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北京景山学校信息技术教研组在践行“三个面向”的过程中，在北师大课程与教学论专家项华教授的数据探究理论的指导下，形成了基于探究式教学理念的信息技术课程与教学模式——景山学校“数字科学家”校本选修课程。该课程是一种在数字环境下，以信息技术作为情感激励工具和探索工具，旨在培养学生利用信息技术（硬件和软件）探索世界的意识和能力的课程与教学模式。期望选修该课程的学生能够对任何一个感兴趣的问题，通过选用适当的科学手段进行解决，从而成为一名自由的探索者。
“数字科学家”结合学生的知识基础和认知发展水平，在突出趣味性和有益性的同时，突出数码设备及“数字科学家”课程理念的渗透，并把最新的科技元素融入其中。教学内容如下。
第一单元：数字科学家概述（1课时）
第二单元：Scratch程序设计初步与简单游戏制作（5课时）
第三单元：纸电路探究与创意制作（3课时）
第四单元：千云“超极鼠”探究学习（3课时）
第五单元：反应时间的测量与研究（4课时）
第六单元：人面探秘（Face to face， Eye to Eye）（2课时）
本课程采用基于问题的小组探究式学习，即“教师主导，学生主体”的探究学习模式。下面以“机械按键反应时间的测量”一课为例，介绍我们的教学实践与思考。
“机械按键反应时间的测量”的教学设计
（一）教学任务分析与教学目标
本课程是七年级的选修课程，学生是在对课程有所了解的基础上自主选择的。本学期由于课时的安排，每周只有1课时，本单元之前，学生对探究性学习的基本过程有所了解，会撰写简单的研究报告，但还没有系统地进行过数据处理方面的训练。根据学生情况，我们制定本课教学目标如下。
知识与能力：知道反应时间的内涵；掌握并利用Scratch编写测量机械连续按键时间的程序；知道描述数据的基本方法：三值法和图像法。
过程与方法：通过小游戏得出反应时间的内涵，体验从具体到抽象及抽象概念建立的方法；通过教师演示及课堂实践初步掌握Excel的求差、求平均值、最大值及最小值的方法；通过分析数据得出实验结论的数据分析方法。
情感、态度与价值观：激发学生探究反应时间的积极性；加强小组合作的意识；通过实际的学习活动，建立起定性研究和定量研究的意识。
（二）教学过程设计与教学实践
教学环节一：新课导入
直接导入课题，利用课题引出问题：什么是反应时间？如何测量反应时间？
教学环节二：反应时间概念的探究
（1）“萝卜萝卜蹲”游戏活动探究反应时间内涵
请四名学生在讲台前站成一排，教师给他们分配角色，分别为：红萝卜、黄萝卜、白萝卜以及绿萝卜。教师说明规则（听到自己对应的颜色后下蹲）后，游戏开始。随着“红萝卜蹲，红萝卜蹲完黄萝卜蹲......”的口令，学生们进行游戏，学生听口令，通过正确完成动作的质量、快慢最终分出胜负，其他同学观察比赛同学的表现，参与评判。
（2）按小组进行交流讨论
分析游戏动作，说一说：什么是反应时间？我们是如何测量反应时间的？
（3）师生交流，探讨反应时间的概念
分析游戏动作，学生经讨论很快得出了反应时间的三个过程，即感应器（人耳）接收信息的过程；中央处理器（人脑）分析信息、做出判断的过程；执行机构（四肢等）做出反应的过程。这三个过程所用的时间，就是完成这个动作的反应时间。
（4）教师继续质疑，引发思考
教师：刚才的游戏过程中，我们测量了同学的反应时间吗？如何测量的？测量的结果是什么？
引导学生回答测量，采用的是观察法，定性的测量，结果是谁比较快；从而引入定性观察的测量与研究方法。
教学环节三：记录每次机械按键的时刻
（1）提出问题
教师：这节课我们要来进行测量的是“机械按键的反应时间”。对于机械按键，同学们能够提出什么样的问题？
事件过程：一声令下，右手食指开始按空格键，之后不断地按，越快越好。
如何测量机械按键的反应时间？今天我们要用Scratch来设计一个测量装置以完成这一测量。
（2）测定按键反应的实验装置设计
原理：当按下空格键（或其他键）时，计时器便记录下当时的时刻，并加入到已经设定好的时间链表中，相邻两次时间数据之差即为连续按键的反应时间。
（4）学生实验
用Scratch编程制作时间测量装置，设计好后进行试验测试。记录按键时刻，采用竞赛的方式，每位学生记录自己30秒钟的按键次数和时刻。
教学环节四：数据的导出与处理
（1）导出数据，建立数据表
教师演示：time.txt。
启动Excel，建立数据表 。
（2）用函数进行数据处理
