大數(shù)據(jù)背景下的《運(yùn)動(dòng)和呼吸》課教學(xué)設(shè)計(jì)

◇孫 宇（江蘇：無(wú)錫市南長(zhǎng)街小學(xué)）

我國(guó)處于大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)能提供個(gè)性化服務(wù)，誰(shuí)利用大數(shù)據(jù)，分析大數(shù)據(jù)，誰(shuí)就會(huì)在未來(lái)的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)。學(xué)校作為教育的重要場(chǎng)所，肩負(fù)著培養(yǎng)國(guó)家各類(lèi)人才的重任?？茖W(xué)課堂是培養(yǎng)國(guó)家科技人才的重要場(chǎng)地之一，因此研究基于大數(shù)據(jù)的科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

一、大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵與認(rèn)識(shí)

中共中央在第十三個(gè)五年規(guī)劃中明確提出，“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推進(jìn)數(shù)據(jù)資源開(kāi)放共享”。大數(shù)據(jù)已滲透到我們這個(gè)時(shí)代的每一個(gè)領(lǐng)域，中國(guó)教育正向大數(shù)據(jù)時(shí)代邁進(jìn)。蒲清平、朱麗萍、周瑩瑩等人認(rèn)為，大數(shù)據(jù)是海量復(fù)雜數(shù)據(jù)的集合，它含有有效的價(jià)值信息，但較難挖掘，具有數(shù)據(jù)量龐大、類(lèi)型多樣、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)。

美國(guó)麥肯錫認(rèn)為，大數(shù)據(jù)是一種大規(guī)模的數(shù)據(jù)集和，它的獲取、管理、分析等方面超越了以往各種數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的工作能力范圍。

張麗娟認(rèn)為，大數(shù)據(jù)不僅是記錄信息的載體，也是知識(shí)的來(lái)源，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加，意味著其相應(yīng)的記錄、測(cè)量以及分析范圍也在不斷增加，表示獲取知識(shí)越來(lái)越多，獲取的信息量越來(lái)越大，而知識(shí)的邊界也在相應(yīng)地不斷擴(kuò)展與延伸。

綜上所述，筆者認(rèn)為，大數(shù)據(jù)是當(dāng)今社會(huì)迅猛發(fā)展下的新產(chǎn)物，具有四個(gè)優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)量大、種類(lèi)多、時(shí)效性、真實(shí)性。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)分析也日益受到人們的關(guān)注與重視。大數(shù)據(jù)的分析是對(duì)規(guī)模巨大、數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是用數(shù)據(jù)挖掘方法，從海量數(shù)據(jù)中集中挖掘和提取有用信息的過(guò)程，目的是科學(xué)地發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律和模式。因而，有必要在科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中構(gòu)建相應(yīng)的背景，構(gòu)建數(shù)據(jù)分析觀(guān)念，使學(xué)生樹(shù)立數(shù)據(jù)分析的意識(shí)，并對(duì)其予以重視。在蘇教版科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)第五單元“人的呼吸和消化”第三課《運(yùn)動(dòng)和呼吸》的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是最能反映教學(xué)效果的指標(biāo)，從中也可體現(xiàn)大數(shù)據(jù)對(duì)這一課教學(xué)重難點(diǎn)的分析。

二、大數(shù)據(jù)背景下的小學(xué)科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

美國(guó)教育學(xué)家P. L. Smith和T. J. Ragan認(rèn)為，教學(xué)就是信息的傳遞及促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)預(yù)定、專(zhuān)門(mén)學(xué)習(xí)目標(biāo)的活動(dòng)。所謂設(shè)計(jì)，是指在進(jìn)行某件事之前所做的有系統(tǒng)的計(jì)劃過(guò)程或?yàn)榱私鉀Q某個(gè)問(wèn)題而實(shí)施的計(jì)劃，可以從精確性、細(xì)致性、系統(tǒng)性等方面去判斷其效果的好壞。

教學(xué)設(shè)計(jì)大師梅耶爾（M. David Merrill）（1998）認(rèn)為，“教學(xué)設(shè)計(jì)是一種以開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境的技術(shù)，最有效的環(huán)境是那些以問(wèn)題為中心的，并且學(xué)生能夠直接參與的環(huán)境”。

鮑嶸在《教學(xué)設(shè)計(jì)理性及其限制》一文中也提出，教學(xué)設(shè)計(jì)是推進(jìn)教學(xué)活動(dòng)程序化、精確化和合理化的現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)。

沈建民認(rèn)為，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)是指教師根據(jù)現(xiàn)代教育理論的基本觀(guān)點(diǎn)與主張，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和要求，系統(tǒng)分析課堂教學(xué)過(guò)程中各要素，確立教學(xué)起點(diǎn)，為指導(dǎo)課堂教學(xué)工作的有效實(shí)施，創(chuàng)造一種教學(xué)活動(dòng)模式，并形成有序的流程。

