基于Python语言对小学信息技术教学行为的分析

摘要：作者以广东省小学信息技术课本B版为基础，在所在学校三年级学生中展开实验，总结了使用Python语言分析课堂教学行为的一般过程，并以《学会打字》为示范案例，呈现Python分析教学行为的过程，总结教学经验，以期能为小学信息技术文字输入教学提供参考。

关键词：信息技术;Python;文字输入;练习时长

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）18-0030-05

课堂教学分析是指依据一定的评价指标对课堂教学过程（师生行为、教学策略和工具）进行分析和评判，根据课堂教学过程的一般原则、教学目的和要求、学科性质等研究教学活动，为未来改进教学质量提供依据和判断。课堂教学行为分析的主要对象是教师和学生行为，以及教师采用的教学策略和教学工具。Python是一门入门简单且功能强大的编程语言，具有众多功能丰富的第三方库，被应用于人工智能、大数据、网络爬虫等方面。下面，笔者用Python语言分析小学信息技术教学行为的一般过程，并以《学会打字》一课为示范案例进行详细阐述。

研究现状

笔者通过中国知网检索发现，近年来基于Python语言分析课堂教学行为的研究逐渐增多，主要集中在开发基于Python语言的教学工具和使用Python语言分析教学行为方面。

基于Python语言开发的教学工具被运用在不同学科的教学上，得到了一线教师的青睐。在英语教学中，李俊飞使用Python NLTK工具包辅助教学，NLTK是一个内置各类文体的文本资料的海量语料库，在词汇短语和句法语篇等教学方面提供了重大帮助。[1]在分析物理实验数据方面，李震春借助雨课堂在实验教学的扩展功能，开发了基于Python的实验数据实时检测分析系统，该系统能检测分析学生实验数据存在的问题，对学生的实验操作成绩给出客观的评定，提高了教师指导效率及教学质量。[2]刘婷等人基于Python和Django框架设计了一个具备数据分析、案例交流等功能的可视化数据分析平台，师生可以快速、清晰地获得可视化分析结果。[3]

使用Python语言分析教学行为的研究主要涉及常规教学、教学模式、学情诊断等方面。在常规教学中，侯岩利用Python分析教学过程中师生行为，绘制了S-T图、Rt-Ch图，计算得出本节课的教学模式，为提高课堂教学效率和促进教师自我发展提供了可行依据。[4]在新冠疫情背景下，梁伟利用Python的大数据技术对在线教学情况进行数据可视化分析，为优化线上教学模式提供了改进方向。[5]在成绩分析方面，有研究者使用Python语言对学生成绩进行了若干分析，可视化呈现各个班总分分数段人数占比、各班分数横向对比、学生各学科的纵向成绩比较以及科目与总分之间的关系等情况，为教师提高教学质量提供了有力的数据支撑。[6]

基于Python语言的研究流程

在信息技术课堂教学中，使用Python语言研究教学行为的一般流程为：①确定研究主题和研究特征。从大方向确定研究主题，通过查找文献、分析研究主题筛选研究特征，通过实验分析主题与特征之间的关系。②确定技术路线。通过分析研究主题和特征，确定与其匹配的Python语言第三方库，熟练掌握第三方库的使用方法，制订技术路线。③制订实验方案。分析教材和学情，根据研究主题与研究特征可能存在的关联性制订实验方案。④实施实验方案。在科学、客观的情况下开展实验，收集实验数据，编写、运行Python程序，分析实验结果得出结论。

分析《学会打字》的教学行为

1.确定研究主题和研究特征

广东省小学信息技术B版第一册下的“学会打字”主题从认识计算机键盘的应用与布局开始，了解使用键盘的基本规范，掌握英文打字指法与击键要领，借助金山打字软件进行针对性的指法练习。在信息时代，计算机办公与学习已是大势所趋，而打字是学生使用计算机了解外界信息的基础技能。所以，笔者选择“学会打字”作为研究教材，将提高学生打字水平作为研究主题。

