巧用“问题”引导，寻觅“素养”芳踪
王敏
《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》“数据与计算”模块的“数据处理和应用”内容，突出数据处理的基本原理，聚焦技术性工具在数据处理中的功能，强调让学生通过典型的案例应用，了解数据分析和可视化技术表达的基本方法。[1]在2019粤教版信息技术必修1《数据与计算》的《5.4数据的可视化表达》章节教学中，笔者采用Python语言制作词云的案例实施教学，按照目的性、层次性、探究性原则，将抽象、复杂的难点内容以一组关联性的问题逐步呈现[2]，课堂上借助多个问题的引导，让学生发现问题、分析问题、解决问题，从而掌握一种文本数据的可视化表现方式，初步体验利用程序设计处理数据的应用价值，并提高课堂教学的有效性。
● 问题的提出与设计思路
词云是研究分析文本内容的一种表现方式，主要是对文本中出现频率较高的词语予以视觉上的突出，这样不仅可以艺术化地呈现文本，使文本具有视觉冲击力，并且可将文本挖掘可视化。Python语言可以利用特定的模块来制作词云，代码简洁高效，但是，完整的词云制作需要借助多个模块，每个模块均使用各自特定的函数，函数功能相对独立，且名称多，参数格式多样，学生在实践中不易理解程序的实现原理，代码编写和调试难度较大。
建构主义学习理论强调，学生的学习活动应与任务或问题相结合，以探索问题的方式来引导和维持学习兴趣和动机，使学生拥有学习的主动权。笔者在教学实践中以问题为引导，将原本实践的项目拆分成多个小问题，在实现多个小目标的基础上层层递进，逐步完成程序的整体结构，让学生在分析具体问题的过程中，找出解决问题的关键，在算法实现过程中完成知识的建构，培养其辩证思维和计算思维，实现核心素养的落实。
● 问题引导的教学实践——词云制作
环节一：案例应用，导入新课
教师展示词云图片（如图1），该图片主要介绍了教育部近期发布的一个文件，在网络上引发了广泛的讨论。文件与教师、学生紧密相关，请学生猜一猜这个文件的主要内容是什么。
在学生观察图片并回答大致的内容后，教师展示《中小学教师实施教育惩戒规则》文件和蒙版图片（如图2），说明刚才的图片就是一张词云图片，是由一个文本文件和一张特定的图片结合在一起生成的。接着，分析图片的布局：从图片文字中可以看出，“教育”这个词的大小仅次于“学生”，位列第二，说明该文件的主旨——“惩戒规则”只是手段，而“教育学生”才是最终目的。然后，给出本节课的任务目标：编写程序制作一张个性化的词云图片。
环节二：新知教学，体验程序
教师展示另外几种词云图片，介绍Python语言的一个优秀的第三方模块wordcloud，它專门用于制作词云。wordcloud模块可以统计文本中词语的出现频率，并以此为标准来绘制图片，还可以根据需求来设定词云图片的大小、词语个数、颜色、形状等。使用wordcloud模块主要需要三步：第一步是配置词云参数，第二步是加载词云的文本，第三步是输出词云图片。其代码框架如图3所示。
学生练习使用wordcloud模块的框架，制作简单的词云图片，并自行修改字符串中的内容，观察图片效果。
问题1：从框架代码中发现，加载的文本需要直接写在程序中;如果文本内容多，代码编写将极为烦琐，是否有更简便的方式去解决？
教师介绍open命令，可以打开指定的文件。命令样例如下：
txt=open（"a.txt"，"r"）.read（）? #将a.txt文件内容读取到变量txt中
学生开始实践任务，使用两个素材文件（第一篇英文，第二篇中文），编写程序制作对应的词云，并保存图片。
环节三：分析问题，改进程序
针对刚才任务的结果发现：第一篇文档的词云图片很快能够生成，但是第二篇文档的词云却出现问题，图片中没有文字，全部是大大小小的方框，如图4所示。
问题2：同样的程序，加载不同的文本文件却导致错误，可能是由于什么原因引起的？
教师引导学生查看两个文档的不同之处，思考可能的原因，然后指出在制作中文词云时，需要指定中文字体，可以在对象参数中配置。命令样例如下：
w=wordcloud.WordCloud（font_path="msyh.ttf"）? #加载“微软雅黑”字体（具体字体文件可在c：＼windows＼fonts中查看）
问题3：根据学生修改代码后的运行结果，发现加载了中文字体，图片中的文字可以正常显示，但是却以句子的形式呈现（如图5），为什么？
教师引导学生从中英文词语呈现的不同之处入手，观察结果并分析原因：刚才的代码运行结果中，中文整句显示，没有分词，原因在于中文不像英文那样单词之间用空格隔开。Python有第三方的jieba模块，针对中文进行分词，专门解决这个问题。命令样例如下：
txt=" ".join（jieba.lcut（txt））? #使用jieba模块中的lcut函数，对变量txt里的文本进行分词，并用" "（空格）将每个词语分隔开。
