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

1、- PAGE 14 - PAGE 15 -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：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

2、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

3、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

4、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

5、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 720480（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

6、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 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：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

7、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

8、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

9、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

10、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：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

11、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

12、.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、

13、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

14、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

15、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

16、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

17、 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，

18、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

19、，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

20、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

21、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

22、，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

23、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

24、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 = sin( + ) + 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