新課標(biāo)下高中信息科技“分支結(jié)構(gòu)”單元逆向教學(xué)設(shè)計初探

敖培

摘 要：《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)和學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量提出了更高的要求。以新課標(biāo)下高中信息科技“分支結(jié)構(gòu)”單元設(shè)計為例，探索基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計理論在高中信息科技學(xué)科教學(xué)設(shè)計中應(yīng)用的可行性，以期提高教學(xué)效果，提升學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：逆向教學(xué)設(shè)計;理解;新課標(biāo)

一、基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

基于理解的設(shè)計（Understanding by Design，UbD）理論是由美國課程專家Grant Wiggins和Jay McTighe于1998年提出的。該理論強(qiáng)調(diào)通過教學(xué)設(shè)計，以促進(jìn)學(xué)生的深層次理解為宗旨，提高學(xué)生的理解力。在逆向設(shè)計理論提出后，我國也陸續(xù)有一些學(xué)者做了相關(guān)的研究。以“逆向教學(xué)設(shè)計”為檢索主題，在CNKI中進(jìn)行檢索，共檢索到文獻(xiàn)100篇。可以看出，國內(nèi)對逆向設(shè)計理論和實踐的研究大約始于2001年，近五年的研究熱度增速較快。而逆向教學(xué)設(shè)計在高中階段運用的研究熱度較低，僅有12篇文章，且尚沒有文章涉及逆向教學(xué)設(shè)計在信息技術(shù)學(xué)科的應(yīng)用。

二、“分支結(jié)構(gòu)”單元逆向教學(xué)設(shè)計案例

2018年1月，教育部公布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》從時代大背景需求出發(fā)，明確了信息技術(shù)學(xué)科信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任四大核心素養(yǎng)，對學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科課程后應(yīng)達(dá)成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力都提出了更高的要求。這對課堂教學(xué)也提出了更高的要求，即教學(xué)設(shè)計要以學(xué)科核心素養(yǎng)的提升為起點，教學(xué)結(jié)果也要以學(xué)科核心素養(yǎng)的提升為終點。基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計模式顯然是符合新課標(biāo)下的教學(xué)要求的。這里嘗試使用基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計模式，以新課標(biāo)必修課程模塊1“數(shù)據(jù)與計算”中的“分支結(jié)構(gòu)”內(nèi)容為對象，探索采用該模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的可行性和有效性。

（一）階段一：確定預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果

該階段是三個階段中最重要的一個階段，是后兩個階段的基礎(chǔ)。該階段主要通過對課程標(biāo)準(zhǔn)和持久性理解的分析，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束后應(yīng)該知道、理解的內(nèi)容。

1.確定單元教學(xué)目標(biāo)

（1）學(xué)生將能夠描述分支結(jié)構(gòu)的概念和適用范圍，分支結(jié)構(gòu)的分類和特點。

（2）學(xué)生將能夠根據(jù)分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行過程，推算算法的運算結(jié)果。

（3）學(xué)生將能夠正確設(shè)置分支的判斷條件，繪制規(guī)范的分支結(jié)構(gòu)算法流程圖。

（4）學(xué)生將能采用分支結(jié)構(gòu)設(shè)計算法，利用Python語言實現(xiàn)算法，解決生活中的實際問題。

單元教學(xué)目標(biāo)的確定主要依據(jù)新課標(biāo)中的課程目標(biāo)描述和核心素養(yǎng)描述。

目標(biāo)（1）、（2）和（3）主要依據(jù)“通過提供技術(shù)多樣、資源豐富的數(shù)字化環(huán)境，幫助學(xué)生掌握數(shù)算法學(xué)科大概念”的課程目標(biāo)描述;目標(biāo)（4）主要依據(jù)“學(xué)會運用計算思維識別與分析問題，抽象、建模與設(shè)計系統(tǒng)性解決方案”的課程目標(biāo)描述。

目標(biāo)（1）～（4）主要依據(jù)新課標(biāo)中的計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新兩個學(xué)科核心素養(yǎng)，即能夠針對限定條件的實際問題進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，運用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)合理組織、存儲數(shù)據(jù)，選擇合適的算法編程實現(xiàn)、解決問題。

2.列出我們需要思考的基本問題

（1）什么是分支結(jié)構(gòu)？分支結(jié)構(gòu)適合解決哪一類問題？分支結(jié)構(gòu)有哪幾種？分支結(jié)構(gòu)的特點是什么？

（2）分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程如何？正確推測分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行結(jié)果的關(guān)鍵是什么？

（3）繪制流程圖如何根據(jù)具體問題正確設(shè)置分支結(jié)構(gòu)的判斷條件？

（4）如何用Python語言實現(xiàn)每種類型的分支結(jié)構(gòu)？

3.預(yù)期的學(xué)習(xí)結(jié)果

預(yù)期的遷移是什么？

學(xué)生能夠根據(jù)需要選擇合適的分支結(jié)構(gòu)設(shè)計算法，并利用Python語言實現(xiàn)算法解決生活中的實際問題。

（1）預(yù)期的理解是什么

①分支結(jié)構(gòu)是依據(jù)一定的條件選擇執(zhí)行路徑，適用于解決實際生活中先做判斷再選擇的問題。分支結(jié)構(gòu)包括單分支、雙分支和多分支三種類型。分支結(jié)構(gòu)的特點是根據(jù)對某個條件的判斷結(jié)果在兩條支路中必然且只能選擇一條執(zhí)行。

