新技术教学策略实际应用与分析

（一）语言呈现方式中新技术支持下的策略案例

【案例一：高中英语听说模拟测试】

上海是国家确定的高考综合改革试点地区，它的考生在2017年迎来了“新高考”，其中英语考试的改革，因单独增加了英语听说测试而引人关注。英语听说测试总分为10分，将记入英语高考成绩。与以往英语考试中听力测试有所不同，听说测试，重点考察的是学生“说”英语的能力。听说测试一共包含6个题型：句子朗读、段落朗读、情景提问、看图说话、快速应答、回答和简述。回答和简述是新增题型，放两遍短文，学生需要回答和短文相关的一个问题，还需要简述对文中涉及的某个事件的观点。

新技术带来了新改革，新改革也同时促进了新技术的及时跟进。针对这一改革，高考英语听说练习系统、高考英语听说模拟测试系统应运而生，在语音技术的支持下，语言的交流不再停留在面对面的“师—生”之间，而是在更合适自主学习交流、测试的“生—机”之间正常开展，下面是英语听说模拟测试系统、日常练习系统的部分截图：

图5-12　听说模拟测试系统截屏

（案例提供：周群香）

【案例二：听说类APP在英语教学中的使用】

听说类APP是英语教学的好助手，体验使用过的老师都很感兴趣。没有这类APP之前，老师每天要批改三个班的作业本，每个班50名同学，也就是要批改150本，150本作业是什么概念？垒起来大概要一米厚，至少也得需要几个小时才可以批完。现在使用听说类APP之后，不仅节省了每天几小时的作业批改时间，而且老师可以在网上直接布置作业，学生也可以直接在网上完成。听说类APP的介入让老师、学生、家长都在不同层面上受益颇多。

表5-3　听说类APP的优势

听说类APP主要提供四大块功能，具体见表5-4：

表5-4　听说类APP的主要功能

下面是学生使用听说类APP进行人机对话模考测试的部分截图：

图5-13　听说类APP使用截屏

（案例提供：周群香）

（二）文字呈现方式中新技术支持下的策略案例

【案例一：应用流程图动态执行提高算法教学的有效性】

算法教学是信息科技学科中非常重要的单元，也是计算机程序设计的基础。一般算法的描述主要有三种方法：自然语言描述、流程图描述和伪代码描述。

其中，流程图是一种用几何图形表示各种类型的操作，在图形上用扼要的文字和符号表示具体的操作，并用带有箭头的流程线表示操作的先后次序的图形或图表。为了便于识别，我们赋予不同的图形以不同的作用。比如，圆角矩形表示“开始”与“结束”；矩形表示行动方案、普通工作环节；菱形表示问题判断或判定（审核／审批／评审）；平行四边形表示输入输出；箭头→代表工作流方向。

相对于其他两种算法描述方法而言，流程图形象直观，给人以明朗、清晰的视觉效果，更有利于学生的理解和接受。如表5-5所示，即为三种算法描述方法的优缺点对比。

表5-5　三种算法描述方法对比

从表中我们看到，流程图在算法结构表达和形象性上占有独到的优势。但长期以来流程图不能被电脑识别也是抑制算法教学的一个瓶颈。随着技术的发展，新技术的推进，尝试去解读流程图、执行流程图已然得到解决，提供流程图绘制并执行的软件平台也应运而生。以下是算法教学过程中使用某软件教学的几个实例：

表5-6　三种算法基本结构实例

（续表）

（案例提供：周群香）

【案例二：应用“在线学习互动平台”增强信息科技教学的自主性】

早在商代就有“苟日新，日日新，又日新”的名言，孔老夫子非常赞赏这句话。他说“日新之谓盛德”，意思是说，如果能够做到天天都创新，那是最高的道德。信息科技发展日新月异，在高科技环境下，学习内容的呈现方式、所求知识的传授途径、教学互动的开展形式等等也都发生了巨大的变化。

网络互动教学设计，是一种“人——机——人”的教学模式，网络教学平台是整个互动教学的“生命线”，是支持交互教学各环节有序开展的“物理环境”，是能满足各种技术需求和各类资源汇集呈现的综合体。目前我们建设的高中信息科技网络互动教学设计课程的交互学习平台，主要具有以下几个特点：

