信息技术能力提升工程20优秀案例教学设计探究海洋潮汐中的规律.docx
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信息技术能力提升工程20优秀案例教学设计探究海洋潮汐中的规律
附件1
广东省能力提升工程2.0典型案例申请表
典型案例类型：
R智慧教育教学典型案例£多技术融合教学典型案例
案例名称：
《探究海洋潮汐中的规律》
单位名称（盖章）：
申请人
姓名
职务
职称
电话
手机
电子
邮箱
案例主要内容
《探究海洋潮汐中的规律》是以“数学建模与数据可视化表达”为主题的学科融合项目学习下的一次探究活动。
项目基于2017版普
通高中课程标准，使用国家2017年版课标下的普通高中学科教材，探索运用智慧教室互动系统开展跨学科项目学习培养学生学科核心素养的新途径。
本案例中，教师通过融合数学、地理、信息技术多个学科，引导学生经历运用数学建模和数据可视化表达、结合地理等学科知识，解决生活问题的过程，并将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，促进学科核心素养水平的达成，完成项目学习目标。
本案例基于智慧教室互动系统的应用，打破单向教学模式，实现
双向互动式教学，在增强教学展示效果的同时，赋能学习效果的及时反馈与教学过程的动态生成，让学生积极主动、高效地参与到课堂中，真正实现以学生为主体的智慧教学与智慧学习。
体现在：
1.在学习准备阶段，教师利用互动系统的文件传输功能分发情境问题与数据，进行数据驱动，使学习小组进入问题情境，明确课堂任务；
2.在探究活动阶段，学生将探究所得的问题解决方案使用学生端平板拍照并投屏到教室大屏幕上，教师点选代表性方案进行屏幕放大并进行点评与引导讨论，实现班级内的观点分享；
3.在重难点突破阶段，教师利用教师端的测评功能，布置课堂小测验，学生利用学生端平板完成测验，教师在教师端收集测验结果数据，公布与讲解答案，在双板互动中实现学情实时统计、反馈并及时
调整教学动态；
4.在学习成果分享阶段，邀请不同小组代表到教室的两个大分屏上进行展示与介绍，实现智慧共享。
本案例中以探究海洋潮汐中的规律为例，让学生学习并经历运用数学建模与数据可视化表达的方法解决现实问题的过程，整节探究课以提出问题-分析问题-解决问题为主线，让学生经历数学中的“抽象问题-建立模型-检验模型”的数学建模过程，经历信息技术中的“数据采集-数据散点可视化-数据曲线可视化”的数据可视化表达过程，以及地理学科的“现象呈现-原理解析-规律发现”的科学探究过程，三种学科的活动线索，思维方法相互交织融合，共同贯穿在整个探究活动中并推进教学的开展。
通过这样的学习经历，学生将能在日常生活学习中，懂得在面对真实问题时，可以综合运用多学科的知识与方法、融合应用经验与发现、灵活使用工具与技术去参与现实，解决问题，这既是对学生思维的培养，也是对学生形成有益于终身发展的学科核心素养培养的尝试。
地市教育局审核意见
负责人签字：
（公章）
年月日
省教育厅审核意见
负责人签字：
（公章）
年月日
附件2
申报典型案例资源要求
1.课例资料包括教学设计与课堂实录，以zip压缩包格式一起报送。
2.根据教学设计所完成的课堂实录，不少于40分钟（即一节课时长），单个文件大小建议在1GB以内，视频资源的推荐标准为分辨率不低于720×480（16:
9），码流不低于500Kbps。
3.课堂实录需制作片头，时长不超过10秒，包括课例名称、任课教师、任教学段、使用教材、学校等基本信息。
4.课堂实录需根据“教学活动设计”中所设计的各教学
环节在课堂实录中进行相应文字注明。
5.课堂实录内容需围绕智慧教育或多技术融合教育特
