大数据背景下的《运动和呼吸》课教学设计

◇孙 宇（江苏：无锡市南长街小学）

我国处于大数据时代，大数据能提供个性化服务，谁利用大数据，分析大数据，谁就会在未来的社会竞争中占据主动。学校作为教育的重要场所，肩负着培养国家各类人才的重任。科学课堂是培养国家科技人才的重要场地之一，因此研究基于大数据的科学课堂教学设计，具有重要的理论意义和现实意义。

一、大数据的内涵与认识

中共中央在第十三个五年规划中明确提出，“实施国家大数据战略，推进数据资源开放共享”。大数据已渗透到我们这个时代的每一个领域，中国教育正向大数据时代迈进。蒲清平、朱丽萍、周莹莹等人认为，大数据是海量复杂数据的集合，它含有有效的价值信息，但较难挖掘，具有数据量庞大、类型多样、来源广泛等特点。

美国麦肯锡认为，大数据是一种大规模的数据集和，它的获取、管理、分析等方面超越了以往各种数据库软件的工作能力范围。

张丽娟认为，大数据不仅是记录信息的载体，也是知识的来源，随着数据的不断增加，意味着其相应的记录、测量以及分析范围也在不断增加，表示获取知识越来越多，获取的信息量越来越大，而知识的边界也在相应地不断扩展与延伸。

综上所述，笔者认为，大数据是当今社会迅猛发展下的新产物，具有四个优势：数据量大、种类多、时效性、真实性。随着大数据时代的来临，数据分析也日益受到人们的关注与重视。大数据的分析是对规模巨大、数量庞大的数据进行分析，是用数据挖掘方法，从海量数据中集中挖掘和提取有用信息的过程，目的是科学地发现并总结规律和模式。因而，有必要在科学课堂教学设计中构建相应的背景，构建数据分析观念，使学生树立数据分析的意识，并对其予以重视。在苏教版科学三年级上册第五单元“人的呼吸和消化”第三课《运动和呼吸》的课堂教学设计中，数据统计是最能反映教学效果的指标，从中也可体现大数据对这一课教学重难点的分析。

二、大数据背景下的小学科学课教学设计

（一）教学设计的内涵

美国教育学家P. L. Smith和T. J. Ragan认为，教学就是信息的传递及促进学生实现预定、专门学习目标的活动。所谓设计，是指在进行某件事之前所做的有系统的计划过程或为了解决某个问题而实施的计划，可以从精确性、细致性、系统性等方面去判断其效果的好坏。

教学设计大师梅耶尔（M. David Merrill）（1998）认为，“教学设计是一种以开发学习经验和学习环境的技术，最有效的环境是那些以问题为中心的，并且学生能够直接参与的环境”。

鲍嵘在《教学设计理性及其限制》一文中也提出，教学设计是推进教学活动程序化、精确化和合理化的现代教学技术。

沈建民认为，课堂教学设计是指教师根据现代教育理论的基本观点与主张，依据教学目标和要求，系统分析课堂教学过程中各要素，确立教学起点，为指导课堂教学工作的有效实施，创造一种教学活动模式，并形成有序的流程。

综上所述，笔者认为，课堂教学设计作为教学设计系统的一部分，遵循教学设计的一般原理、技术和原则，是在教师开展教学活动之前，按照教学目标和教学对象的特点，对教学设计的要素进行有效的规划和安排，形成最优化的教学活动模式，以提高课堂教学效果而制订教学方案的过程。

（二）大数据背景下的科学课教学设计

大数据分析是教学活动的重要环节，学生在教师的带领下，通过分析数据得出自己的结论，教师也可以通过从学生那里得到的数据进行分析，从而得到学生对课堂知识的整体把握情况。

例如，教师在讲授苏教版科学三年级上册第五单元“人的呼吸和消化”第三课《运动和呼吸》时，本节课的教学活动过程很简单，即“三步走”：测安静时的呼吸次数；测运动后的呼吸次数；测休息3 分钟后的呼吸次数。学生测量的数据及对数据的分析显得尤为重要。按照以往的课堂教学设计模式，教师会让学生测量好数据后，在小组内进行统计，最后教师再将全班数据进行统计。但这样很耗时，测三次数据取平均值对于学生来说也并不简单，且不能体现真正意义上的大数据教学设计。

