高中信息技術問題化學習課堂建構與實施路徑的應用與探索

陳丹亞

摘要：本文以《數據與計算》第三章3.4節《分支結構算法實現》的教學過程為例，以“一元二次方程求解”為學習問題，建構問題化學習教學模式，以“呈現問題è分析問題è推進問題è解決問題è總結問題è拓展問題”為實施路徑，讓學生在問題的解決中，層層深入的認識選擇結構，完善程序。旨在讓學生通過對某“個”實例的分析，找出分支結構的規律性問題，歸納出選擇結構的一般格式，實現從“個”到“類”的提升。文中詳細分解問題化學習實施路徑中的每個環節，總結設計意圖和注意事項，以希望對高中信息教學中問題化學習的教學策略的應用提供參考。

關鍵詞：分支結構;問題化學習;課堂建構;實施路徑

本課的授課對象為必修1《數據與計算》的高一學生，大多學生對利用信息技術解決實際問題充滿好奇心，樂于和同學一起進行問題的分析與探討。急切地想編寫程序解決生活中更為復雜的實際問題，但是他們現有的知識結構僅僅掌握Python常量、變量、函數、書寫表達式等基礎知識，僅限于解決順序結構的問題，將實際問題轉化為算法程序的能力也有待提高。經過本課學習后，學生應達到課程標準“計算思維水平2”中的部分要求，在日后實踐中，能認識到分支結構在學習生活中的應用價值，自覺運用分支結構解決問題。

針對這一學情和教學目標，我們以問題為導向，按照問題化學習模式進行如下實施：

一、呈現問題，引入主題

提問1：生活中大家有碰到過哪些選擇性問題嗎？實例應用的選擇結構類型一樣嗎？

師生互動舉例。（略）

提問2：在前面的章節學習中，我們已經分析了“一元二次方程求解”算法的流程圖實現，很明顯也是一種分支結構，那又該如何實現呢？

設計意圖：創設情境，導入主題，聯系生活實例讓學生產生共鳴，讓學生感受到選擇結構是用于判斷給定的條件，根據判斷的結果控制程序執行流程，分為單分支、雙分支及多分支選擇結構。

二、分析問題，抽象建模

提問3：第二章學習時已經分析了“一元二次方程求解”算法的流程圖實現，現在要求輸入a，b，c的值，有解的情況下輸出解，無解的情況下輸出“無解”，程序該如何實現？

自學導學案中的if語句的語法要點，先嘗試用if語句實現兩種情況的求解程序。

1、用流程圖表達分支算法

（1）明確判斷的條件表達式

（2）梳理條件成立和不成立時的執行步驟

（3）畫出算法流程圖

2、Python 語句實現的語法格式歸納：

（1）雙分支結構：有if，也有else，用來處理二選一的情況

If語句的語法格式如下：

if <條件表達式> ：

<語句塊1>

else：

<語句塊2>

雙分支if語句的執行過程是：首先計算條件的值，如果條件的值為“真”，則執行語句1后結束if語句;如果條件的值為“假”，則執行else后邊的語句2后結束if語句。

（2）單分支結構：只有if，沒有else

If語句的語法格式如下：

if <條件表達式> ：

<語句塊>

單分支if語句的執行過程是：首先計算條件的值，如果條件的值為“真”，則執行語句后結束if語句;如果條件的值為“假”，則立即結束。適合只需要對條件為真的情況做出處理的程序。

設計意圖：學生通過第二章的學習鋪墊，已經理清了一元二次方程求解的思路和求根公式的表達式書寫，所以只要應用合適的if語法結構，就可以完成實踐1的目標設定。

注意事項：因為學生是第一次接觸Python的if語句結構，教師需要總結語法格式書寫的注意事項與要點。特別強調Python中的縮進是強制的，縮進的語句視為代碼塊（以縮進標記程序結構），通過縮進，Python能夠識別出語句是隸屬于if（else）的分支。這也是以后解題劃分結構的重要依據。