②分支結(jié)構(gòu)是對某個條件進(jìn)行判斷，當(dāng)結(jié)果為真時，執(zhí)行處理步驟1，否則執(zhí)行處理步驟2。決定分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行過程的關(guān)鍵是分支結(jié)構(gòu)的判斷條件。

③正確構(gòu)造分支結(jié)構(gòu)判斷條件的關(guān)鍵是正確寫出判斷條件的表達(dá)式。可以作為判斷條件的有關(guān)系表達(dá)式和邏輯表達(dá)式。

④采用何種分支結(jié)構(gòu)與實際問題中需要進(jìn)行“判斷”的次數(shù)和“選擇”的可能性數(shù)量是相關(guān)的。Python中每種分支結(jié)構(gòu)語句的語法及使用方法。

（2）學(xué)生將會獲得哪些知識和技能

學(xué)生將會知道……

①分支結(jié)構(gòu)概念與適用范圍，分支結(jié)構(gòu)的分類和分支結(jié)構(gòu)的特點。

②分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程，分支結(jié)構(gòu)判斷條件的表示方法。

③Python中if、if-else、if-elif-else等分支語句的格式。

學(xué)生將能夠……

①根據(jù)分支結(jié)構(gòu)流程圖推算出算法的運算結(jié)果。

②正確設(shè)置分支結(jié)構(gòu)判斷條件，并繪制規(guī)范的算法流程圖。

③運用Python中的語句實現(xiàn)具有分支結(jié)構(gòu)的算法。

（二）階段二：確定合適的評估證據(jù)

該階段主要針對第一階段的學(xué)習(xí)結(jié)果，提供相應(yīng)的評價方式，判斷學(xué)生是否達(dá)到了預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，客觀評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)反饋的情況，及時調(diào)整教學(xué)方式。

1.表現(xiàn)性任務(wù)

（1）口語報告。總結(jié)影響分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行過程的關(guān)鍵因素。

（2）繪制算法流程圖。針對PM2.5空氣質(zhì)量提醒問題，根據(jù)三種不同的功能需求設(shè)計算法，并繪制流程圖。

2.試題式任務(wù)

（1）以選擇、流程圖填空題的形式，鞏固對分支結(jié)構(gòu)特點和執(zhí)行過程和分支條件設(shè)置等知識的理解。

（2）根據(jù)流程圖正確推測算法的結(jié)果。

3.上機(jī)實踐任務(wù)

（1）根據(jù)三種算法的流程圖，分別采用三種Python分支結(jié)構(gòu)語句實現(xiàn)三種不同的基于PM2.5數(shù)值劃分的空氣質(zhì)量劃分程序功能。

（2）以三種類型分支結(jié)構(gòu)相關(guān)知識為基礎(chǔ)，基于Python設(shè)計開發(fā)出三個版本的匯率轉(zhuǎn)換程序，滿足不同的功能需求。

4.學(xué)生的自我評價和反饋

（1）自評分支結(jié)構(gòu)流程圖繪制情況。

（2）自評對分支結(jié)構(gòu)相關(guān)知識的理解程度。

（3）自評設(shè)計開發(fā)基于PM2.5數(shù)值劃分的空氣質(zhì)量劃分和匯率轉(zhuǎn)換程序的過程、互評作品表現(xiàn)。

5.基于理解六側(cè)面的評估證據(jù)

真正理解分支結(jié)構(gòu)的學(xué)生應(yīng)該：

側(cè)面1：能解釋分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程，并推算運算結(jié)果。

側(cè)面2：能闡明正確的分支結(jié)構(gòu)判斷條件，繪制規(guī)范的流程圖。

側(cè)面3：能應(yīng)用分支結(jié)構(gòu)設(shè)計算法，并利用Python實現(xiàn)算法。

側(cè)面4：能洞察實際生活中分支結(jié)構(gòu)的使用情況。

（三）階段三：設(shè)計學(xué)習(xí)體驗和教學(xué)

基于第一階段的明確教學(xué)目標(biāo)，第二階段的明確證明學(xué)生理解的證據(jù)，第三階段著重實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，實施相關(guān)的教學(xué)活動和體驗。

1.本單元的活動順序

（1）利用網(wǎng)絡(luò)搜集PM2.5指標(biāo)的含義和基于PM2.5數(shù)值劃分的空氣質(zhì)量劃分的相關(guān)知識。思考生活中還有哪些類似的問題？算法中是否也有類似的結(jié)構(gòu)？Python中是否也有根據(jù)不同的條件，執(zhí)行不同操作的語句呢？通過討論激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。H