教师演示：用Excel处理数据（求差、求平均、求最大、求最小）
（3）建立散点图：认真观察，模仿操作
（4）汇总数据
汇总小组内学生的每组数据（三值）。
教学环节五：应用数据，撰写研究报告
（1）教师指导报告写法：复制数据，做简单数据分析。例如，我30秒内的机械按键次数是168次，最快一次是0.02秒，最慢的一次是1秒。按照老师给定的标准，我的反应水平是正常的。
每个人撰写个人报告，小组负责人汇总小组数据，撰写小组报告。
（2）展示交流：挑最快完成的2个小组进行展示汇报。
教学环节六：本课小结
（1）学生说本节课收获。（2）教师回顾性总结。（3）课外拓展：测量其他的手指和其他人机械按键反应时间；反应时间还有什么样的类型？如何测量？
教学反思
1.本课是数字科学家课程的典型课例，教师从课题引入概念性问题，在学生对概念理解不清楚的情况之下，让学生带着问题，玩“萝卜萝卜蹲”游戏。通过小组讨论和交流分析游戏动作，学生得出了反应过程的环节和相应的反应时间。师生在共同交流中了解定性观察的测量方法。接着教师提示今天要测量的是每位学生自己的机械按键反应时间，分析动作过程，明确测量目标。教师演示并指导学生利用Scratch设计出能够记录每次按空格键时刻的计时测量装置。通过学生示范数据采集的方式，让全体学生测试自己30秒内的按键次数和时刻。教师演示并指导学生导出数据，并利用Excel进行数据的处理，求出每一次按键的反应时间。接着提出问题：如何描述数量比较大的一组数据？三值法看数据值的区域和平均水平，图像法（散点图）看每一个数据的变化趋势，这是典型的定量研究的方法。让学生求自己反应时间数据的最大值、最小值和平均值，做出相应的数据散点图像。提出分析数据的探究报告，要求学生复制自己反应时间的特征数据，并对数据进行描述与分析，完成研究报告；最后进行交流共享。
2.通过游戏体验和理解科学概念、测量方法。学生在“萝卜萝卜蹲”游戏过程中体验理解科学概念，观察比较快慢——定性研究；设计实验装置，获取数据、处理分析数据——定量研究。体现了“数字科学家”课程理念中的科学素养与信息素养融合培养的理念。
3.学生很喜欢这样的探究活动课，谈到收获与体会时，学生的反馈是：我知道了可以用Scratch测量反应时间，并且还可以编游戏、制作动画片等；最有意思的是连续按空格的练习和萝卜萝卜蹲的游戏；学会了如何测出自己的反应时间。利用大脑向四肢，传输数据或指令的速度，是反应速度；测量方法是利用键盘传感器来进行测量的；最有意思的是Scratch能测按键时间，原来以为只能编游戏呢；像科学家一样地做探究写报告，太有成就感了。
“数字科学家”结合学生的知识基础和认知发展水平，在突出趣味性和有益性的同时，突出数码设备及“数字科学家”课程理念的渗透，并把最新的科技元素融入其中。教学内容如下。
第一单元：数字科学家概述（1课时）
第二单元：Scratch程序设计初步与简单游戏制作（5课时）
第三单元：纸电路探究与创意制作（3课时）
第四单元：千云“超极鼠”探究学习（3课时）
第五单元：反应时间的测量与研究（4课时）
第六单元：人面探秘（Face to face， Eye to Eye）（2课时）
本课程采用基于问题的小组探究式学习，即“教师主导，学生主体”的探究学习模式。下面以“机械按键反应时间的测量”一课为例，介绍我们的教学实践与思考。
“机械按键反应时间的测量”的教学设计
（一）教学任务分析与教学目标
本课程是七年级的选修课程，学生是在对课程有所了解的基础上自主选择的。本学期由于课时的安排，每周只有1课时，本单元之前，学生对探究性学习的基本过程有所了解，会撰写简单的研究报告，但还没有系统地进行过数据处理方面的训练。根据学生情况，我们制定本课教学目标如下。
知识与能力：知道反应时间的内涵；掌握并利用Scratch编写测量机械连续按键时间的程序；知道描述数据的基本方法：三值法和图像法。
过程与方法：通过小游戏得出反应时间的内涵，体验从具体到抽象及抽象概念建立的方法；通过教师演示及课堂实践初步掌握Excel的求差、求平均值、最大值及最小值的方法；通过分析数据得出实验结论的数据分析方法。
情感、态度与价值观：激发学生探究反应时间的积极性；加强小组合作的意识；通过实际的学习活动，建立起定性研究和定量研究的意识。
（二）教学过程设计与教学实践
教学环节一：新课导入
直接导入课题，利用课题引出问题：什么是反应时间？如何测量反应时间？
教学环节二：反应时间概念的探究
（1）“萝卜萝卜蹲”游戏活动探究反应时间内涵