實踐1：依次輸入a，b，c的值，有解的情況下輸出解，無解的情況下輸出“無解”，代碼如下：

a=int（input（“a=”））

b=int（input（“b=”））

c=int（input（“c=”））

d= b**2-4*a*c

if d>=0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=（-b-d**0.5）/（2*a）

print（“x1=”，x1， “x2=”，x2）

else：

print（“無解”）

三、推進問題，提升難度

提問4：如果要實現依次輸入a，b，c的值，程序運行后能分別判斷輸出2個不同的解，2個相同的解，無解的三種情況的算法，程序又該如何實現？

1、Python 語句多重分支實現的語法格式歸納：

（1）塊if語句結構

if <條件1> ：

<語句塊1>

elif <條件2> ：

<語句塊2>

……

elif <條件N-1> ：

<語句塊N-1>

else：

<語句塊 N>

教師總結歸納：首先計算條件1的值，如果條件1的值為“真”，則執行語句1后結束if語句;否則計算條件2的值，如果條件2的值為“真”，則執行語句2后結束if語句;……;條件1至條件n-1的值都為“假”時，最后執行else子句的語句n。

級聯式if語句在語法上是一條語句，只是在else子句中包含了if語句，而該if語句的else子句又包含了if語句，以此類推。

四、解決問題，實踐應用

實踐2：在實踐1的基礎上，優化算法，應用塊if語句結構，實現依次輸入a，b，c的值，程序運行后能分別判斷輸出2個不同的解，2個相同的解，無解的三種情況的算法。

a=int（input（“a=”））

b=int（input（“b=”））

c=int（input（“c=”））

d= b**2-4*a*c

if d>0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=（-b-d**0.5）/（2*a）

print（“x1=”，x1， “x2=”，x2）

elif d==0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=x1

print（“x1=x2=”，x1）

else：

print（“無解”）

五、總結問題，探索規律

實踐3：編寫程序：輸入身高和體重，求BMI指數。

要求：輸入身高（米）、體重（千克），求BMI指數（體重除以身高的平方），IBM值低于18.5 時輸出“偏輕”; 18.5-25 輸出“正?！? 25-28 輸出“過重”; 28-32 輸出“肥胖 ”。

設計意圖：實踐3的要求相對實踐2增加為4種情況的判斷，學生在掌握三種情況的塊if語句書寫的前提下應該是很容易完成要求的，進一步提升學生的遷移能力。

提問：多分支結構在哪些生活情景中有應用？大家是否可以應用本節課所學知識編寫程序解決？

【應用一】出租車費計算問題

【應用二】電費計算問題

【應用三】超市打折問題

設計意圖：本課在對學生核心素養的培養重在通過對現實問題的分析、抽象與建模，形成分支結構算法概念，并使用計算機程序解決問題?？偨Y利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中。

六、拓展問題，激發思考

提問5：多分支的選擇結構是不是只有塊if語句結構呢？能不能分解為多個雙分支或單分支結構？語法格式又該如何調整？

教師給出嵌套if結構語句實現的導學案，學生自主學習，鼓勵學生思考如何用嵌套if語句將一元二次方程三種情況求解的程序進行結構調整，體驗嵌套if語句格式和塊if語句的區別。

設計意圖：不同的分支結構有不同的語法格式和適用場合。牢固掌握選擇結構程序設計，是學習程序設計的基本要求，是學會編寫結構清晰、易讀易懂的程序的前提。

程序設計的學習主要圍繞環境、語言和應用三個方面的知識和內容展開，語言視圖的學習，其核心主要在于語言規則本身。從教學方式來看，以往的程序設計語言規則的學習往往采用三步走的形式，即“提出問題，給出解答，再加點解釋”，特別是“解釋”，往往過多的糾纏于程序設計語言的語法知識的細枝末節之中，學生較少體驗到解決問題的成功的喜悅。

本節課運用了問題化學習的教學模式，首先選擇學生已有的知識架構貼近的“一元二次方程求解”問題引入，分析解決這個問題的“程序”。遵循學生認知能力的發展規律，從簡單的雙分支逐漸提升到多分支，在嘗試補充程序模板中關鍵代碼的過程中，逐步認識If選擇結構，并引導學生提取出If語句的基本格式，最終得到功能強大If語句的指令集。最后進行拓展應用，將現實生活中各種多分支問題問題歸類，學以致用，讓學生感受編程學習的魅力。

問題化學習的教學模式在有限的課堂教學時間內，聚焦問題，層層遞進，學生通過自主發現問題、持續探索問題、建構問題系統、合作解決問題的過程，完成知識的探究，有助于學生從整體上認識選擇結構，并不斷向縱深發展。這是使用傳統的講授法是無法完成的。這一課堂建構模式與實施路徑值得在后續的章節教學中推廣應用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準：2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018.

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[3] 王天蓉.問題化學習的原理和方式.現代教學，2019（10A）：27-28