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技术实验让信息技术课堂更富魅力

中小学信息技术教育2018-06-19 04:00:09


信息技术虽然是一门新兴学科,但其发展异常迅速。信息技术课堂已从最初的以软件培训为主逐步走向目前主流的任务驱动教学。学科相关的理论支持也日渐丰富完善,尤其是伴随着“计算思维”等核心理念的提出,信息技术课程正走向更广、更深的发展层次。笔者认为,课堂教学也需要与时俱进,让技术与思维同行,拥抱“计算思维”为核心的信息技术教育潮流,引入信息技术新项目、新元素,使课堂焕发魅力光彩。其中,“技术实验”便是一种有力的探究方法。实践表明,在课堂中引入“技术实验”,可以充分激发起学生的学习兴趣,调动其学习的主观意愿和积极性,实现知识的自我建构。

技术实验教学是指通过提供实验环境和研究材料,通过设备搭建、软件操作、程序设计等试验性技术活动,培育学生计算思维的一种教学方法。它包括实验设计、环境搭建、实践操作、实验结果、实验结论等环节。

 

技术实验活动中,实验结果往往与学生在实验前的预估、猜测、假设产生强烈对比,让学生产生强烈的认知冲突,学生不得不修正头脑原有的认知图式去迎接新概念,以获得实验现象与理论解析的一致性。在此过程中,会发展学生的思维能力。但是由于信息技术是一门相对较新的学科,暂时还没有配套的实验手册,更没有实验的配套资料,为此,我们要充分挖掘教材内容,寻找合适的实验素材,创设科学的实验条件,引导学生充分运用已有的信息技术能力在实践中学习,在学习中提升。


显而易见的是,技术实验的内容与方案设置是否合理科学会直接影响最终的教学效果。为了便于梳理实验类型,我们结合目前常见的任务驱动教学方式,把技术实验中的相关内容分成两大元素:技术+素材,并根据采用的技术种类、运用时机以及素材的差异,分为四大类的技术实验。


同一素材+同一技术:

分析技术应用前后变化


信息技术课程的知识面广,有的技术看起来“简单”,但有很多内涵。例如在PPT插入视频这一环节的教学中,当所用的软件是PowerPoint2010以及之前的版本时,插入视频时仅仅放入的是视频的其中一帧画面。但是学生往往不理解这一技术本质,认为既然可以播放,就把文件夹中的视频文件给删除了,导致最终视频无法播放。为了让学生探究插入视频的本质,我们设计了如表1的实验,针对一个PPT文档,记录其插入视频前后的文件大小,以及视频文件本身的大小,来验证视频是否真正“插入”到了PPT文档之中。

 表1 某位学生的PPT插入视频实验单

实验

PPT

视频

实验发现

1.在PPT中插入视频

(记录文件大小)

插入前

插入后

文件大小

视频没有真正地插入到PPT中

682KB

805KB

80885KB

2.在资源管理器中删除视频文件(记录删除前后PPT能否正常播放视频)

删除之前

删除之后

能播放

不能播放


通过技术实验探究,学生可以很直观地体验文件大小的变化及删除影片对播放的影响,从而自主构建出影片并没有真正嵌入到PPT中这一事实,理解了在PPT中插入视频这一技术的本质——事实上,插入的是视频中的一帧画面以及视频文件信息的链接。在本次实验基础上,教师还可以进一步追问“这样设计的好处是什么?你在哪里还看到过这样类似的设计?”等问题,让学生体会到设计者的思想。如果实验条件允许,教师还可以再增加一个在PowerPoint2013软件中插入视频的实验,来验证一下在新的软件版本中这个技术是否有所变化。又比如在教学“网络下载文件”时,我们架设两个FTP服务器并让学生进行下载实验。通过分析压缩前后的下载时间变化,从而分析下载时间与哪些因素有关。

 

