基于学科核心素养的高中信息技术课程设计与实施探索

吕艺

设计思路（教学分析）

二维码技术广泛地应用于生活的各个方面，改变了人们的生活方式。其应用体现了计算思维的具体应用，对帮助学生更好地认识信息技术、培养计算思维和提升核心素养有着重要的价值，且其基本知识和基本原理的难度在高中学生的理解能力范围以内。因此，本课以新课标为指引，选择二维码的基本应用和基本原理作为主要教学内容，涉及二维码的生成、识别、定位、规则、容错和安全等内容。

学情分析

本课的教学对象为高一年级的学生，该阶段的学生思维敏捷，有一定的逻辑思维和知识迁移能力，不喜欢枯燥的理论知识，乐于动手操作，有着强烈的好奇心。

学生有比较丰富的二维码使用体验，但对二维码蕴含的原理和技术知之甚少。教师通过设计前测问卷获得统计数据，让学生扫描二维码完成调查，并利用南丁格尔图进行分析，准确把握了学生的学习需求及知识与能力基础（如图1）。

教学目标

①理解二维码编码原理，知道二维码的识读流程，培养信息意识。②认识二维码中定位图形、码元颜色、版本的作用，提高信息素养。③通过对比探究和分类探究，了解二维码中的纠错码与纠错等级，体会利用“数据冗余设计”解决问题的思想方法，培养计算思维。④通过模拟体验及对比分析，探究二维码应用中面临的信息安全问题，树立信息安全意识。

教学重难点

重点：理解二维码的编码原理，知道二维码的识读流程;认识二维码中定位图形、码元颜色、版本的作用。

难点：理解二维码中用于预防缺损问题的纠错码和纠错等级。

教学流程图（如图2）

教学过程

1.游戏互动，激趣导入：二维码的影响（3min）

（1）二维码改变了人们的观念

教师引导互动游戏：听词联想。

①可乐——图片联想选项：百事可乐、可口可乐。②扫一扫——图片联想选项：扫帚、二维码。

学生作答结果对比发现：“可乐”的选择分歧明显;“扫一扫”基本一致选择二维码。

设计意图：通过两次选择结果的对比，揭示二维码改变了人们的观念。

（2）二维码改变了人们的生活方式

教师引导话题讨论：联想二维码应用。

①地铁站大厅：扫码进站、扫码支付购买地铁票。

②公交车站台：扫码乘车、共享单车扫码。

③超市收银台：扫码支付、商品二维码的溯源查询。

学生结合生活体验，列举二维码在生活中的应用实例。

设计意图：认识二维码对人们的生活方式的改变，感知信息技术的价值与影响，激发学生探究欲望，引出课题。

2.问题引导，探索新知：二维码的初阶知识（8min）

（1）二维码的编码原理：二维码是如何生成的

教师出示微课（如图3），问题引导：①把信息生成二维码采用什么技术？当前最流行的方法是什么？②把不同类型的信息生成二维码时，编码技术对原始信息进行了什么重要的特殊处理？

学生观看微课，完成学案（如图4）中的问题1，理解编码原理。

设计意图：借助微课和学案，通过自主探究和问题驱动，理解二维码编码原理。

（2）二维码的识读流程：扫描二维码是如何产生信息的

①教师引导实践探究：观测二维码的识读现象，并归纳探究结果和现象。

学生小組协助，两人一组用“百度”APP扫码观察，将识读结果记录在学案上，并归纳和总结二维码识读后的两种结果和现象：扫码成功（发出“滴”声，并显示扫码结果）;扫码失败（一直停留在扫一扫窗口）。

②教师出示微课（如图5），问题引导：二维码识读的第一种现象（扫码成功），实际完整流程包含了哪些环节？二维码识读的第二种现象（扫码失败），实际流程可能卡在哪些环节？

学生对比分析两种识读结果，并由扫码失败现象逆推可能受影响的二维码识读环节。

设计意图：通过实践探究、对比分析，让学生理解二维码完整识读流程中各环节及作用，突破教学重点，提升学生分析和归纳总结能力，并由可能导致扫码失败的识读环节引发新的深入探知需求。