綜上所述，筆者認(rèn)為，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)作為教學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一部分，遵循教學(xué)設(shè)計(jì)的一般原理、技術(shù)和原則，是在教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)之前，按照教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的要素進(jìn)行有效的規(guī)劃和安排，形成最優(yōu)化的教學(xué)活動(dòng)模式，以提高課堂教學(xué)效果而制訂教學(xué)方案的過(guò)程。

（二）大數(shù)據(jù)背景下的科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)分析是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，通過(guò)分析數(shù)據(jù)得出自己的結(jié)論，教師也可以通過(guò)從學(xué)生那里得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的整體把握情況。

例如，教師在講授蘇教版科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)第五單元“人的呼吸和消化”第三課《運(yùn)動(dòng)和呼吸》時(shí)，本節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程很簡(jiǎn)單，即“三步走”：測(cè)安靜時(shí)的呼吸次數(shù)；測(cè)運(yùn)動(dòng)后的呼吸次數(shù)；測(cè)休息3 分鐘后的呼吸次數(shù)。學(xué)生測(cè)量的數(shù)據(jù)及對(duì)數(shù)據(jù)的分析顯得尤為重要。按照以往的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模式，教師會(huì)讓學(xué)生測(cè)量好數(shù)據(jù)后，在小組內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后教師再將全班數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。但這樣很耗時(shí)，測(cè)三次數(shù)據(jù)取平均值對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)也并不簡(jiǎn)單，且不能體現(xiàn)真正意義上的大數(shù)據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)。

真正意義上的大數(shù)據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

教學(xué)片段一：測(cè)量安靜狀態(tài)下1 分鐘的呼吸次數(shù)。

師：請(qǐng)大家用表格，記錄安靜狀態(tài)下1 分鐘的呼吸次數(shù)，記錄好的小組將結(jié)果粘貼在黑板上。

（生測(cè)呼吸次數(shù)并記錄結(jié)果。）

師：現(xiàn)在全班8 個(gè)組的數(shù)據(jù)匯總在一起了，你能快速看出學(xué)生安靜狀態(tài)下1 分鐘的呼吸次數(shù)集中在哪個(gè)范圍嗎？

（生嘗試分析，發(fā)現(xiàn)不能快速看出學(xué)生安靜狀態(tài)下1分鐘的呼吸次數(shù)集中在哪個(gè)范圍。）

師：這么多數(shù)據(jù)，看來(lái)用表格也不能幫助大家清晰直觀(guān)地呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和呼吸的關(guān)系。沒(méi)事，我今天帶來(lái)了一個(gè)幫助大家整理數(shù)據(jù)的神器。這張圖表的縱軸是每分鐘呼吸的次數(shù)，橫軸是運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

師：我剛剛也測(cè)量了自己在安靜狀態(tài)下的呼吸次數(shù)，我用一塊吸鐵石表示。一會(huì)給每個(gè)學(xué)生一塊吸鐵石，男生拿藍(lán)色的，女生拿紅色的。把你的數(shù)據(jù)也貼在這張圖表中，你能做到嗎？

生：能。

師：接下來(lái)請(qǐng)你們按照小組順序，將自己安靜狀態(tài)下的呼吸次數(shù)貼在圖表中。

（生有序排隊(duì)上臺(tái)貼數(shù)據(jù)。）

師：現(xiàn)在我們一起觀(guān)察這張統(tǒng)計(jì)圖，你能發(fā)現(xiàn)安靜狀態(tài)下男女呼吸次數(shù)集中在哪個(gè)范圍嗎？

生（觀(guān)察圖表回答）：安靜狀態(tài)下男女學(xué)生每分鐘的呼吸次數(shù)集中在20～30之間。

師：你們很擅于比較和發(fā)現(xiàn)，借助統(tǒng)計(jì)圖發(fā)現(xiàn)了安靜狀態(tài)下呼吸次數(shù)背后的秘密。真棒！

先讓學(xué)生用表格記錄安靜狀態(tài)下1 分鐘的呼吸次數(shù)，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)的困難，提出疑惑。接著在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生學(xué)會(huì)使用統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)的搜集與整理。男女生安靜狀態(tài)下的呼吸次數(shù)有40 個(gè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)用磁鐵的形式展示，解決了數(shù)據(jù)量大、難處理的問(wèn)題，同時(shí)也體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的時(shí)效性和真實(shí)性。