①从学生学习角度看平台：学习平台是围绕教学主题形成的知识拓扑树。

图5-14　学生学习视角下的平台理解

②从教师课堂教学互动角度看平台：学习平台是集中导学学习、导学问答、导学监控于一体的综合系统。

图5-15　教学互动视角下的平台理解

③从教师管理任教班级角度看平台：学习平台是与现实班级完全相符的网络校园。

图5-16　班级管理视角下的平台理解

④平台中承载的内容是集图、文、声、画于一体的多媒体“学习教材”。

图5-17　“信息压缩”教学案例节选

⑤平台中供交互作答的习题题型具有多样性，如选择题、填空题、简答题、附件题等。

图5-18　“信息搜索”“信息拓展”教学案例节选

⑥平台对交互作答的数据统计具有即时性，能及时对课堂产生反馈。

图5-19　“信息安全”教学案例节选

以下是在实际教学中使用教学互动平台教学班和普通教学班的成绩对比：高一02、05、07班为使用教学互动课程开展教学的实验班，其中05、07两个班级的考试成绩发展成上升趋势，高一01、03、04、06、08班为常规教学班级，除8班外，其他所有班级的成绩发展均呈现波动趋势。

表5-7　2018学年高一年级信息科技期中、期末考试M成绩

（案例提供：周群香）

（三）声像呈现方式中新技术支持下的策略案例

【案例一：书写演示类微视频——化学课中的习题讲解】

这类微视频主要使用一种新型教学视频制作工具——录课笔辅助完成。教师将准备好的试题事先存储为图片导入录课笔录制系统，录制过程中，教师可以一边书写一边解说，直至整道题讲解完毕，微视频即录制结束。下面一组图是录制片段的截屏：

(www.chuimin.cn)

图5-20　录课笔在化学习题课中的应用

（案例提供：刘雪峰）

【案例二：综合类微课——信息技术课中的“信息压缩经典算法——哈夫曼编码”】

这类微课主要借助各类合适的信息技术工具将事先制作好的满足微课要求的内容画面（含平面动画）、解说词讲解音频以及背景陪衬音效等多种媒体资源汇集成适合自主学习、设计短小精悍、播放简便流畅的微课视频。

“信息压缩经典算法——哈夫曼编码”这节微课是上海市《高中信息科技（第一册）》信息与数字化中信息压缩章节中无损压缩的拓展实践内容，哈夫曼编码是信息压缩中的经典算法，但由于该算法在理解掌握上有一定的难度，单凭口头讲解＋示意图辅助，不但费时、费力，而且很难教会学生。这节微课设计的目的是引导学生学习信息压缩的一种方法，帮助学生加深对编码的理解，同时通过压缩的实现接触算法，激发学生对算法学习的兴趣，为后续第二册《算法与程序设计》的教学打下基础。选择哈夫曼编码作为微课制作教学内容，主要原因有以下几点：①哈夫曼编码是计算机科学中非常经典的一种算法，是实现数据压缩的最佳方法之一；②哈夫曼编码是唯一一种用二叉树来表达编码的方法，而二叉树是计算机图论结构中的一类连通无环图，让学生学习哈夫曼编码，既介绍了经典又开阔了学生的眼界，同时，对培养学生建立树、图的数据结构思维起到积极的作用；③哈夫曼编码又称哈夫曼树，其建树规则，用文字解说处处都有，用图示说明也比比皆是，但单凭文字、图示要让高中生在短时间内理解掌握很有难度，因此在技术的选择上，舍弃常见的电子白板书写式讲解录制的方法，而采用纯电子模拟书写内容，综合各类技术融文字、图像、声音、动画、字幕于一体，以直观、形象的动态过程演示哈夫曼树的建树过程。

本节微课制作的关键步骤如下：

其一，微课所用到的内容画面缩略图，如图5-21所示：

图5-21　微课截屏

其二，微课中所用到的解说词文字内容：

同学们好，今天的微课我们一起来学习信息压缩中的经典算法——哈夫曼编码（huffman code）。

哈夫曼编码，又称霍夫曼编码，是Huffman于1952年提出的一种编码方法，是一种可变字长的编码方式，该方法完全依据字符出现频率来分配码长，可使平均码长最短，有时称之为最佳编码。

接下来，我们一起来学习该编码的具体实现。我们直接来看示例，如果我们需要压缩下面的字符串：“beep boop beer！”