请四名学生在讲台前站成一排，教师给他们分配角色，分别为：红萝卜、黄萝卜、白萝卜以及绿萝卜。教师说明规则（听到自己对应的颜色后下蹲）后，游戏开始。随着“红萝卜蹲，红萝卜蹲完黄萝卜蹲......”的口令，学生们进行游戏，学生听口令，通过正确完成动作的质量、快慢最终分出胜负，其他同学观察比赛同学的表现，参与评判。
（2）按小组进行交流讨论
分析游戏动作，说一说：什么是反应时间？我们是如何测量反应时间的？
（3）师生交流，探讨反应时间的概念
分析游戏动作，学生经讨论很快得出了反应时间的三个过程，即感应器（人耳）接收信息的过程；中央处理器（人脑）分析信息、做出判断的过程；执行机构（四肢等）做出反应的过程。这三个过程所用的时间，就是完成这个动作的反应时间。
（4）教师继续质疑，引发思考
教师：刚才的游戏过程中，我们测量了同学的反应时间吗？如何测量的？测量的结果是什么？
引导学生回答测量，采用的是观察法，定性的测量，结果是谁比较快；从而引入定性观察的测量与研究方法。
教学环节三：记录每次机械按键的时刻
（1）提出问题
教师：这节课我们要来进行测量的是“机械按键的反应时间”。对于机械按键，同学们能够提出什么样的问题？
事件过程：一声令下，右手食指开始按空格键，之后不断地按，越快越好。
如何测量机械按键的反应时间？今天我们要用Scratch来设计一个测量装置以完成这一测量。
（2）测定按键反应的实验装置设计
原理：当按下空格键（或其他键）时，计时器便记录下当时的时刻，并加入到已经设定好的时间链表中，相邻两次时间数据之差即为连续按键的反应时间。
（4）学生实验
用Scratch编程制作时间测量装置，设计好后进行试验测试。记录按键时刻，采用竞赛的方式，每位学生记录自己30秒钟的按键次数和时刻。
教学环节四：数据的导出与处理
（1）导出数据，建立数据表
教师演示：time.txt。
启动Excel，建立数据表 。
（2）用函数进行数据处理
教师演示：用Excel处理数据（求差、求平均、求最大、求最小）
（3）建立散点图：认真观察，模仿操作
（4）汇总数据
汇总小组内学生的每组数据（三值）。
教学环节五：应用数据，撰写研究报告
（1）教师指导报告写法：复制数据，做简单数据分析。例如，我30秒内的机械按键次数是168次，最快一次是0.02秒，最慢的一次是1秒。按照老师给定的标准，我的反应水平是正常的。
每个人撰写个人报告，小组负责人汇总小组数据，撰写小组报告。
（2）展示交流：挑最快完成的2个小组进行展示汇报。
教学环节六：本课小结
（1）学生说本节课收获。（2）教师回顾性总结。（3）课外拓展：测量其他的手指和其他人机械按键反应时间；反应时间还有什么样的类型？如何测量？
教学反思
1.本课是数字科学家课程的典型课例，教师从课题引入概念性问题，在学生对概念理解不清楚的情况之下，让学生带着问题，玩“萝卜萝卜蹲”游戏。通过小组讨论和交流分析游戏动作，学生得出了反应过程的环节和相应的反应时间。师生在共同交流中了解定性观察的测量方法。接着教师提示今天要测量的是每位学生自己的机械按键反应时间，分析动作过程，明确测量目标。教师演示并指导学生利用Scratch设计出能够记录每次按空格键时刻的计时测量装置。通过学生示范数据采集的方式，让全体学生测试自己30秒内的按键次数和时刻。教师演示并指导学生导出数据，并利用Excel进行数据的处理，求出每一次按键的反应时间。接着提出问题：如何描述数量比较大的一组数据？三值法看数据值的区域和平均水平，图像法（散点图）看每一个数据的变化趋势，这是典型的定量研究的方法。让学生求自己反应时间数据的最大值、最小值和平均值，做出相应的数据散点图像。提出分析数据的探究报告，要求学生复制自己反应时间的特征数据，并对数据进行描述与分析，完成研究报告；最后进行交流共享。
2.通过游戏体验和理解科学概念、测量方法。学生在“萝卜萝卜蹲”游戏过程中体验理解科学概念，观察比较快慢——定性研究；设计实验装置，获取数据、处理分析数据——定量研究。体现了“数字科学家”课程理念中的科学素养与信息素养融合培养的理念。
3.学生很喜欢这样的探究活动课，谈到收获与体会时，学生的反馈是：我知道了可以用Scratch测量反应时间，并且还可以编游戏、制作动画片等；最有意思的是连续按空格的练习和萝卜萝卜蹲的游戏；学会了如何测出自己的反应时间。利用大脑向四肢，传输数据或指令的速度，是反应速度；测量方法是利用键盘传感器来进行测量的；最有意思的是Scratch能测按键时间，原来以为只能编游戏呢；像科学家一样地做探究写报告，太有成就感了。