问题4：从上面的样例中，我们学习了在参数设置中加入字体，除此之外，还可以对词云图片设置哪些参数，从而生成更好的效果？
教师提供wordcloud相关参数的学习手册，组织学生自主学习，并开始学生活动：两人一组，根据参数学习手册，小组自主学习，尝试使用更多的参数设置，调整图片的效果。然后，选择一篇自己喜爱的文章，设置相应属性，制作一款个性化的词云图片。
问题5：刚才程序生成的词云图片都是矩形，如果要调整为指定图片的样式，该如何处理？
学生可以查看课件或上网查找相关资料，讨论学习相关知识。附加任务：自学蒙版参数mask的设置，在理解前述任务的基础上，制作指定图形的词云图片，注意原始图片应为白色背景图片。
环节四：展示成果，归纳总结
教师点评展示学生上传的成果，并请个别小组代表上台介绍。然后，总结Python制作词云图片的相关模块和程序结构，分析本节课活动的总体情况或出现的主要问题。
问题6：在本节课的活动中，我们针对一段文本生成词云图片，可以展示文章的主旨。除此之外，词云还可以有什么用处？
以学生根据活动任务的体验结果来讨论回答，教师介绍词云在诸多场合中的运用，如岗位招聘的技能需求分析、职业资格考试相关新闻的关键词统计应用、评论区年度热门阅读书目推荐、《三国演义》小说的人物出场次数等，如图6所示。词云是数据可视化的方式之一，可以让人们快速抓住信息的要点，突出关键的数据，而数据可视化就是把海量的数据以丰富的视觉效果呈现出来，并能够反映出数据的本质问题，有效提升了数据分析的效率。
问题7：为了更好地呈现数据、挖掘数据，请说说在我们的日常生活中，还有哪些数据可视化技术的运用？（课外拓展）
● 问题引导的策略
1.问题的提出要有目的性，围绕目标建构知识
教师在课前需要精心设计，将教学内容建构在“问题”的解决过程中。本节课教学内容的问题1用于完善程序的功能，提高程序的通用性;问题2和问题3主要针对词云制作的核心问题，是程序实现的关键步骤;问题4和问题5是在程序正确运行的基础上，用来进一步优化程序的效果，并适用于打造个性化的成果;问题6和问题7可以拓展学生的思维和视野，加深理解数据可视化的作用和价值，帮助其进行知识迁移，力求学以致用。例如，在分享问题6的观点时，有学生通过对《荷塘月色》的词云制作，发现“月光”才是仅次于“荷塘”的关键词，文章是通过对月光的描写来体现月色，这从另一个角度加深了对该文的认识和理解。问题的提出紧紧围绕课程目标，以关键步骤的实现过程和应用方案，培养学生的计算思维和信息意识，促进核心素养的落地。
2.问题的难度要有层次性，符合思维的逻辑规律
问题的提出要循序渐进，關键在于将复杂的问题分解为一系列的小问题，学生在克服小问题的基础上，依次扩展，逐步完善，最终解决整个问题。本案例从简单的三步框架开始，逐步加入文件操作、中文字体、jieba分词、特定形状等程序代码，将新的知识问题化，通过发现问题、收集和分析资料、探索答案、形成方案等一系列过程，不断引导学生主动探索，提高学生的学习水平，培养学生的思维能力。
3.问题的方案要有探究性，促进学生自主学习
问题的解决方案要有迹可循，既不能轻而易举，也不能过于复杂。教育家马赫穆托夫曾提出发展性的问题教学，注重在教学中让学生依据自身的知识基础进行独立的探索。本案例中提出诸多问题，要考虑到学生的最近发展区，问题应该基于真实情境，在实践中发现。例如，导入文本文件，有的学生在通过基础样例后就已经开始观察思考，提出疑问：是否有更好的方式提供文本？又如，程序运行结果错误，教师要引导学生从程序结果中去分析，思考可能的原因;同时，对于问题解决的方案也要提供充分的学习资源或多样化的学习方式，帮助学生积极探索，如词云对象参数的设置可以提供相应的函数手册，程序的语法错误可以提供主要错误自查表，错误结果的分析采用小组讨论或上网收集资料等方法，引导学生自主探究，去完成问题的最终答案。
● 结语
现代教育家杜威提出了学生中心、活动中心、经验中心的三中心论，强调“从做中学”，主张通过解决问题进行学习。“问题”是引起思维活动的原动力和牵引力，利用高质量的问题可以实现教学内容的结构化，根据学生的基础水平将关联性知识设计成系列问题，由此可将教学目标细化成多个问题，开展有效教学。[3]以问题为引导的教学，能够促使学生积极探索，主动学习，在问题的解决过程中掌握方法和知识，让学生依托“问题”的指引，一窥“素养”的芳踪，从而落实学科核心素养的培养。同时，教师通过对问题的创设，不仅能够提升挖掘案例价值的能力，加深对课标内涵的领悟，而且有利于在新课改中提高教学能力，促进专业水平的进一步成长。
参考文献：
[1]任友群，黄荣怀.普通高中信息技术课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：59.
[2]黄国庆.问题串教学法在信息技术教学中的应用[J].中小学电教，2017（12）：61-62.
[3]曾文锋.“教、学、评”一体化视域下问题串创设的实践[J].福建基础教育研究，2019（11）：110-113.