真正意义上的大数据教学设计如下。

教学片段一：测量安静状态下1 分钟的呼吸次数。

师：请大家用表格，记录安静状态下1 分钟的呼吸次数，记录好的小组将结果粘贴在黑板上。

（生测呼吸次数并记录结果。）

师：现在全班8 个组的数据汇总在一起了，你能快速看出学生安静状态下1 分钟的呼吸次数集中在哪个范围吗？

（生尝试分析，发现不能快速看出学生安静状态下1分钟的呼吸次数集中在哪个范围。）

师：这么多数据，看来用表格也不能帮助大家清晰直观地呈现运动和呼吸的关系。没事，我今天带来了一个帮助大家整理数据的神器。这张图表的纵轴是每分钟呼吸的次数，横轴是运动的状态。

师：我刚刚也测量了自己在安静状态下的呼吸次数，我用一块吸铁石表示。一会给每个学生一块吸铁石，男生拿蓝色的，女生拿红色的。把你的数据也贴在这张图表中，你能做到吗？

生：能。

师：接下来请你们按照小组顺序，将自己安静状态下的呼吸次数贴在图表中。

（生有序排队上台贴数据。）

师：现在我们一起观察这张统计图，你能发现安静状态下男女呼吸次数集中在哪个范围吗？

生（观察图表回答）：安静状态下男女学生每分钟的呼吸次数集中在20～30之间。

师：你们很擅于比较和发现，借助统计图发现了安静状态下呼吸次数背后的秘密。真棒！

先让学生用表格记录安静状态下1 分钟的呼吸次数，发现统计大数据的困难，提出疑惑。接着在教师的引导下，学生学会使用统计图表进行数据的搜集与整理。男女生安静状态下的呼吸次数有40 个数据，将数据用磁铁的形式展示，解决了数据量大、难处理的问题，同时也体现了大数据的时效性和真实性。

教学片段二：测量运动后、休息后1 分钟的呼吸次数。

师：想研究运动带给呼吸的变化，仅有安静状态下的呼吸次数够不够？

生：不够，还需要测量运动后的呼吸次数。

师：我们做一个简单的运动——30秒原地高抬腿。

（生全体立正，高抬腿30秒。）

师：时间到。请你们像贴安静状态下的数据那样，将运动后的呼吸次数贴在统计图上。

（生有序排队上台贴数据。）

师：你们上台贴数据的时候，已经休息过了，接下来我们一起测量休息1 分钟后的呼吸次数。3—2—1—开始。

（生按小组顺序，将结果贴在统计图中。）

师：经过大家的努力，我们一起测量并且用吸铁石贴出了安静时、运动后、休息后的呼吸次数，完成了这张统计图。这么多数据，真不简单。给我们自己鼓鼓掌。

每位学生都对自己运动前、运动后、休息后的呼吸次数进行了测量，并在教师的带领下对数据进行了收集、记录、整理、分类、数据分析等。由于时间的关系，一节课难以保证在同一条件下，进行3 次测量。通过图表形式，让每位学生都有机会将自己的数据进行展示，体现了大数据的数据量大、种类多、时效性、真实性的特点。在对比全班学生数据的基础上，也能得出较为理想的数据。

教学片段三：分析、处理数据。

师：运动究竟能给呼吸带来怎样的变化？请大家仔细观察这些数据，思考：不同状态下的呼吸次数有哪些变化规律呢？

生（思考回答）：不同状态下呼吸次数不一样，运动后呼吸加快、休息后减慢并逐渐恢复到运动前的状态。

师：那你自己的数据是不是也符合这样的规律呢？上来画一画呼吸的变化规律。

师：谁能说一说我的数据是否符合这样的规律呢？

生（思考回答）：符合，但同一种状态下，您的呼吸次数比大多数同学都要少一些。

师：观察真仔细，总结得也很好！

师：再仔细看一看图表，你还有什么发现？

生（思考回答）：同一种状态下，男生比女生的呼吸次数要少一些。

师：要想准确得出男生和女生呼吸次数的规律，还有什么好办法？

生（思考回答）：多次测量，取平均值。一组数据中所有数据之和再除以这组数据的个数。

师：在短时间内没办法进行多次测量，我们还能怎么办？

生（思考回答）：我们还可以测全年级学生在3种状态下的呼吸次数。

学生通过对图表数据的分析，发现一个人在不同状态下、同龄人之间、男女生之间在同种状态下的呼吸次数都存在差异。通过思考、交流与讨论，学生还想出让男生和女生呼吸次数规律更加精准的方法——运用大数据处理分析得出结论。由此可见，将大数据融入课堂教学设计，可以改进课堂教学模式，增加结论的普适性与精准性，提高学生的学习兴趣和学习效果。

三、结语

大数据技术作为教育改革发展的重要方向，已经对人类的生产生活产生了重要影响。小学课堂是知识传承与创新的重要场地，教师要面对大数据带来的挑战，抓住机遇，从课堂教学设计着手，充分利用大数据，使大数据分析成为小学科学课堂教学设计的重要依据。