3.挖掘现象，深入探究：二维码的进阶知识（7min）

（1）二维码的定位图形：图像的探寻与矫正

教师出示微课，引导思考：二维码角落中三个“回”字形方块的作用是什么？为什么学案中6号图扫码失败？二维码为什么不使用四个定位图形？

学生体会定位图形的作用，完成学案中的问题4。

设计意图：明确定位图形在二维码识读过程中的探寻与矫正作用，加深学生对识读过程的理解。

（2）二维码的版本：图像的信息量与分布

教师出示微课，引导讨论：①二维码为什么有疏有密？密一些有什么用？②为什么学案中2号图扫码失败？③为什么要制订二维码版本规则？

学生积极思考，参与讨论，完成学案中的问题3。

设计意图：通过版本疏密度对比，让学生理解二维码版本的规则和含义。

（3）二维码的码元颜色：图像的灰度化与二值化

教师引导实践探究：观测不同颜色和灰度二维码的扫码结果。接着出示微课，引导推理：①编码原理提到需把0和1转换成黑白码元，那为什么彩色二维码也可以扫出？②彩色二维码中对码元颜色的选择是否有限制？③生成的电子二维码印在纸、衣服等材质上会失效吗？使用其他材质呢？学生了解图像灰度化和二值化的过程，理解色彩与0和1二进制信息的对应关系，完成学案中的问题5，推理得出识读过程与二维码采用的材质无关。

设计意图：强化对二维码编码和识读的理解，分层次突破教学重点，为后续实践探究完成知识铺垫;引出二维码缺损保护问题。

4.回归生活，分类探究：二维码与生活的相互作用（18min）

（1）二维码的缺损保护：纠错码与纠错等级

①教师展示生活中的创意实物二维码，介绍材质（巧克力豆、便利贴、玉米地二维码），并引导分析受损原因。学生列举缺损程度关联因素，如脏污、磨损、光照、雨淋……

设计意图：通过二维码面临缺损状况的常见性与二维码作为移动互联网入口的重要性之间的现实矛盾，引出对二维码缺损保护能力的探究需求。

②教师引导探究二维码缺损对二维码有效性的影响：分析影响缺损程度的因素;开展探究实验。

学生小组合作，小组内探究缺损块的位置、面积、数量因素的影响效果（如下页图6），小组间探究不同疏密程度的二维码的影响效果，并由实验现象分析归纳缺损对二维码失效的影响，发现二维码具有一定的容错能力。

③微课释疑，教师问题引导：为什么二维码部分缺损时仍有效？（纠错码）为什么二维码部分缺损时可能失效？（纠错等级）学生追溯原因，理解纠错码和纠错等级的作用。

设计意图：通过分类探究和对比分析，了解“利用容错纠错方式进行异常预防和自我保护”，逐步突破教学难点，提升学生信息处理能力，培养计算思维。

（2）二维码的信息安全问题

①主动扫他人的二维码：病毒入侵风险。

教师展示机器人像素拼插件搭建的实物立体二维码，吸引学生扫码。学生扫码后发现设备“感染病毒”。教师引导讨论扫码导致病毒入侵的原因和风险。

设计意图：通过模拟扫码中毒的过程，让学生感受病毒入侵的风险，树立信息安全意识。

②自身的二维码被扫：信息泄露风险。

教师引导探究活动：新版和老版纸质火车票上防伪二维码所携带信息的区别;分析新版火车票扫码结果中信息减少的原因。

学生用“我查查”APP扫码，对比探究发现新版火车票不再显示身份证号和乘车时间信息，小组交流讨论变化原因。

设计意图：通过新版火车票防伪二维码的改进，提升学生保护个人隐私信息的意识。

（3）二维码与商品创意结合带来信息价值变化

①教师介绍香飘飘奶茶杯上“语音表白二维码”的应用，并引导学生体验。

第1步：扫杯身二维码。第2步：表白录音的网页。第3步：输入录音码获取表白语音，或录制表白语音生成录音码。

②教师引导学生讨论：该产品的语音二维码有什么优点和不足？你是否愿意使用该产品？为什么？学生运用本课所学，交流并评价该二维码应用，感受二维码携带的语音信息随商品产生的价值变化，并分组汇报观点。

