王敏

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》“數(shù)據(jù)與計算”模塊的“數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用”內(nèi)容，突出數(shù)據(jù)處理的基本原理，聚焦技術(shù)性工具在數(shù)據(jù)處理中的功能，強調(diào)讓學生通過典型的案例應(yīng)用，了解數(shù)據(jù)分析和可視化技術(shù)表達的基本方法。[1]在2019粵教版信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計算》的《5.4數(shù)據(jù)的可視化表達》章節(jié)教學中，筆者采用Python語言制作詞云的案例實施教學，按照目的性、層次性、探究性原則，將抽象、復(fù)雜的難點內(nèi)容以一組關(guān)聯(lián)性的問題逐步呈現(xiàn)[2]，課堂上借助多個問題的引導，讓學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握一種文本數(shù)據(jù)的可視化表現(xiàn)方式，初步體驗利用程序設(shè)計處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，并提高課堂教學的有效性。

● 問題的提出與設(shè)計思路

詞云是研究分析文本內(nèi)容的一種表現(xiàn)方式，主要是對文本中出現(xiàn)頻率較高的詞語予以視覺上的突出，這樣不僅可以藝術(shù)化地呈現(xiàn)文本，使文本具有視覺沖擊力，并且可將文本挖掘可視化。Python語言可以利用特定的模塊來制作詞云，代碼簡潔高效，但是，完整的詞云制作需要借助多個模塊，每個模塊均使用各自特定的函數(shù)，函數(shù)功能相對獨立，且名稱多，參數(shù)格式多樣，學生在實踐中不易理解程序的實現(xiàn)原理，代碼編寫和調(diào)試難度較大。

建構(gòu)主義學習理論強調(diào)，學生的學習活動應(yīng)與任務(wù)或問題相結(jié)合，以探索問題的方式來引導和維持學習興趣和動機，使學生擁有學習的主動權(quán)。筆者在教學實踐中以問題為引導，將原本實踐的項目拆分成多個小問題，在實現(xiàn)多個小目標的基礎(chǔ)上層層遞進，逐步完成程序的整體結(jié)構(gòu)，讓學生在分析具體問題的過程中，找出解決問題的關(guān)鍵，在算法實現(xiàn)過程中完成知識的建構(gòu)，培養(yǎng)其辯證思維和計算思維，實現(xiàn)核心素養(yǎng)的落實。

● 問題引導的教學實踐——詞云制作

環(huán)節(jié)一：案例應(yīng)用，導入新課

教師展示詞云圖片（如圖1），該圖片主要介紹了教育部近期發(fā)布的一個文件，在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)了廣泛的討論。文件與教師、學生緊密相關(guān)，請學生猜一猜這個文件的主要內(nèi)容是什么。

在學生觀察圖片并回答大致的內(nèi)容后，教師展示《中小學教師實施教育懲戒規(guī)則》文件和蒙版圖片（如圖2），說明剛才的圖片就是一張詞云圖片，是由一個文本文件和一張?zhí)囟ǖ膱D片結(jié)合在一起生成的。接著，分析圖片的布局：從圖片文字中可以看出，“教育”這個詞的大小僅次于“學生”，位列第二，說明該文件的主旨——“懲戒規(guī)則”只是手段，而“教育學生”才是最終目的。然后，給出本節(jié)課的任務(wù)目標：編寫程序制作一張個性化的詞云圖片。

環(huán)節(jié)二：新知教學，體驗程序

教師展示另外幾種詞云圖片，介紹Python語言的一個優(yōu)秀的第三方模塊wordcloud，它專門用于制作詞云。wordcloud模塊可以統(tǒng)計文本中詞語的出現(xiàn)頻率，并以此為標準來繪制圖片，還可以根據(jù)需求來設(shè)定詞云圖片的大小、詞語個數(shù)、顏色、形狀等。使用wordcloud模塊主要需要三步：第一步是配置詞云參數(shù)，第二步是加載詞云的文本，第三步是輸出詞云圖片。其代碼框架如圖3所示。

