堂策略和问题分析，并归纳总 结课堂教学策略和解决方法，为后续相关研究提供借鉴的经验。
【关键词】计算思维；项目式教学；Python
一、培养学生计算思维的必要性
计算思维是由美国麻省理工学院西蒙•帕佩特教 授最早提出的，后来由美国卡内基梅隆大学周以真教授 进行系统阐述和推广。计算思维是指个体运用计算机科 学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生 的一系列思维活动[1]。计算思维应该是每个人具有的 基本技能，而不仅仅属于计算机科学家。计算思维是一 种思维方式，被认为是近十年来产生的最具基础性、长 期性的学术思想，己经成为当今重点科学研宄的内容。计算思维主要表现为“形式化、模型化、自动化和系统 化”四个方面，包含三个层次的内容，即计算思维意识、计算思维方法和计算思维能力。由于在过去的信息技术 教学内容比较偏重信息技术和工具的学习和应用，教学 方式以模仿教师操作过程和方法为主，导致学生容易出 现“获得技能却失去能力”的现象，为彻底改变这种局 面，就需要教师清楚地认识研宄信息技术教育应该是研 究“计算思维的教育”这一本质。从而在高中信息技术 课堂教学中通过P y t h o n项目式教学让学生掌握和使用 计算思维解决分析问题的能力。
二、 基于Python数据分析的课堂项目式教学实例
从认知学习理论的角度来看，学生的学习是自主 地在头脑内部构造认知结构的，而并非在外界环境的控 制下被动地形成“刺激一反应”（S-R)联结的；学生是 通过顿悟与理解获得期待的，而并非通过反复练习与不 断巩固形成所谓的习惯和反应；学生当前的学习以他本 身已有的认知结构为基础，结合当下的情境加以刺激，同时被学生自身的预期而非习惯所引导[2]。因此，在 组织项目式编程教学的过程中，“学习项目”的内容制 定尤为重要，教师不仅要精心设计单个学习项目，还要 对整个学习周期的课
鸡米花烤箱烤的温度和时间
程作长期规划。而本文所指的“项 目式编程教学”是指以高一学年为教学周期，开展围绕 某一主题的分段式项目教学。按照以上思路，项目学 习被设计成“基础-进阶-高级”三个阶段（如图1), 而每一个项目都将学习计算思维所需的编程知识点囊括 其中。在项目式学习过程中，教师组织学生分组学习，教学时不需要学生按照规定方法实现，鼓励学生既可以 按照提供的知识结构和学习路线图实现，也可以根据自 身学习情况选择其他方法或者工具实现项目的问题求 解。教师在整个项目式教学过程中充当指导者和建议者 角，为学生逐步铺设每一个项目中所需的问题情景并
*本文系全国教育信息技术研宂课题“基于物联网应用的App Inventor教学实践的研宄”（课题立项号：184430020)的研宄成果40
教育信息故木 2020年第12期
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提供解决方案途径，当学生完成整个学习周期后，即可
基本具备设计和实现一个与数据分析管理系统相关的项目的能力。matlab有趣代码大全
图1基于P y t h o n 数据分析的项目式学习时间线示意图
笔者进行了教学实践，围绕“数据分析在成绩统 计项目中的应用”的问题模型，探讨具体设计的思路和 方式，提供部分教案、学案和学生课堂作业内容作为研 宄题材探究计算思维教学的实施策略和模式。
(一）教学目标的设计思路
根据新课改指导意见，本课的教学目标重点在于 创设情境，让学生带着问题利用己经掌握的知识尝试解 决，在遭遇困难的时候能按照学习提示自己发掘解决的 途径。因此本课例选取P y t h o n 中被广泛使用的列表和 字典数据类型处理部分作为设计题材的知识载体，围绕 “采集-分析-处理”数据为培养计算思维的主线，结 合信息技术教学制定教学三维目标（如图2)，通过创 设班成绩统计情景，引导学生如何使用字典存储数据， 结合列表和循环等知识综合运用到字典的数据分析任务 中，学生从而能了解字典的概念掌握字典内容的遍历和 理解结合列表修改字典值的方法。