设计意图：提升学生的实践兴趣，感受二维码与生活需求的结合，树立信息创新意识;鼓励学生学以致用，从而内化二维码新知，巩固教学重难点。

5.拓展延伸，开阔视野：二维码技术的变化发展（4min）

（1）了解AR扫描应用

教师播放情境视频“图物尽一扫——扫AR”，介绍生活中的AR扫描应用：扫变形金刚电影海报（QQ-AR）会播放变形金刚动画;扫指定手势（支付宝-AR）会播放不同的舞者3D动画，并可随手机移动改变视角……

设计意图：通过典型的AR扫描应用案例介绍，开阔学生视野。

（2）现场体验扫AR

教师引导学生体验扫实物变形金刚电影海报和手势。

学生用扫二维码方式尝试，发现无法再现视频效果;对比观察，发现扫二维码与扫AR间的区别（指定的扫码APP/扫一扫入口选项不同）。

设计意图：鼓励学生探索生活中其他的“扫一扫”，为学生课后探索提供方向。

6.梳理巩固，课堂小结（1min）

以思维导图的方式，引导学生回顾小结。

教学亮点

①（立）界定研究对象的广度和深度：借助前期调研，对二维码包含的复杂技术进行合理的过滤摘取和适度的封装概括，形成课程中独立清晰的知识点和知识点之间分明的脉络和逻辑。

②（破）划分知识层级：利用自制微课讲解二维码编码原理和识读流程中玄奥烦琐的内容，通过实验突出二维码编码和识读之间的关联，并结合学案和问题驱动，引导学生自主探究学习，从而有针对性地逐级逐层突破教学重点，使教学具備高效性。

③（辨）提升思维维度：通过火车票、奶茶等生活实例，引导学生在二维码和生活相互交织、相互作用的背景下，对二维码信息的破损、安全、价值问题进行多角度分析和思考，从而逐渐突破教学难点，巩固教学重点，使教学充满生动性和深刻性。

教学反思

1.存在的问题

本课中问题驱动法贯穿了各教学环节，教师引导问题的难度和问题之间的层次差异度，与学生对象和学情密切相关，因此，课前需充分了解学生知识水平和接受能力的不同。

2.未来进一步改进的设想

①探索项目式教学：尝试从基于研究对象到基于项目的教学理念的转变。②加强课与课之间的教学逻辑关联：结合后续的计算机视觉（识花识草）、人工智能（AR/VR/MR）等教学内容，优化拓展延伸环节。

点  评

本教学设计依据立德树人和学科育人的整体要求，关注学科核心素养培养和学生发展，关注真实情境的创设和师生关系的和谐构建，其学情分析深入，教学内容选择合理，教学思路清晰，教学方法多样，教学评价到位，是一个比较规范、合理的可操作性强的教学设计。

1.学情分析准确

学情分析是教学设计的基础。该设计的学情分析没有流于形式，而是根据教学的预设，采用问卷的方式，从学生认知水平、兴趣爱好和疑问困惑等多个维度进行调查统计分析，问题指向准确，数据科学客观。教师能准确把握学生的学习需求及知识与能力基础，为后续的教学内容选择和教学方式设计打下了良好的基础。

2.内容选择合理

教师没有拘泥于现有教材，而是在充分研读和领会新课标精神的基础上，自主选择了应用广泛、学生感兴趣、难度适中，且能充分体现计算思维应用的二维码作为教学内容，对帮助学生更好地认识信息技术、培养计算思维和提升核心素养有重要的价值。

3.教学思路清晰

内容安排首先从直观的二维码应用入手，然后由二维码的生成、识别，到定位、纠错、码元以及二维码信息安全，最后提升到二维码技术的创新应用，由浅入深，由易到难，相互关联，层层递进，有效地帮助学生梳理知识，建构完整的知识框架，提高对技术的认识。

4.教学方法多样

该设计根据教学内容的不同，灵活选择教师讲解、集体讨论、自主探究、小组合作、自学微课等多种方法，选择合理，针对性强，不仅能有效调动学生的积极性，还给学生创造了充分的拓展空间。

5.教学评价到位

该设计通过学案将教学评价具体化，并通过讨论问答、板书归纳小结、画流程图等方式，将教学评价渗透到教学的每个小环节，提高了课堂效益。

该教学设计曾获得全国课堂教学竞赛特等奖，值得一线教师参考借鉴，但它不是唯一的正确“答案”或者可以直接套用的“模板”，其更重要的意义在于帮助教师建构清晰的教学思路，因地制宜、创造性地开展教学。