第一步，统计字频。我们先计算出字符串中每个字符出现的次数，字符‘b’3次、字符‘e’4次、字符‘p’2次、字符‘空格’2次、字符‘o’2次、字符‘r’1次、字符‘感叹号’1次。这样我们得到如图所示的一张字频表。

第二步，优先排队。我们把这些字符依据出现的频次，按从小到大顺序依次放到priority queue即优先队列中，出现次数为1的字符‘！’和字符‘r’最先入队，然后是出现次数为2的字符‘p’、字符‘o’和字符‘空格’依次入队，接下来是出现次数为3的字符‘b’入队，最后是出现次数为4的字符‘e’入队，这样我们就得到了如图所示的、按字符出现次数从小到大排序的一个优先队列。

第三步，构造二叉树。二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构，每个子树的两个结点通常称为左结点、右结点。如图所示：子树‘B’的左节点是‘D’，右节点是‘E’。接下来，我们把刚才建立的优先队列转换成二叉树。转换的规则是始终从队列的头取两个元素来构造一个二叉树，第一个元素是左结点，第二个元素是右结点，同时将这两个元素出现的次数值相加，形成一个1＋1＝2的新结点，并按所得结点数值2，插入到优先队列中出现次数不小于2的最小序数元素的头部，参与下一个二叉树的构造。同样，我们再把前两个元素取出来，形成一个2＋2＝4的新结点，然后插入到队列中出现次数不小于4的最小序数元素的头部，继续参与下一个二叉树的构造。依次类推，继续我们二叉树的构造，直至优先队列中所有元素全部用尽。观察建树的过程，不难发现，这是一种自底向上的建树过程。最终我们得到如图所示的一棵二叉树。

第4步，再生编码表。依照二叉树，我们先把这个树的左支编码为0，右支编码为1，这样我们就可以遍历这棵树得到各个字符的新编码表，比如：‘b’的编码是00，‘e’的编码是11，‘p’的编码是011，‘空格’的编码是010，‘o’的编码是101，‘r’的编码是1001，‘感叹号’的编码是1000。我们可以看到出现频率越多的会越在上层，编码也越短，出现频率越少的就越在下层，编码也越长。

这里需要注意一点，当我们encode编码的时候，我们是按二进制位“bit”来encode，decode解码也是通过bit来完成，所以，我们需要通过这个二叉树建立我们Huffman编码和解码的字典表。值得注意的是，我们的Huffman编码对各个字符的编码是不会冲突的，也就是说，不会存在某一个编码是另一个编码的前缀，不然的话就会有问题了，因为encode后的编码是没有分隔符的。

于是，对于我们的原始字符串“beep boop beer！”，其原始编码的二进制位共15×8＝120位，如图所示。而通过Huffman编码算法生成的再编码二进制位共40位，如图所示。由此，我们可以看到被压缩的比例还是很可观的。

同学们，哈夫曼编码的方法你学会了吗？请你用哈夫曼编码的方法压缩“好好学习，天天向上！”

其三、给微课添加解说词字幕的截图：

图5-22　微课解说字幕截屏

哈夫曼编码经常作为一种基础算法出现在计算机类的书籍上，它是信息压缩中的经典算法，如何教会学生掌握哈夫曼编码的方法是这节微课的主要功能。为达成好的教学效果，本微课的教学方式是将哈夫曼编码的规则转化为四个步骤，每个步骤具有很强的操作性；第一步，统计字频；第二步，优先排队；第三步，构造二叉树，这一步是哈夫曼编码得以实现的关键步骤，微课中重点模拟演示建树的完整过程；第4步，再生编码表。

短短五分钟的微课，在课堂中所起到的作用完全超出了老师的预期，观看视频时整个课堂鸦雀无声，班级中有的学生，一遍就学会了；有的学生采取“播放→暂停、思考→再播放”的学习节奏，也能很顺利地学会；有的同学根据自己的学习节奏，反复多次观看，也能水到渠成地掌握哈夫曼编码的方法。

微课的魅力在于它承载了超越文字、语言、图示所能直接表达的内容，微课的最大优势在于它提供了每个学生独享课堂的自由，它是1＋1远大于2的教学新手段。哈夫曼编码的教学内容，如果按照常规方法教学，可能需要一节课甚至更多的时间去完成，但是通过精心设计的微课讲解，5分钟、10分钟，最多用半节课，学生便能轻而易举地掌握并应用哈夫曼编码，起到了事半功倍的作用。