以“采集-分析-处理”数据为主线_ 的计算思维培养目标设计
图2以“采集-分析-处理”(二）教学对象及问题创设分析
本课例的研宄对象是笔者任教的高一级学生，该 年级学生己对程序的输入输出、条件判断和f o r …irr - 循环的学习内容有一定的认识，基本掌握了程序的简单 调试方法，也了解列表的概念和使用方法。而此前字典 部分的知识从未接触过，因此在教学课堂上适宜使用较 简单的教学例子和熟悉的事例引入，提出问题，促使学 生带着问题思考解决方法，同时在教授字典内容的修改 时也应举出实例提醒学生字典键值对中的键值不能重
知识与技能：窜握字典内容的遍历方
为什么不建议女生做律师法，理解结合；数据建模方法
过程与方法：综合运用列表和循环知 识完成字典数据分析的任务
情感态度价值观：激发学生的编程兴 趣，培养学生分析解决问题的能力
数据为主线的三维目标设计
复，对于水平较高的学生开展分层教学，设计进阶题目， 在学案中给出提示，引导学有余力的学生继续带着问题 运用计算思维探索新的解决方法。在P y t h o n 的复合类 型中，字典是由键值对构成的，而且允许修改，是数据 分析过程中比较灵活和简便的二元元组。本课引入为本 班的学科成绩表设置一个成绩统计功能的场景，引导学 生掌握将二维表保存到字典，并能通过对字典的遍历实 现成绩表的输出、分数统计及排序功能，为日后较为复 杂的数据统计分析学习奠定基础。因此本课场景创设为： 某班进行了一次月考，各科成绩保存在一张二维表中， 如何编写P y t h o n 程序实现按条件查询，遍历访问成绩
表字典以及统计平均分和排序输出成绩（如下表）。
表单提交源码系统输出的成绩数据表
排名姓名语文数学英语1张伟7882902何杰9098783程旭8773904黄俊明8754675
李峰
48
83
60
由于未接触过文件及数据库的读写知识，因此学 生在思考这个问题时，容易联想到使用变量或者列表保 存成绩信息，但随之而来的问题就是，即使保存了信息， 这些途径都难以达到按条件查询或者统计、排序等功能。 因此学生会对该问题产生极大的好奇心，希望通过学习 新知识以解决以上问题。
(三）教学过程及实施对策
在激发学生兴趣后，如何分析问题本质，带领学 生运用计算思维解决问题是课堂教学的关键。本课紧抓 字典“键值”主线，引导学生自己探索字典查询和遍历 的技巧，让学生尝试将每条记录的各科成绩存放在列表 中，并按学号作为键值保存成对应的值，这样学生就轻 松完成了数据表格的建模。
在分析成绩查询过程时，本课特别强调了建模的 前提条件：首先是学号必须唯一，其次是成绩己被封装 到列表中，应正确计算列表的索引位置，才能准确获取 各科成绩。针对这点采取的教学策略是借助“填充测试” 的方法让学生自己尝试填写索引数字进行程序调试，通 过调试反馈信息，他们会逐渐理解封装在字典中的列表 值如何获取，也同时会理解如何将不同的容器复合保存 以达到不同的建模需求。
接下来学生需要解决的就是平均成绩的计算和回 存问题。通过前一阶段的摸索，学生己正确理解字典中 的列表取值方法的基础上，可以通过f o r -i n
循环遍历
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输出成绩表，随后水平较高的学生己经可以根据提示，使用列表的a p p e n d函数在遍历过程中计算每位学生各 科平均成绩，并尝试将成绩回存到列表中。教师只需要 对回存位置稍作提示，大部分学生会明白要将平均成绩 存放到列表的末尾。在教师的引导和激励下大部分学生 都能完成统计任务，教师只需对学生作业项目分析点评，对存在的共同问题，通过设置激励机制，邀请学生示范 改正，即可完成项目任务。
(四）知识拓展提升策略
