基于真實問題求解的單元課堂教學中的問題設計
——以《運用選擇結構描述問題求解過程》為例

邢寅玲 安徽省合肥市第四中學

● 案例題旨

本案例取材于粵教版高中信息技術《必修1 數據與計算》第四單元程序設計基礎第3節《運用選擇結構描述問題求解過程》，研究的主要問題有：①在單元教學中，真實問題的來源。②在單元課堂教學中，激發學生積極參與課堂探究的問題設計方式。③加深問題探究深度，助力實現高效學習的小組合作學習方式。

● 案例背景

程序設計基礎單元以“程序”為核心概念，以Python語言為主要工具，圍繞“設計購買紀念品的最佳方案”情境中的如何實現“運用程序解決問題”這一問題組織教學內容，實現掌握一種程序設計語言基礎知識，使用程序設計語言實現簡單算法；通過解決實際問題，體驗程序設計的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調試與運行的方法等（以上為《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》內容要求），實現學科單元核心素養的培養。

在對課標內容要求以及教材核心知識體系理解的基礎上，將本單元的項目范例主題調整為“生活中的程序設計——設計銀行儲蓄利息計算器”（基于小區電梯里張貼某銀行的招儲宣傳海報進行問題提煉）。本案例是在學生運用順序結構解決“根據用戶提供的本金、利息、年限等數據，實現利息的自動計算”的基礎上，提出新的需求——根據用戶提供的金額、年限，實現利息的自動計算，提高程序的自動化程度，同時也使單元項目——設計利息計算器中計算器功能得到不斷完善與優化。《運用選擇結構描述問題求解過程》的課時目標、內容如下：1課時，通過根據用戶提供的金額、年限，實現利息自動計算的求解過程，學會運用Python程序設計語言中選擇結構實現簡單算法，體驗程序設計的基本流程，掌握Python程序調試與運行的方法。

● 案例實錄

片段一：導入環節問題設計

師：根據上節課的學習，我們根據用戶提供的金額、年限、利率數據，運用順序結構解決了用戶的利息計算問題，在這個過程中，不同金額的利率是由用戶從銀行出示的利率數據中人工選擇后計算機進行處理的，我們是否可以將人工選擇匹對的工作通過程序交由計算機來完成呢？

學生：（應該）可以。

師：請大家想一想，日常生活中哪些領域的選擇或匹對工作已經逐漸被機器取代？機器是如何執行這些操作的？2分鐘后以小組為單位進行分享交流。（2分鐘后）哪組來主動分享一下討論成果？主動分享可以為小組額外增加2個積分。

生1：快遞分揀，根據快遞發送地點，進行自動、快速分揀；電梯超載報警，還有像DNA鑒定、指紋識別等都與選擇匹對相關。

師：活動冊中小組積分+5。還有其他小組有新的發現嗎？

生2：人臉識別門閘，識別通過，門閘才會打開。還有一卡通每天消費的額度限制，一旦超過50元，就需要輸入密碼才可以消費等。

師：給本小組積分+5積分。其實日常生活中還有很多這樣的場景，如新冠疫情期間的核酸檢測、體溫檢測等。請大家仔細想一想，這些情境是不是都有一個條件，機器根據是否符合條件進行不同的操作呢？

全體學生：是的。

片段二：微課資源學習問題設計

師：在Python程序設計中，我們如何實現條件的表達？請大家觀看微課《條件表達式》，小組討論思考：在Python程序設計中，哪些表達式可以實現條件表達？這些表達式的值有何特征？請用合適的條件表達式表示5萬元以下用戶儲蓄年限（xcnx）與圖片中給出階梯年限之間的關系，請將學習結果記錄在活動冊相應位置。哪個小組愿意分享一下這個問題的討論結果？

生3：邏輯表達式、關系表達式以及成員表達式都可以作為條件表達式，條件表達式的值只有True與Flase兩種結果。用戶儲蓄年限與階梯年限之間的關系表達有以下三種情況：1=＜xcnx＜=2，3=＜xcje＜5，5=＜xcnx。

師：你們對微課觀看很仔細，回答準確。小組積分+4。現在我們可以用條件表達式實現選擇條件的判斷，在Python程序設計中，如何根據條件的不同，自動選擇不同的操作？請大家觀看微課《選擇結構——if語句的使用方法》，小組討論思考：使用if語句時需要注意哪些方面？并嘗試用if語句實現5萬元以下，不同年限的利息計算，將相關的學習結果記錄在活動手冊相應位置。請第4小組來分享一下對這個問題的討論結果。

生4：if語句中需要注意后面要加“：”，同時，條件下的語句要嚴格遵守相同的縮進。但我們小組還沒有完善好程序編寫的內容。

師：小組積分+3。在剛剛的巡視觀察過程中老師發現，大家對Python中if語句的規范使用有難度，現在，我們一起來學習一下if語句的實現方法。我小窗口演示，大家跟我一起來實現。