笔者通过检索中国知网文献和总结日常教学经验，发现提高学生重视程度、采用游戏式教学和鼓励式教学等方法能提高学生打字水平。[7-8]同时，周旺纯提出要注重课程导入，创设各种情境，激发学生学习主动性。[9]尽管老师们提出了许多教学方法，但仍然存在一些需要解决的问题，如低年段学生专注力较差，如何处理一节课中练习时长与教学效果间的关系、如何提高练习速度和练习准确率等。因此，根据学生专注力、课堂时间、学生能力，设置合适的练习时长有利于提高练习质量，保持学生学习热情。最终，笔者把打字练习时长、练习准确率、练习速度作为研究特征。

2.Python技术路线

为了确定打字练习时长、练习准确率、练习速度三个特征之间的关系，笔者采用最小二乘多项式函数拟合其特征，用Matplotlib库绘制三个特征之间的可视化图表。

（1）最小二乘多项式库

最小二乘多项式（Least Squares Polynomial Fit）库是基于最小二乘法（Least Square Method，LSM）构建而成的，用于拟合一组数据间规律（曲线）。最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最优函数匹配。假设给定一组数据点Hi（Xi，Yi），其中i=1，2，…，m，Hi来源于多项式

的多次采样，针对样本数据集Hi内各数据点的误差平方和为：

进而取得近似曲线Y=φ（X），近似曲线φ（X）与Y=F（X）的偏差最小，本实验粗略求得数据间的线性关系。

（2）Matplotlib库

Matplotlib是Python的一个2D绘图库，主要用于生成绘图，如直方图、错误图、散点图等，它以各种硬拷贝格式和跨平台的交互式环境生成高质量图形。Matplotlib基于Python语言，不仅具有不亚于Matlab的作图能力，还具有胜于Matlab的编程能力。笔者借助Matplotlib利用Numpy和Xlrd库进行数据处理和关系拟合，绘制练习时长与练习准确率、练习速度之间的关系图，为发现特征之间的规律提供依据。

3.探究打字练习时长对打字效果的影响的实验方案

（1）实验准备

学生在不同年龄段的专注力是不一样的，研究表明7～10岁儿童的连续集中注意力时长不足20分钟，在注意力集中的阶段完成打字练习，效果是最佳的。笔者在所在学校信息技术课中展开实验，探究练习时长与打字效果的最优解。文字输入实验的练习内容主要是“英文打字”，共11个键位课程，其内容如表1所示。

（2）实验步骤

步骤一：分组进行练习，不同组设置不同练习时长，练习时长为12～20分钟，每节课练习1～2课内容，练习周期为10周，实验总时长为两学年。

步骤二：在打字练习结束后，将“金山打字通2010”中的练习成绩（如图1）记录在成长记录表中（如表2），实验中收集了277名学生10个课程的练习数据。

步骤三：剔除异常数据，编写、运行Python程序，拟合出练习时长、准确率、练习速度之间的函数关系，制图并进行分析。

4.实施探究打字练习时长对打字效果的影响的实验方案

（1）实施实验方案

实验在笔者所在学校三年级展开，选取人数、学习基础、班风学风均相近的班级作为教学班级，严格按照既定教学设计进行教学。班里以小组为单位，组内练习时间相等，由组长记录每个学生的练习数据。本实验分两轮，每轮10周。在进行数据分析之前，笔者剔除了异常数据，然后采用Xlrd库读取Excel表格中已过滤的数据，分别将练习时长、练习准确率、练习速度赋予变量x、y、z，代码如图2所示。

使用Numpy库中的polyfit函数拟合练习时长与练习速度、练习速度与练习准确率之间的关系，代码如图3所示。

最后使用matplotlib库中的pyplot函数绘制练习时长、练习速度和练习准确率之间的散点图和直线图，代码如下页图4所示。

（2）实验分析

首先，分析同一课程中练习时长、练习速度与准确率的关系。基于Python语言，笔者将收集到的数据通过最小二乘多项式库拟合出练习时长与准确率、练习速度与准确率之间的关系，用Matplotlib库作图。笔者以学生课程4GH的练习数据为例，绘制了练习时长与准确率的散点图，如下页图5（a）中黑点。采用Matplotlib库中polyfit函数来拟合出练习时长与准确率之间的关系，如图5（a）中的直线。笔者发现，练习时长和准确率呈正相关，随着练习时长的增加，打字准确率也在增加。在时间充裕的情况下，学生练习心态良好，而且适当增加打字练习时长可以提高学生的打字水平。