表2  某位学生的FTP下载文件实验单

下载内容

文件大小

服务器1

服务器2

实验发现

平均速度

下载耗时

平均速度

下载耗时

单个大文件

21445KB

412KB/s

52s

739KB/s

29s

压缩可以提高下载效率

单个大文件压缩后下载

21155KB

409KB/s

52s

756KB/s

28s

有很多小文件的文件夹

44045KB

361KB/s

122s

699KB/s

63s

打包但未压缩下载

44053KB

416KB/s

106s

787KB/s

56s

打包且压缩之后下载

30512KB

418KB/s

73s

782KB/s

39s


如表2 所示,在下载的过程中,学生可以很明显地发现平均速度快的服务器下载的耗时就比较少。学生还可以发现,压缩过的文件夹虽然内容相同但由于总的文件变小了,下载的耗时也就少了,从而让学生理解为什么网上下载的文件往往是压缩包形式,理解压缩的重要性。

 

对于细心且富有探究精神的学生来说,他们还可以发现一个有趣的现象,那就是同样大小的文件夹内容,打包但并未压缩过的下载耗时要略微小于未打包的文件夹,尤其是当文件夹内部有很多小文件的情况下更是如此。那是因为每次开始传输一个新的文件会瞬间降低传输速度,如果小文件很多,那么就会影响到整体的平均下载速度,最终增加一些耗时。当学生对耗时进行排序后,就能从结果中自然地理解下载耗时与哪些因素有关以及压缩包对于网上传输文件的重要性。


同一素材+不同技术

分析不同技术运用差异

在学习信息技术课程的过程中,学生会面对层出不穷的应用软件,即便是同一个软件,要实现某一个效果也有各种不同的技术可供选择。面对如此众多的软件和技术,学生反而会感到手足无措,不知从何下手。因此教师在教学时,通过技术实验不仅要教学生知其然,更要知其所以然,掌握技术的应用场合。

 

例如,浙教版七年级最后一课是关于幻灯片放映的高级设置。通过前面课时的学习,学生已经具备比较熟练的PPT制作技能,并且能够放映制作好的幻灯片,但是由于应用限制,一般学生不会去尝试其他的放映方式和高级选项设置。这时就需要教师创设合适的情境来提出需求,引导学生探索放映的高级设置。通过技术实验的方法,就可以放手让学生自主探索、归纳、构建关于幻灯片放映的相关知识,引导学生自主辨析不同选项设置的差异性(见表3),从而归纳整理出不同场合下放映幻灯片的策略。

 

表3  某位学生的幻灯片放映选项设置实验单

应用场合

选项设置

理由

放映类型

放映幻灯片

放映选项

换片方式

教师上课

 

演讲者放映

全部或自定义

手动

放映时间需要自己控制

学生介绍

 

演讲者放映

全部或自定义

手动

放映时间需要自己控制

无人值守展台

 

在展台浏览

全部

循环放映

排练时间

自动循环播放

触摸屏展台

观众自行浏览

全部

循环放映

排练时间

自动循环播放并且可以切换

……







类似的例子还有很多,比如对于Photoshop中的抠图来说,可以实现抠图的技术有很多种,有最简单而直接的橡皮擦,也可以利用魔棒、磁性套索等选择工具,甚至可以利用抽出滤镜来进行抠图。我们可以让学生在技术实验的实践中去体验不同技术的差异,从而辨析不同技术的优劣之处。


不同素材+同一技术:

分析素材对技术的影响

科学实验中的探究强调的是条件设置的严谨性与实验结果的可重复性,对于信息技术课的技术实验也是如此。我们在设计实验方案时,应该尽量控制因变量与自变量的合理性,剔除尽可能多的干扰因素,以便实验结果更具有说服力。因此,我们在探讨单一技术的运用时,可以采用不同的素材对象来分析其对技术的影响程度,从而得出更优的技术运用方案。

 

例如,要让学生了解压缩软件的工作原理和价值意义,教师可以和学生一起开展一次压缩实验。教师为学生提供一些典型的实验材料(如图1),在实验前,教师让学生先猜测“压缩后,文件大小会发生什么变化?”