片段三：實踐性分層問題設計

師：請大家根據我們剛剛的學習結果，從下圖三個題目中任選一題，小組進行程序實現，完成后將程序與運行結果一起截圖發到班級padlet展示墻上。截圖信息完整、程序運行正確的小組給予積分+3；程序運行正確，但截圖信息不完整的給予小組積分+2；截圖信息完整，但程序運行不成功的給予小組積分+1；截圖信息不完整，且程序不能運行的給予小組積分+0；未提交截圖的小組，積分-2。15分鐘后進行展示與交流。

①5～10萬元內儲戶不同年限的利息計算問題。

②10萬元以上（含10萬元）儲戶不同年限的利息計算問題。

③10萬元以下（不含10萬元）儲戶不同年限的利息計算問題。

④自選問題。

● 案例分析

首先，本案例從生活中選擇真實的例子——小區電梯內銀行招儲的廣告牌，設計一連串具有關聯性的問題，引導、組織學生學習《運用選擇結構描述問題求解過程》這一節的核心知識——Python中條件表達式以及if語句的正確使用，通過引導學生思考日常生活中常見的選擇與匹對場景，幫助學生快速理解選擇中關鍵要素條件的設置及作用，突破關于條件理解的難點。將學科知識的學習與日常生活場景聯系起來，在場景的分析中，形成能力的有效遷移和學科核心素養。

其次，在課堂教學實施過程中，圍繞核心問題的求解，教師主要負責學習資源的搭建以及學習活動的設計與引導，成為學習活動中的引領者。教師合理運用微課引導學生進行條件表達式與選擇結構的理論學習，并通過對微課進行問題提煉，幫助學生快速梳理知識要點，運用知識要點解答場景問題；同時，針對理解普遍有難度的知識，合理運用小窗口操作演示的方式幫助學生快速突破if語句的正確使用這個難點；在學生自主探究、小組合作的過程中，積極巡視指導學習情況，及時掌握學生課堂學習進程。在實踐環節，教師根據學生小組的差異性，設置了不同難度的實踐問題，并制訂小組展示交流評價標準與形式，運用在線平臺展示各小組學習成果，組織學生完成學習成果的自評與互評。學生在小組團隊的帶領下，在教師設置的問題串中，借助數字化工具與資源，進行情境問題分析、新知探究學習、情境問題求解與問題成果展示等學習活動，成為課堂學習活動中的主體。在此過程中，師生建立學習共同體，相輔相成，促進達成學習目標。

● 案例反思

1.真實問題的來源

①從課標、教材中提煉問題，以課標內容要求為基準，以教材為資源，找出單元學習的核心知識（概念）體系，梳理知識體系的邏輯關系，形成關聯的知識整體。②從真實情境中提煉與單元核心知識相關的問題。③從學習支架中提煉關鍵知識問題。④從探究活動中提煉問題。⑤從學生的認知基礎、興趣等方面提煉問題。

2.真實問題的設計

①將理論記憶類問題轉化為實踐（或概念）性的問題，讓學生在實踐或者（概念分析）過程中，理解和掌握核心知識。②將引導性問題轉向理解性問題，將問題本質與學生的經驗建立起聯系，提出學生探索過的一些理解性問題。③將總結性問題轉向評價性問題，鼓勵學生自我評價與相互評價。④將評價性問題層次化、多樣化。

3.問題求解過程中的小組合作

①劃分小組，教師結合班級學生的學習能力情況，編制計算機程序實現初步異質分組，每組4～6人，隨后根據性別比例，適當調整，確定小組成員，制訂組別、組訓等；在4～6人小組中，再次劃分2人一團隊，進行新知學習的“互查、互助、互促、互評”，確保個體新知識的學習落到實處。②明確小組成員職責，每組設置組長（負責保障整個單元項目學習的實施，關注組內成員的學習情況，及時向教師反饋小組學習進度等）、宣傳員（負責整理小組內的問題討論結果并進行班級交流共享）、記錄員（負責記錄小組學習過程中，組員參與討論的情況、積分情況）以及成員，組員之間實行職責輪流制。③制訂小組在課堂活動中的評分標準，將課堂行為量化，小組能夠結合問題，創造性地給出具有科學性、準確性、建設性的求解方法，記5分；小組能夠結合問題，運用所學知識、經驗給出正確的求解方法，記3分；小組成員結合問題，給出觀點，記1分；拒絕班級分享小組，記-3分。這樣的積分激勵有利于小組成員之間討論與思考的真實發生，促進討論與思考的深入，形成解決問題的能力。學生在經歷過幾次真實的小組合作學習后，不斷轉變學習態度，從被動配合到主動參與，學習態度發生了明顯的變化。

在基于真實問題求解的大單元課堂教學設計中，教師需要研究課標內容要求，并將此與學生生活、學習場景、認知基礎、興趣等因素聯系起來，將知識情境化，進而在真實情境中挖掘、提煉存在的真實問題以及問題串。通過小組對問題以及問題串的探究，確定小組的新知學習清單，進而在清單基礎上組內進行同伴互助、互學、互查、互評，實現個體新知學習的達標，完成支撐問題求解的知識儲備，隨后小組合作進行問題求解實踐探究，在成果展示中完善知識體系的構建與解決問題能力的提升。