点展开教学。
附件3
广东省能力提升工程2.0典型案例教学设计
学校名称（盖章）：
所在市区：
课例类型
□多技术融合环境R智慧教育环境
课例名称
探究海洋潮汐中的规律
所属学科
地理、数学、信息技术
使用教材
《普通高中地理课程标准实验教科书选修Ⅱ：
海洋地理》
《普通高中教科书信息技术必修1.数据与计算》
《普通高中教科书数学必
修（第一册）》
所属学段
高一
教学时长
1个课时（45分钟）
任课教师
职称
职务
任课教师简介
课例简介
《探究海洋潮汐中的规律》是以“数学建模与数据可视化表达”为主题的学科融合项目学习下的一次探究活动。
教学对象面对的是高一级学生群体。
项目基于2017版普通高中课程标准，使用国家2017年版课标下的普通高中学科教材，探索运用智慧教室互动系统开展跨学科项目学习培养学生学科核心素养的新途径。
本案例中，教师通过融合数学、地理、信息技术多个学科，引导学生经历运用数学建模和数据可视化表达、结合地理等学科知识，解决生活问题的过程，并将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，促进学科核心素养水平的达成，完成项目学习目标。
本案例中以探究海洋潮汐中的规律为例，让学生学习并经历运用数学建模与数据可视化表达的方法解决现实问题的过程，整节探究课以提出问题-分析问题-解决问题为主线，让学生经历数学中的“抽象问题-建立模型-检验模型”的数学建模过程，经历信息技术中的“数据采集-数据散点可视化-数据曲线可视化”的数据可视化表达过程，以及地理学科的“现象呈现-原理解析-规律发现”的科学探究过程，三种学科的活动线索，思维方法相互交织融合，共同贯穿在整个探究活动中并推进教学的开展。
通过这样的学习经历，学生将能在日常生活学习中，懂得在面对真实问题时，可以综合运用多学科的知识与方法、融合应用经验与发现、灵活使用工具与技术去参与现实，解决问题，这既是对学生思维的培养，也是对学生形成有益于终身发展的学科核心素养培养的尝试。
本案例同时是一次依托新一代信息技术，探索构建数字化、多媒化、智能化以及更具交互性、共享性、开放性的教学生态系统，实践信息技术与教学双向融合，以及教师、学生在信息化教学环境中创造、创新的途径和策略，进而打造智慧教育的有益尝试。
教材及教学内容分析
本节课是以“数学建模与数据可视化表达”为主题的学科融合项目学习下的一次探究活动“探究海洋潮汐中的规律”，学生将在探究学习活动中综合应用数学建模与数据可视化表达的学科方法，结合地理等学科知识，运用数学抽象、数学运算、逻辑推理、计算思维等思维方法解释自然现象、参与社会活动、解决生活问题。
通过探究活动，将帮助学生们更好地开展相关选题下的项目活动。
本课内容源于：
1.《普通高中教科书数学必修（第一册）》第五章5.7节“三角函数的应用”，结合当下热点事件进行改编，通过引导学生运用一定的数字化工具对中国海事服务网的真实数据进行建模分析，求解问题。
2.《普通高中教科书信息技术必修1.数据与计算》5.4节“数据的可视化表达”，通过运用数字化工具进行数据可视化，提升数据分析效率，挖掘数据反映的本质问题。
3《.普通高中地理课程标准实验教科书选修Ⅱ：
海洋地理》第一章第二节《海水运动》中的“潮汐”部分，通过阅读材料，开展分组讨论，探究、归纳、总结潮汐的成因。
教学对象分析
学生具有一定的知识储备，已经完整学习了全部三角函数的知识，了解的数据的回归分析和处理思想，能解决实际生活情境的具体问题。
学生具有一定的数字化学习经验，能利用互联网及信息技术获取、加工与表达信息，了解程序设计的基本流程，掌握简单的程序设计与调试运行方法。