教學(xué)片段二：測(cè)量運(yùn)動(dòng)后、休息后1 分鐘的呼吸次數(shù)。

師：想研究運(yùn)動(dòng)帶給呼吸的變化，僅有安靜狀態(tài)下的呼吸次數(shù)夠不夠？

生：不夠，還需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)后的呼吸次數(shù)。

師：我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)——30秒原地高抬腿。

（生全體立正，高抬腿30秒。）

師：時(shí)間到。請(qǐng)你們像貼安靜狀態(tài)下的數(shù)據(jù)那樣，將運(yùn)動(dòng)后的呼吸次數(shù)貼在統(tǒng)計(jì)圖上。

（生有序排隊(duì)上臺(tái)貼數(shù)據(jù)。）

師：你們上臺(tái)貼數(shù)據(jù)的時(shí)候，已經(jīng)休息過(guò)了，接下來(lái)我們一起測(cè)量休息1 分鐘后的呼吸次數(shù)。3—2—1—開(kāi)始。

（生按小組順序，將結(jié)果貼在統(tǒng)計(jì)圖中。）

師：經(jīng)過(guò)大家的努力，我們一起測(cè)量并且用吸鐵石貼出了安靜時(shí)、運(yùn)動(dòng)后、休息后的呼吸次數(shù)，完成了這張統(tǒng)計(jì)圖。這么多數(shù)據(jù)，真不簡(jiǎn)單。給我們自己鼓鼓掌。

每位學(xué)生都對(duì)自己運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)后、休息后的呼吸次數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，并在教師的帶領(lǐng)下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集、記錄、整理、分類(lèi)、數(shù)據(jù)分析等。由于時(shí)間的關(guān)系，一節(jié)課難以保證在同一條件下，進(jìn)行3 次測(cè)量。通過(guò)圖表形式，讓每位學(xué)生都有機(jī)會(huì)將自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量大、種類(lèi)多、時(shí)效性、真實(shí)性的特點(diǎn)。在對(duì)比全班學(xué)生數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，也能得出較為理想的數(shù)據(jù)。

教學(xué)片段三：分析、處理數(shù)據(jù)。

師：運(yùn)動(dòng)究竟能給呼吸帶來(lái)怎樣的變化？請(qǐng)大家仔細(xì)觀(guān)察這些數(shù)據(jù)，思考：不同狀態(tài)下的呼吸次數(shù)有哪些變化規(guī)律呢？

生（思考回答）：不同狀態(tài)下呼吸次數(shù)不一樣，運(yùn)動(dòng)后呼吸加快、休息后減慢并逐漸恢復(fù)到運(yùn)動(dòng)前的狀態(tài)。

師：那你自己的數(shù)據(jù)是不是也符合這樣的規(guī)律呢？上來(lái)畫(huà)一畫(huà)呼吸的變化規(guī)律。

師：誰(shuí)能說(shuō)一說(shuō)我的數(shù)據(jù)是否符合這樣的規(guī)律呢？

生（思考回答）：符合，但同一種狀態(tài)下，您的呼吸次數(shù)比大多數(shù)同學(xué)都要少一些。

師：觀(guān)察真仔細(xì)，總結(jié)得也很好！

師：再仔細(xì)看一看圖表，你還有什么發(fā)現(xiàn)？

生（思考回答）：同一種狀態(tài)下，男生比女生的呼吸次數(shù)要少一些。

師：要想準(zhǔn)確得出男生和女生呼吸次數(shù)的規(guī)律，還有什么好辦法？

生（思考回答）：多次測(cè)量，取平均值。一組數(shù)據(jù)中所有數(shù)據(jù)之和再除以這組數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

師：在短時(shí)間內(nèi)沒(méi)辦法進(jìn)行多次測(cè)量，我們還能怎么辦？

生（思考回答）：我們還可以測(cè)全年級(jí)學(xué)生在3種狀態(tài)下的呼吸次數(shù)。

學(xué)生通過(guò)對(duì)圖表數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)人在不同狀態(tài)下、同齡人之間、男女生之間在同種狀態(tài)下的呼吸次數(shù)都存在差異。通過(guò)思考、交流與討論，學(xué)生還想出讓男生和女生呼吸次數(shù)規(guī)律更加精準(zhǔn)的方法——運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理分析得出結(jié)論。由此可見(jiàn)，將大數(shù)據(jù)融入課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，可以改進(jìn)課堂教學(xué)模式，增加結(jié)論的普適性與精準(zhǔn)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

三、結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)作為教育改革發(fā)展的重要方向，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了重要影響。小學(xué)課堂是知識(shí)傳承與創(chuàng)新的重要場(chǎng)地，教師要面對(duì)大數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，抓住機(jī)遇，從課堂教學(xué)設(shè)計(jì)著手，充分利用大數(shù)據(jù)，使大數(shù)據(jù)分析成為小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。