在压缩实验中,学生一致发现:位图文件压缩率非常大,但JPG图片和MP3文件压缩效果微乎其微;DOCX文档可以被压缩,但压缩效果不理想;最令人惊奇的是,较小的文本文件在压缩后,文件反而变大了(见表4)。


表4  压缩实验的实验单

文件

压缩前

压缩后

压缩比率

实验发现

24个字母

26B

116B

446%

位图文件压缩率最大,图片和音乐几乎没压缩,最小的文本文件压缩后反而大了

窗台小花图片

638KB

30.5KB

4.8%

创客照片

2.68MB

2.66MB

99.3%

美图秀秀主程序

8.71MB

2.55MB

29.3%

文章

3.29MB

2.99MB

74.9%

夜空中最亮的星

3.74MB

3.71MB

99.2%

“文件变大了,说明了什么?”“压缩文件比原文件小了,压缩软件又是如何做到的呢?”通过进一步的好奇之问,让学生愉悦地了解,压缩是一种算法,是一种文件的重新数字化编码,这种编码本身需要占据空间。当原文件编码冗余信息较大时,压缩的效果就明显,反之,压缩效果不明显,甚至会起到反作用。


不同素材+不同技术:

分析技术之间的联系

在真实的生活场景中,往往存在着很多变量,要处理的素材各不相同,可以实现的技术也多种多样。不同的技术之间存在着差异,也有着千丝万缕的联系。如果教师照本宣科地讲解,势必吸引不了学生的注意力,也不能让学生真正体验技术的魅力所在。例如在教学排序这一环节时,不同的排序算法有着不同的技术特点,适用的场合也有所不同,如果只是教科书般的介绍,势必无法让学生留下深刻的印象,但是如果让学生自己动手检验一下,体验不同数据下各种算法的排序时间(见表5),那么掌握各种排序算法的技巧也不是一件难事了。

 

表5 某位学生的常见排序算法的比较实验单

排序对象

冒泡排序

归并排序

快速排序

计数排序

实验发现

样例1(3000个随机数据)

15ms

0ms

0ms

0ms

数据规模大时冒泡耗时就非常大,快排效率就很高

样例2(30000个随机数据)

1980ms

20ms

16ms

0ms

样例3(5000个递增数据)

48ms

68ms

33ms

0ms

样例4(5000个递减数据)

31ms

70ms

31ms

0ms


同样以“抠图教学”为例,之前提到了同一素材运用不同抠图技术的优劣,我们也可以设计提供多个不同的素材并运用不同抠图技术的实验进行比较,让学生理解不同的素材应该选用不同的抠图技术才能实现较高的抠图效率。

 

除了针对以上四种类型来设计实验方案外,为了达到良好的教学效果,教师在设计实验方案时还应遵循以下三个原则。

 

一要紧扣教材内容。设计方案时,每次的实验内容必须与本周或本单元的知识紧密相关。这样学生可以应用已有的知识经验来解决新的问题,同时还可以通过实验加深对最近所学理论的理解。

 

二要具有可操作性。实验方案的完成难度要合理,具有可实现性,不能在操作上形成技术壁垒,妨碍学生实践。

 

三要注重应用性。通过实验教学,促进学生对信息技术产生学习兴趣,并能把它运用到实际生活中去进行创造性思维,使得学习持续进行下去。

 

通过针对每个知识点设置不同的学习材料,并设计周密的实验方案,我们实现了将课堂知识的学习转化为学生在技术环境中的实验探究。借助教师提供的实验单或者师生共同设计的实验单,在技术实验的过程中产生素材和技术的“数字反应”,在具象实验结果的过程中洞察技术的本质。技术实验不仅能够锻炼学生的动手能力,也在潜移默化中培养了学生技术的探究精神和严谨的思维方式,让他们在不断迭代的技术发展浪潮中牢牢把握信息技术的核心价值,切身体验信息技术课程的无穷魅力。

(作者单位:浙江宁波市江北外国语学校)