學生練習使用wordcloud模塊的框架，制作簡單的詞云圖片，并自行修改字符串中的內(nèi)容，觀察圖片效果。

問題1：從框架代碼中發(fā)現(xiàn)，加載的文本需要直接寫在程序中;如果文本內(nèi)容多，代碼編寫將極為煩瑣，是否有更簡便的方式去解決？

教師介紹open命令，可以打開指定的文件。命令樣例如下：

txt=open（"a.txt"，"r"）.read（）? #將a.txt文件內(nèi)容讀取到變量txt中

學生開始實踐任務(wù)，使用兩個素材文件（第一篇英文，第二篇中文），編寫程序制作對應(yīng)的詞云，并保存圖片。

環(huán)節(jié)三：分析問題，改進程序

針對剛才任務(wù)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：第一篇文檔的詞云圖片很快能夠生成，但是第二篇文檔的詞云卻出現(xiàn)問題，圖片中沒有文字，全部是大大小小的方框，如圖4所示。

問題2：同樣的程序，加載不同的文本文件卻導致錯誤，可能是由于什么原因引起的？

教師引導學生查看兩個文檔的不同之處，思考可能的原因，然后指出在制作中文詞云時，需要指定中文字體，可以在對象參數(shù)中配置。命令樣例如下：

w=wordcloud.WordCloud（font_path="msyh.ttf"）? #加載“微軟雅黑”字體（具體字體文件可在c：＼windows＼fonts中查看）

問題3：根據(jù)學生修改代碼后的運行結(jié)果，發(fā)現(xiàn)加載了中文字體，圖片中的文字可以正常顯示，但是卻以句子的形式呈現(xiàn)（如圖5），為什么？

教師引導學生從中英文詞語呈現(xiàn)的不同之處入手，觀察結(jié)果并分析原因：剛才的代碼運行結(jié)果中，中文整句顯示，沒有分詞，原因在于中文不像英文那樣單詞之間用空格隔開。Python有第三方的jieba模塊，針對中文進行分詞，專門解決這個問題。命令樣例如下：

txt=" ".join（jieba.lcut（txt））? #使用jieba模塊中的lcut函數(shù)，對變量txt里的文本進行分詞，并用" "（空格）將每個詞語分隔開。

問題4：從上面的樣例中，我們學習了在參數(shù)設(shè)置中加入字體，除此之外，還可以對詞云圖片設(shè)置哪些參數(shù)，從而生成更好的效果？

教師提供wordcloud相關(guān)參數(shù)的學習手冊，組織學生自主學習，并開始學生活動：兩人一組，根據(jù)參數(shù)學習手冊，小組自主學習，嘗試使用更多的參數(shù)設(shè)置，調(diào)整圖片的效果。然后，選擇一篇自己喜愛的文章，設(shè)置相應(yīng)屬性，制作一款個性化的詞云圖片。

問題5：剛才程序生成的詞云圖片都是矩形，如果要調(diào)整為指定圖片的樣式，該如何處理？

學生可以查看課件或上網(wǎng)查找相關(guān)資料，討論學習相關(guān)知識。附加任務(wù)：自學蒙版參數(shù)mask的設(shè)置，在理解前述任務(wù)的基礎(chǔ)上，制作指定圖形的詞云圖片，注意原始圖片應(yīng)為白色背景圖片。

環(huán)節(jié)四：展示成果，歸納總結(jié)

教師點評展示學生上傳的成果，并請個別小組代表上臺介紹。然后，總結(jié)Python制作詞云圖片的相關(guān)模塊和程序結(jié)構(gòu)，分析本節(jié)課活動的總體情況或出現(xiàn)的主要問題。

問題6：在本節(jié)課的活動中，我們針對一段文本生成詞云圖片，可以展示文章的主旨。除此之外，詞云還可以有什么用處？

以學生根據(jù)活動任務(wù)的體驗結(jié)果來討論回答，教師介紹詞云在諸多場合中的運用，如崗位招聘的技能需求分析、職業(yè)資格考試相關(guān)新聞的關(guān)鍵詞統(tǒng)計應(yīng)用、評論區(qū)年度熱門閱讀書目推薦、《三國演義》小說的人物出場次數(shù)等，如圖6所示。詞云是數(shù)據(jù)可視化的方式之一，可以讓人們快速抓住信息的要點，突出關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)可視化就是把海量的數(shù)據(jù)以豐富的視覺效果呈現(xiàn)出來，并能夠反映出數(shù)據(jù)的本質(zhì)問題，有效提升了數(shù)據(jù)分析的效率。

問題7：為了更好地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)，請說說在我們的日常生活中，還有哪些數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的運用？（課外拓展）