学生初步认知潮汐现象，具备一定的力学基础知识，能初步整理、解读和归纳图文信息，对生活化的地理知识感兴趣。
教学目标分析
一、核心素养目标能够在实际情境中从数学的视角发现问题、提出问题，分析问题、建立模型，
确定参数、计算求解，检验结果、改进模型，最终解决实际问题。
（数学学科核心素养中的数学建模）
了解数据分析和可视化表达的基本方法，能够利用软件工具和平台对数据进行整理、组织、计算与呈现。
（信息技术学科核心素养中的计算思维）
能够结合潮汐示意图，分析仅考虑地月系统下的潮汐成因，掌握涨潮、落潮的规律。
（地理学科核心素养中的综合思维）
二、三维目标
1.知识与技能
理解潮汐现象形成的原因和变化规律
理解数据可视化的作用
理解数学模型在数学应用中的作用
2.过程与方法
掌握运用受力分析处理地理现象
掌握Python绘制散点图和拟合曲线的方法
通过数学建模的过程掌握模型化方法
3.情感态度价值观
通过分析潮汐现象感受涨潮、落潮的自然现象
通过数据可视化的过程感受信息化在生活中应用
通过数学建模的过程体验数学的简洁美
三、STEAM教学目标
科学：
掌握潮汐形成的原理，分析与解释涨潮、落潮的现象与规律。
技术：
经历利用Python编写程序并对数据进行可视化表达的过程与方法。
工程：
通过算法流程与程序设计与感受软件工程思想。
人文：
培养关注热点、运用科学与技术解决人在真实环境下从事的实际活动问题的意识。
数学：
掌握并应用数学建模的方法。
教学重难点分析及解决措施
重点分析：
掌握数学建模的基本过程与数据可视化表达的基本方法，能用数学思维、计算思维解决实际生活问题
难点分析：
（1）实际生活问题涉及多领域知识，在本课中运用跨学科融合突破
（2）实际生活问题求解过程复杂，在本课中运用信息技术手段突破
主要教学策略
以生活问题为驱动，以地理现象为科学背景，以数学建模和数据可视化表达为方法，开展以学生为主体的跨学科项目式学习下的探究活动。
技术工具、平台、
资源
以智慧教室互动系统下的数字化环境、工具和资源为技术手段
技术支持的教学设计思路
本案例基于智慧教室互动系统的应用，打破单向教学模式，实现双向互动式教学，在增强教学展示效果的同时，赋能学习效果的及时反馈与教学过程的动态生成，让学生积极主动、高效地参与到课堂中，真正实现以学生为主体的智慧教学与智慧学习。
体现在：
1.在学习准备阶段，教师利用互动系统的文件传输功能分发情境问题与数据，使学习小组进入问题情境，明确课堂任务；
2.在探究活动阶段，学生将探究所得的问题解决方案使用学生端平板拍照并投屏到教室大屏幕上，教师点选代表性方案进行屏幕放大并进行点评与引导讨论，实现班级内的观点分享；
3.在重难点突破阶段，教师利用教师端的测评功能，布置课堂小测验，学生利用学生端平板完成测验，教师在教师端收集测验结果数据，公布与讲解答案，在双板互动中实现学情实时统计、反馈并及时调整教学动态；
4在学习成果分享阶段，邀请不同小组代表到教室的两个大分屏上进行展示与介绍，实现智慧共享。
教学活动设计
教学环节
教师活动
学生活动
技术、资源
（含平台与工具）
设计意图
情境引入提出问题
从一则新闻引出的问题：
关注祖国领海钓鱼岛，如何预测附近潮高？
通过国家海洋信息中心海事服务网的数据将问题具体化为：
已知钓鱼岛4月9日的潮汐表，能否得到潮时和潮高间的变化规律并尝试预测4月
10日21时的潮高？
学生在移动端接收
《2020年4
月9日钓鱼岛潮汐表》，并将一个实际情境下的一个具体问题转化为一个数学的抽象问题：
以潮时作为解释变量x，潮高作为预报变量y，求当x=45时，y的预报值。
通过文件传输，使得学生小组直接接收到老师情境引入的问题，并可以进行互动讨论，明确课堂任务。