（2）針對應(yīng)用計算機(jī)實現(xiàn)通過PM2.5指數(shù)分級發(fā)布空氣質(zhì)量提醒的問題，提出基于單分支、雙分支和多分支結(jié)構(gòu)的三種不同的功能需求。討論單元最終需要完成的任務(wù)（表現(xiàn)性任務(wù)、試題式任務(wù)和上機(jī)實踐任務(wù)）。W

（3）介紹分支結(jié)構(gòu)的概念、特點和分類，基于Raptor軟件演示每種分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程。以支持表現(xiàn)任務(wù)a、b和試題式任務(wù)a。E1

（4）通過觀察分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程，總結(jié)影響分支結(jié)構(gòu)執(zhí)行過程的關(guān)鍵因素，完成表現(xiàn)任務(wù)a。以支持表現(xiàn)性任務(wù)a和試題式任務(wù)b。E1

（5）鞏固對分支結(jié)構(gòu)相關(guān)知識的理解。完成試題式任務(wù)a和b。E1，E2

（6）根據(jù)三種不同的功能需求設(shè)計算法，并繪制流程圖。完成表現(xiàn)性任務(wù)b。E2

（7）介紹Python中if、if-else、if-elif-else三種實現(xiàn)分支結(jié)構(gòu)語句的格式。以支持上機(jī)實踐任務(wù)a和b。E1

（8）根據(jù)三種算法的流程圖，分別采用三種Python分支結(jié)構(gòu)語句實現(xiàn)三種不同的基于PM2.5數(shù)值劃分的空氣質(zhì)量劃分程序，并展示交流。完成上機(jī)實踐a。E1，E2

（9）回顧和總結(jié)本單元的重點內(nèi)容，即分支結(jié)構(gòu)的適用范圍和執(zhí)行過程;難點內(nèi)容，即分支結(jié)構(gòu)的判斷條件設(shè)置。R

（10）根據(jù)需求設(shè)計開發(fā)三種功能各不相同的匯率轉(zhuǎn)換程序，并展示交流。完成上機(jī)實踐b。E2，T

（11）在單元結(jié)束時，讓學(xué)生利用相關(guān)量規(guī)對分支結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自我評估。E2

以上活動中字母代表活動編碼，每個字母的含義如下：

W=where 了解單元學(xué)習(xí)的方向和預(yù)期結(jié)果。

H=Hook 把握學(xué)生的情況和學(xué)生情趣。

E1=Equip 代表知識體驗觀點的探索。

R=Rethink/Revise 反思和修改等。

E2=Evaluate 允許學(xué)生對自己的作業(yè)和應(yīng)用進(jìn)行自評、互評。

T=Tailored 根據(jù)學(xué)生個體的需求、興趣和能力來設(shè)計作業(yè)和活動。

2.課時分配

活動（1）～（6）擬用1課時完成;活動（7）和（8）擬用1課時完成;活動（9）～（11）擬用1課時完成。

三、基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計啟示

（一）為理解而教，可以實現(xiàn)目標(biāo)、評價和教學(xué)的一致

傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計倡導(dǎo)“以始為終”，教學(xué)目標(biāo)往往依據(jù)教師個人的教學(xué)習(xí)慣和知識傾向制定，教學(xué)評價的內(nèi)容和方式也較為局限和單一，由教師個人編寫的測試用習(xí)題也缺乏應(yīng)有的信度和效度。基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計是一種優(yōu)質(zhì)的單元教學(xué)設(shè)計理論。在逆向教學(xué)設(shè)計的三個階段中，理解貫穿始終。在評價與目標(biāo)之間，評價項目與教學(xué)目標(biāo)擁有相同的理解內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)的理解跨度與學(xué)生完成評估項目所需的理解跨度一致。在評價和教學(xué)之間，教師要教授評估的內(nèi)容，對已教授的內(nèi)容教師也要進(jìn)行評估，都需要基于學(xué)生的理解。因此，逆向教學(xué)設(shè)計通過理解的橋梁完美融合了目標(biāo)、評價、教學(xué)。

（二）為理解而教，可以實現(xiàn)單元教學(xué)內(nèi)容的層次遞進(jìn)

基于理解的逆向教學(xué)設(shè)計以單元設(shè)計為切入點，優(yōu)先選擇需要深入理解的課程內(nèi)容，確定單元的核心問題和導(dǎo)入問題。因為深入持久的理解和核心問題常常是跨單元性質(zhì)的，單元的設(shè)計更有利于把握需要深入理解的內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生的理解，而且深入持久的理解和核心問題往往是學(xué)科的重要概念和基本問題，這些課程內(nèi)容很有可能在不同單元中反復(fù)出現(xiàn)并且難度逐漸加深，對學(xué)生理解水平的要求也不斷加深。因此，圍繞某個重要概念和核心問題組織課程，經(jīng)年累月，課程內(nèi)容便會呈現(xiàn)出層次遞進(jìn)的趨勢。有目的、系統(tǒng)地采用層次遞進(jìn)的方式去組織學(xué)科課程教學(xué)，能夠使知識和技能在深度和廣度上同時遞增，從而收到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計（第二版）[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.