● 問題引導的策略

1.問題的提出要有目的性，圍繞目標建構(gòu)知識

教師在課前需要精心設(shè)計，將教學內(nèi)容建構(gòu)在“問題”的解決過程中。本節(jié)課教學內(nèi)容的問題1用于完善程序的功能，提高程序的通用性;問題2和問題3主要針對詞云制作的核心問題，是程序?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵步驟;問題4和問題5是在程序正確運行的基礎(chǔ)上，用來進一步優(yōu)化程序的效果，并適用于打造個性化的成果;問題6和問題7可以拓展學生的思維和視野，加深理解數(shù)據(jù)可視化的作用和價值，幫助其進行知識遷移，力求學以致用。例如，在分享問題6的觀點時，有學生通過對《荷塘月色》的詞云制作，發(fā)現(xiàn)“月光”才是僅次于“荷塘”的關(guān)鍵詞，文章是通過對月光的描寫來體現(xiàn)月色，這從另一個角度加深了對該文的認識和理解。問題的提出緊緊圍繞課程目標，以關(guān)鍵步驟的實現(xiàn)過程和應(yīng)用方案，培養(yǎng)學生的計算思維和信息意識，促進核心素養(yǎng)的落地。

2.問題的難度要有層次性，符合思維的邏輯規(guī)律

問題的提出要循序漸進，關(guān)鍵在于將復(fù)雜的問題分解為一系列的小問題，學生在克服小問題的基礎(chǔ)上，依次擴展，逐步完善，最終解決整個問題。本案例從簡單的三步框架開始，逐步加入文件操作、中文字體、jieba分詞、特定形狀等程序代碼，將新的知識問題化，通過發(fā)現(xiàn)問題、收集和分析資料、探索答案、形成方案等一系列過程，不斷引導學生主動探索，提高學生的學習水平，培養(yǎng)學生的思維能力。

3.問題的方案要有探究性，促進學生自主學習

問題的解決方案要有跡可循，既不能輕而易舉，也不能過于復(fù)雜。教育家馬赫穆托夫曾提出發(fā)展性的問題教學，注重在教學中讓學生依據(jù)自身的知識基礎(chǔ)進行獨立的探索。本案例中提出諸多問題，要考慮到學生的最近發(fā)展區(qū)，問題應(yīng)該基于真實情境，在實踐中發(fā)現(xiàn)。例如，導入文本文件，有的學生在通過基礎(chǔ)樣例后就已經(jīng)開始觀察思考，提出疑問：是否有更好的方式提供文本？又如，程序運行結(jié)果錯誤，教師要引導學生從程序結(jié)果中去分析，思考可能的原因;同時，對于問題解決的方案也要提供充分的學習資源或多樣化的學習方式，幫助學生積極探索，如詞云對象參數(shù)的設(shè)置可以提供相應(yīng)的函數(shù)手冊，程序的語法錯誤可以提供主要錯誤自查表，錯誤結(jié)果的分析采用小組討論或上網(wǎng)收集資料等方法，引導學生自主探究，去完成問題的最終答案。

● 結(jié)語

現(xiàn)代教育家杜威提出了學生中心、活動中心、經(jīng)驗中心的三中心論，強調(diào)“從做中學”，主張通過解決問題進行學習。“問題”是引起思維活動的原動力和牽引力，利用高質(zhì)量的問題可以實現(xiàn)教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，根據(jù)學生的基礎(chǔ)水平將關(guān)聯(lián)性知識設(shè)計成系列問題，由此可將教學目標細化成多個問題，開展有效教學。[3]以問題為引導的教學，能夠促使學生積極探索，主動學習，在問題的解決過程中掌握方法和知識，讓學生依托“問題”的指引，一窺“素養(yǎng)”的芳蹤，從而落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。同時，教師通過對問題的創(chuàng)設(shè)，不僅能夠提升挖掘案例價值的能力，加深對課標內(nèi)涵的領(lǐng)悟，而且有利于在新課改中提高教學能力，促進專業(yè)水平的進一步成長。

參考文獻：

[1]任友群，黃榮懷.普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：59.

[2]黃國慶.問題串教學法在信息技術(shù)教學中的應(yīng)用[J].中小學電教，2017（12）：61-62.

[3]曾文鋒.“教、學、評”一體化視域下問題串創(chuàng)設(shè)的實踐[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2019（11）：110-113.