用同样的方法绘制打字速度与准确率的散点图和关系，如图5（b）所示，其中黑点表示散点图，虚线表示速度与准确率的函数关系。笔者发现打字速度与准确率呈负相关，随着打字速度的增加，准确率缓慢下降，说明在练习过程中如果过于追求打字速度，则不利于打字水平的提高，因此，在打字练习初期，教师要时刻端正学生的打字态度，注重打字练习的质量和准确率。笔者将时间与准确率函数和速度与准确率函数重合，如图5（c）所示，两个函数存在相交点，其x轴为20.09分钟，表明练习时长、速度与准确率的最优解为20.09分钟左右。同样，笔者研究了其他打字课程的最优解，发现练习时长在15.87～20.35分钟时准确率较高（结合三年级学生注意力集中时间不超过20分钟），建议练习时长为16～19分钟。

其次，笔者比较了不同课程的平均准确率，如上页表3所示。第一次练习的课程是ASDF，平均准确率为90.86%，后面依次练习的课程是EI、PQZ、GH，平均准确率分别为90.98%、91.01%、92.93%，随着练习课程的增加，准确率也在逐渐增加，这说明可以通过增加练习次数来提高打字准确率。此外，笔者还比较了平均速度，发现随着练习次数的增加，平均速度也在缓慢提高。因此，在“学会打字”主题教学中，教师应该增加学生练习时长和次数，鼓励学生在家每周保持1次打字练习，以提高打字水平。

（3）验证实验效果

为了验证练习时长的有效性，笔者挑选了学情、基础、人数都基本一致的两个平行班进行检验。实验班练习时长为16分钟，对照班级不固定练习时长，其他教学内容均一致。通过10周的教学检验，笔者发现实验班的学生打字准确率和速度都优于对照班（如图6）。

结束语

本文基于Python语言分析了课堂教学行为，以“学会打字”项目为例，利用Numpy库和Matplotlib库探究了不同练习时长对掌握打字技巧的影响，通过多次实验，笔者发现练习时长在16～19分钟之间时，三年段学生练习打字效果较佳，学习兴趣浓厚，此外，增加练习次数也能提高练习效果。因此，在教学中，教师要时刻端正学生的打字态度，提醒学生注重打字练习的质量和准确率。在未来的教学中，笔者将继续研究学生的有效练习时长以及如何在有效练习时长内尽可能提高练习效果，研究文章提出的方法在高年段教学的效果。

参考文献：

[1]李俊飞.基于Python自然语言处理工具包的高校英语教学资源挖掘与利用[J].教育现代化，2019，6（92）：136-137.

[2]李震春，孙瑶，杨涛，等.基于Python的物理实验数据实时检测分析系统[J].物理实验，2021，41（11）：38-43.

[3]严婷，文欣秀，赵嘉豪，等.基于Python的可视化数据分析平台设计与实现[J].计算机时代，2017（12）：54-56.

[4]侯岩，王颖，赵健如，等.基于Python语言对高中信息技术“同课异构”的S-T分析[J].中国信息技术教育，2021（16）：77-81.

[5]梁伟，贾名先，苑宁萍.基于Python的大数据技术对线上教学情况分析与研究[J].电脑知识与技术，2021，17（11）：111-112.

[6]王亚丽，岳雷.Python在学生成绩分析中的应用[J].电子技术与软件工程，2021（04）：173-175.

[7]薛卫兵.浅析小学信息技术文字输入课的优化策略[J].中小学电教（教学），2021（01）：71-72.

[8]李淑君.课堂教学中提高小学生打字技能的策略[J].教育信息技术，2014（10）：60-63.

[9]周旺纯.字字皆文章——浅谈小学信息技术《输入文字》部分的有效教学[J].中小学电教，2013（09）：39-41.