将一个实际情境下的一个具体问题转化为一个数学的抽象问题，问题清晰明确，具有应用价值，培养学生的数学抽象核心素养。
建立模型分析问题
组织学生分组展开讨论，各小组形成问题的解决方案，挑选具有代表性的小组方案
分组讨论解决问题的方案，并在班级内进行分享交流。
学生将分组讨论后的方案使用平板拍照并投屏到教室大屏幕上，教师点选个
进行逐一点评。
提出可将4月9日钓鱼岛潮汐数据进行可视化，演示运行Python程序的绘图命令，绘制出求解问题中的样本点的散点图。
让学生们将散点图与自己的方案进行对比，进而分析方案的合理性。
在教师展示的散点图的基础上，发现：
可以用正弦型函数拟合数据从而解决问题，样本点的变化规律与正弦型函数相似，但仍缺乏科学依据。
别代表性方案进行屏幕放大，引导全班进行交流讨论并进行点评。
建立模型分析问题
（1）教师针对4
月9日钓鱼岛潮汐数据中具有两次涨潮落潮的现象，组织学生开展头脑风暴，推测钓鱼岛海水出现最高潮位时，钓鱼岛与月球的相对位置关系，为下一步的讲解奠定基础。
（2）教师提出引潮力的概念，结合力的分析示意图，讨论地球上不同点的受力状况及其对海水水位高低的影响，引导学生探究最高和最低潮位出现的位置及成
学生根据教师提供的情境材料，开展分组探究活动，了解潮汐的形成原理，确定使用正弦型函数的数学模型对样本进行数据拟合，以解决课堂问题。
教师利用教师端的测评功能，开展课堂小测验，学生利用平板完成测验，教师在双板互动中实时统计学生学习掌握情况并向学生反馈。
利用教室内的分屏，由小组代表借助画板在班级内展示探究分析潮位情况的过程。
通过探究与分析，对问题的求解有直观的感知，在难点突破上，引入地理学科教学，进一步加深学生对研究对象的科学认识，实现学科融合，助力问题研究。
因，总结潮汐的成因和规律，为项目学习中数学模型的确定提供依据。
检验模型解决问题
在获得地理知识提供的依据的基础上，提出可利用正弦型函数y=Asin（wx+phi）
+b进行数据拟合，验证模型。
结合前面的样本点散点图的绘制，指出将数据可视化表达将能更好地呈现数据反映的本质问题，有效提升数据分析的效率。
介绍数据可视化表达的常见工具，并以Matplotlib为例介绍具体的使
用方法。
指导学生分组讨论，在待补充完整的Python程序中添加程序指令，对问题求解。
学生动手用Python语言将程序补充完整，在程序中利用Matplotlib绘制正弦型函数曲线，调试运行程序并拟合结果，进而求得当潮时为45时，潮高的值。
进一步掌握潮汐的预测方法。
利用教室内的两个大分屏，由小组代表在班级内展示程序设计过程及运行结果。
由于实际问题既不是线性回归模型，也不是可以换元的非线性回归模型，而是更具一般性的普通函数模型，需要通过学生自己动手用Python语言对数据进行拟合，求解模型。
教师个别辅导，最后在集中演示。
突破了实际生活问题求解过程复杂这一教学难点。
呈现国家海洋信息中心的数据，确认求解结果合乎实
学生通过观察国家海洋信息中心的数据，检验
际，从而验证问题结论。
数学模型的求解结果。
问题拓展能力提升
教师对整个教学过程进行回溯，提炼出运用数学建模方法、数据可视化方法并结合科学知识解决日常生活问题的基本过程，同时强调：
本节研究的潮汐问题，在实际情况下还会受地理环境、海岸位置、洋流运动等诸多因素的制约，在面对真实问题，建立模型时，还要考虑更多的参数，做到尊重科学，实际问题实际分析。
同时进行情感升华，明确“中国一点都不能少”，将爱国主义教育融入课堂。
引导学生进行学习活动评价，并将本节学习过程与方法运用到各自的项目选题中，继续实施项目，形成成果。
完成《探究海洋潮汐中的规律》学习活动评价表。