（案例提供：周群香）

（四）动作呈现方式中新技术支持下的策略案例

【案例一：使用虚拟网络模拟器软件辅助高中信息技术课程中网络教学各项实践活动的开展】

计算机网络知识的学习一直是学生学习的薄弱环节。其教学内容不易理解的主要原因是：（1）理论内容枯燥，难以理解；（2）教学内容空洞，缺乏理论联系实际的应用。

从戴尔的学习金字塔理论来看，实际演练（做中学）的学习效率远高于课堂讲解。但是，由于网络设备昂贵，很多学校缺乏实验的条件。在这种情况下，网络拓扑图、虚拟网络实验环境就成为解决问题的有效手段。

拓扑学（topology）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。网络拓扑图是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图。通过拓扑图的学习和演示，学生可以了解网络结构的种类、设备连接方法，进而理解每种网络连接设备的作用和使用范围。比如图5-23（某单位网络拓扑图），学生可以从图中看到路由器、交换机、防火墙常规使用的方法与位置。此外，一些概念也在图中得到了强化。比如：Internet、Intranet、BBS、WWW等等。

图5-23　某单位网络拓扑图

教师可以在课堂上讲解概念时使用网络拓扑图，也可以利用项目驱动的原理，设计项目让学生在虚拟网络实验环境中搭建各种所需网络来学习、实践贯穿本章的内容。下表是在实际教学中可以开展的实践活动：

表5-8　网络单元活动设计

（续表）

（续表）

（续表）

（案例提供：周群香）

【案例二：使用高尔夫模拟器搭建“迷你高尔夫心理”课程简称】

MGM课程项目拟解决的主要问题就是如何利用已有的迷你高尔夫课程平台和师资、场地等优势资源，将心理课程内容融入迷你高尔夫课程教学之中，帮助零起点阶段一年级学生提升心理品质，从而更好地度过幼小衔接期，更快地适应小学生活，为学生整个小学阶段的学习成长奠定良好的心理基础。

依据学校资源，将课程内容分为模拟挥杆练习、挥杆击球练习、推杆练习三个板块，并以游戏活动的形式，整合高尔夫礼仪教学和高尔夫规则教学，培养学生的自律、专注、独立与合作能力等积极心理品质。

表5-9　MGM课程内容

下图为虚拟高尔夫场地的平面图：

图5-24　虚拟高尔夫场地的平面图

（案例提供：杨静）

综上所述，知识可视化已广泛应用于诸多领域、多个层次人群，国内集中在教育教学涵盖的应用工具（主要是思维导图、概念图）、策略（主要是教案设计）、效果评估、在线学习环境构建、知识管理、智慧图书馆等领域。本文从新技术知识呈现的突出特点出发对比分析了新技术知识呈现策略的突出优势，进而在新技术下知识呈现策略的应用与实施环节中详细地阐述了知识呈现可视化过程的常见步骤，从实现方法、软件工具、领域应用三方面阐述了国内知识可视化研究进展。知识可视化实现方法主要解决视觉表征问题，按实现方式分为手绘视图、基于信息技术、视觉隐喻三类，普遍接受的是作为认知工具的思维导图、概念图、认知地图、思维地图、语义网络。知识可视化软件工具多用于创建概念图、思维导图，需积极开发支持其他可视化方法的软件工具，分本地软件与在线平台、专业与通用软件。知识可视化领域应用介绍了最新的可视化技术，如3D技术、点阵笔等，并结合教育教学中的实际范例进行了阐述。

另外需指出，知识图谱绘制与知识挖掘和人工智能发展密切相关，也很大程度上取决于对人脑的进一步了解；透过表面现象，真正发现学科知识的趋势与规律，并可视化地直观展现，还有很长的路要走。

【注释】

[1]赵迎春.学科课程知识的呈现与建构［J］.佳木斯教育学院学报，2011（6）：161＋178.

[2]赵国庆，黄荣怀，陆志坚.知识可视化的理论与方法［J］.开放教育研究，2005（01）：23-27.

[3]邱杨、高荣国.以知识可视化表征改善学习内容的呈现［J］.江苏教育学院学报（自然学报），2007，24（04）：55-58.

[4]杨思洛，韩瑞珍.国外知识图谱绘制的方法与工具分析［J］.图书情报知识，2012（6）：101-109.