由于此前学生并没有接触函数的概念，在这个问 题上，许多水平较高的学生都能理解其排序之后获取的 是一个新的字典，而不是原来的数据，因此在学案中，更要重点注明S o r t e d函数在字典排序中使用的方法和 注意事项，其中合l a m b d a表达式是难点。因为S o r t e d 函数包含 “i t e r a b l e” “k e y” “r e v e r s e”参数，而学 生并不知道“i t e r a b l e”代表的是枚举器，而k e y在 P y t h o n3程序中大
部分使用l a m b d a表达式替代，所以 本课例所设计的学案也只要求学生理解该表达式在本课 程序中的使用方法，通过巧妙地避开l a m b d a表达式书 写函数的法则，使层次较高的学生既能体验成绩表排序 的效果，也能避免过早涉及复杂知识点，以至出现畏难 情绪。知识的拓展提升，更有利于培养优等学生的开拓 创新思维，极大提升学生计算思维能力，是每节项目学 习课堂中必不可少的构成部分。
基于P y t h o n数据分析项目式教学是信息技术“计 算思维培养”课堂中的重要手段，本文通过展示笔者 亲身经历的一个教学案例，为学生创设一个“小数据”统计的场景，借助P y t h o n字典和列表的嵌套技术，实 现学生成绩数据统计。后续开展的项目课程仍将围绕 “成绩统计”展开不同的场景进行教学，并逐步引入 n u m p y、p a n d a s等统计库为学生展现一个可持续的项目 开发的愿景，旨在激发更多的学生积极投身到运用计算 思维解决数据分析领域中存在的问题，同时也鼓励通过 小组学习增进彼此协作和活动，相信这将会是P y t h o n 教学中的重要模式之一。
三、结语
P y t h o n作为近年中小学开展计算思维教育、人工 智能和大数据分析的主流工具语言己陆续在国内不少教 育强省开始推广，其精炼的语法风格和低门槛的入门要 求让其逐步迈入普及性基础设计语言行列。在开展本次 课例教学实践前期，笔者也尝试遵循传统编程教学将基 本语法教学列为重点，试图使学生尽快“入门”，但通
2020年第12期教育信息技术
过课堂教学反复实践，发现学生并不对语言本身产生兴 趣，吸引学生关注的焦点在于问题情境和问题探究的过 程。因此，本次实践也反证了建构主义知识观的科学性。知识并不能保证滴水不漏、分毫不差地概括总结出世界 的法则，提供任何问题都能通用的普遍方法。在实际的 问题求解中，知识是不可能每次都旗开得胜、屡试不爽 的，而是需要人着眼于当下具体的问题情境，结合己有 知识经验对其进行再加工、再处理，从而创造出解决问 题的办法[3]。
因此，教师在课堂教学上无论使用哪种工具语言 开展项目式教学，都必须谨记将生活情景融入到项目中，引导学生从发现生活中的问题着手设计项目内容，通过 项目分阶段分割知识点，最后也必须根据学生学习能力 设计恰当的项目终点，让学生在教师的指引下独立走完 甚至超越终点，利用“字典的排序”解决成绩表的排名 问题就是本教学项目的终点。最后，合理分层教学，鼓 励学生把学习的终点推得更远。“少年强则中国强”，培 养学生运用计算思维分析解决问题的能力是实现中华民 族伟大复兴的重中之重，作为信息技术教师更应“把握 先机，自我提升”，在教学实践和研究的道路上敢当开 拓者，伴随着新世纪时代迈出新的里程。
参考文献：
[1] 任友.普通高中信息技术课程标准2017版解读[M].北京：高等教育出版社，2018.
[2] 徐巍.关于MCAI的研究[J].计算机与现代化，2002,（08).
[3] MushenoBirgit V，& LawsonAntonE.. Effect of learning cycle and tradit iona[J]. Journal of research in science teaching, 1999, 36 (01): 23-24.
责任编辑：刘立芳

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