将课堂学习进行小结与迁移，继续完善小组项目学习。
学生利用平板扫描教师屏幕上的二维码，进行学习活动评价，促进学习反思。
通过课堂小结和学习活动评价表，使得学生更好的认识生活中的数学建模。
教学评价
2.选择“智慧教育环境”的教师：
（1）本课例的课堂教学中利用信息技术采集和分析数据为学生提供精准化、个别化、差异化的指导
在学习准备阶段，教师利用互动系统的文件传输功能分发情境问题与数据，使学习小组进入问题情境，明确课堂任务；
在探究活动阶段，学生将探究所得的问题解决方案使用学生端平板拍照并投屏到教室大屏幕上，教师点选代表性方案进行屏幕放大并进行点评与引导讨论，实现班级内的观点分享；
在重难点突破阶段，教师利用教师端的测评功能，布置课堂小测验，学生利用学生端平板完成测验，教师在教师端收集测验结果数据，公布与讲解答案，在双板互动中实现学情实时统计、反馈并及时调整教学动态；
在学习成果分享阶段，邀请不同小组代表到智慧教室的分屏上进行展示与介绍，实现智慧共享。
（2）请提供本课例所使用的数据分析模型，并阐明数据分析模型的应用过程；
本课例中运用正弦型函数�=𝐴sin（𝜔�+𝜑）+𝑏对数据进行拟合，通过使用
Python程序中Matplotlib绘制正弦型函数曲线，调试运行程序并拟合结果，再比
对现实中的数据情况进行检验调整。
（3）给出本课例课堂教学评价结果数据（建议使用图形、图像等可视化形式呈现）。
教学反思
教学设计理念：
本课例围绕学科融合主题，基于地理、数学和信息技术三个学科，扎根学科
核心素养展开设计，课程内容体现STEAM教学理念。
教学设计：
在课程的具体实践中，首先组建由多学科教师组成的联合备课组，为学生开发学习项目。
联合备课组在开发融合学科课程时，以问题为导向做好三个环节：
①是围绕开发项目，结合网络资源丰富研究背景，运用信息技术手段催生研究问题；②是研究解决项目的主体部分和辅助部分，提出融合学科的核心素养，并构建解决问题的思路链，完成思维的培养；③是通过课堂实践展示，收集学生反馈，运用大数据分享研究成果，实施课程评价。
综上，高中数学建模的信息化教学模式，不再将信息技术作为工具，而是将作为一种方法和思维素养，和其他学科一起融入课程的各个环节，使得学生能够成为适应未来信息世界的“数字公民”。
教学方法：
以学生为主体，运用信息技术手段为载体，多学科融合能让学生更好地提升
核心素养。
教学效果：
教师通过融合多个学科内容引导学生经历运用数学建模和数据可视化表达、
结合地理等学科知识，解决生活问题的过程，并将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，促进学科核心素养水平的达成，完成项目学习目标。
同时，我们将依托新一代信息技术，探索构建数字化、多媒化、智能化以及更具交互性、共享性、开放性的教学生态系统，实践信息技术与教学双向融合，以及教师、学生在信息化教学环境中创造、创新的途径和策略，进而打造智慧教育的有益尝试。
技术工具应用：
充分应用智慧黑板和互动系统，对学生课堂学习进行及时反馈，还能让学生
亲自参与模型构建过程。
既是技术工具的深度应用，也是课堂创新之举。
不足与展望：
本节课使用的分析数据较为单薄，未能体现真实的长期潮汐规律，未能更好
地发挥信息技术在数据处理上的优势，数学建模难度有限，下一步将收集更多的研究数据，创设更加真实的问题情境，以更好地提升学生融合学科知识解决问题的能力。
附件4
广东省能力提升工程2.0典型案例推荐名单
市教育局（盖章）
联系人姓名：
电话：
序号
典型案例名称
类型
教师姓名
所属学段
学校名称
1
《探究海洋潮汐中的规律》
智慧教育环境
高一年级
2
3
……
-15-
升级会员 