面向核心素養的高中信息技術教學問題鏈設計

朱麗花

當前，在信息技術程序設計教學中，普遍存在重實踐、輕理論，重代碼、輕思維的現象，與新課標中要求學生能夠運用計算思維的方法對問題進行抽象建模、提取特征、構造算法、編制程序解決問題的目標相去甚遠。教師可以通過設計問題鏈的方式進行有效的課堂提問，引導學生深度思考，激發學生的高階思維和創造性思維。

思維總是從提問開始的，思維的培養并非一蹴而就，而是一個系統的認知過程。“善問”是一種能力，只有“善問”才會有輕松愉快的課堂氛圍，才會發展學生的學科思維。可是目前的高中信息技術課堂，教師普遍存在提問隨意性大、缺乏問題的整體設計、提問效率不高等問題。一節課中肯定會有多個問題，教師需要對這些問題進行整體設計，建立內在的邏輯結構，促進學生深度思考，這其實就產生了問題鏈。

一、問題鏈是什么

問題鏈是教師依據教學目標和教學內容，結合學生已有的知識和經驗，針對學生學習過程中可能出現的困惑，設計出一組有主題、有層次、相對獨立而又關聯的問題群。

設計問題鏈的目的是通過環環相扣、層層遞進、螺旋上升的問題群，將問題與教學目標緊緊連在一起，讓學生明確學習方向、深入思考，在解決問題的過程中訓練思維能力，發展高階思維，培養其學科核心素養。

依據《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》中的“內容要求”和“學業要求”。“程序設計基礎知識”單元要求能從生活實例出發，概述算法的概念與特征，運用恰當的描述方法和控制結構表示簡單算法;掌握一種程序設計語言的基本知識，通過解決實際問題，體驗程序設計的基本流程，掌握程序調試與運行的方法。

本文將以“一個核心問題—幾個主要問題—多個遞進問題”三級問題序列為設計思路，設計“程序設計基礎知識”單元教學問題鏈，幫助學生建立合理的知識結構，了解順序結構、選擇結構和循環結構的特點，培養學生利用python程序設計語言解決實際問題的基本能力。

“一個核心問題”是指這個單元將圍繞哪個項目驅動問題開展活動，重心在單元整體設計。因為單元是教學的基本單位，學校的課程開發與課堂轉型必須從單元整體設計做起，基于學科核心素養的單元整體設計是一線教師的基本功。“幾個主要問題”是指在這個核心問題下，每節課的重難點問題，重心在課時具體規劃。“多個遞進問題”是指在幾個主要問題下，每節課通過哪些具體問題層層遞進去突破重難點，解決實際問題，重心在課堂的有效落實。

二、《一天的等待》案例呈現

問題來源于海明威的小說《一天的等待》，小主人公是一位九歲的男孩，當他聽到醫生說他的體溫達到102度時，非常擔心自己會死去，因為他得知人一般發燒到40度就要活不成了。這是怎么回事呢？

問題原因是小男孩不了解華氏和攝氏溫度的換算方法，誤以為自己快要發燒燒“死”了。小說形象、具體、細致地刻畫了在一天的等待死亡過程中，小男孩所表現出來的不畏死神的勇氣。

一個核心問題：如何解決溫度轉換實際問題？

幾個主要問題：

1.計算機解決問題的一般過程是什么？如何利用python程序解決小男孩的溫度轉換問題？

2.程序的循環結構有什么特點？如何利用python程序打印指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表？

3.程序的選擇結構又有什么特點？如何利用python程序打印醫務人員使用的指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表？若輸入錯誤，需給予提示。

4.綜合應用，如何計算天天向上的力量？

多個遞進問題：

1.計算機解決問題的一般過程是什么？如何利用python程序解決小男孩的溫度轉換問題？

（1）思考，如果讓你來幫助小男孩解決這個問題，你該如何做，第一步，第二步……總結解決問題的過程通常包括哪些階段。

（2）類比學習，計算機解決問題的一般過程是什么？

（3）如何用python編寫程序，幫助小男孩解決問題？

（4）若將第一條語句改為：f=input（“請輸入一個華氏溫度”），運行程序，會發生什么？為什么？

（5）若將第二條語句改為：c=5*（f-32）//9，運行程序，會發生什么？為什么？

（6）如何使用python編寫程序，計算并打印100、101、102和103所對應的攝氏溫度，結果保留2位小數。

2.程序的循環結構有什么特點？如何利用python程序打印指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表？

（1）課前復習，上節課課堂練習中輸出語句%8.0f，

%10.2f是什么意思？程序中哪幾行代碼是重復編寫，有更簡便的方法嗎？

（2）如何用python編寫程序打印指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表？間隔為10，其中下限和上限由用戶輸入。

（3）為什么下限和上限一般都是由用戶自己輸入，好處在哪里？

（4）這個程序中，哪一個變量是循環控制變量？它的初值、終值是多少？它是如何有規律地變化的？循環做了多少次？

（5）這個程序中，for循環的循環體里有幾行代碼？靠什么來區分？

（6）如何用python編寫程序打印九九乘法表？

3.程序的選擇結構有什么特點？如何利用python程序打印醫務人員使用的指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表？若輸入錯誤，需給予提示。

（1）課前復習，如果輸入的下限a=101，上限b=0，結果會怎樣？

（2）如何避免這樣的輸入錯誤，需要用到程序設計中的什么結構？

（3）人體體溫計的合理范圍是華氏90度到110度（包含90和110），如何用python編寫程序打印醫務人員使用的指定范圍的華氏、攝氏溫度對應表，間隔為1。若輸入的上下限超出人體體溫合理范圍，則給予提示。

（4）在編寫程序時，有些同學寫的判斷條件不太一樣，這兩種判斷條件都對嗎？

（5）如果輸入3次機會，程序怎么改，需要加什么結構的語句？

（6）如何用python實現對高一某個男生體重指數等級的完整評定？即根據輸入的身高和體重值，顯示對應的等級：正常、低體重、超重或肥胖。

4.綜合應用，如何計算天天向上的力量？

（1）鍥而舍之，朽木不折;鍥而不舍，金石可鏤。一年365天，每天進步或退步1‰，嘗試編程計算一年累計進步和退步了多少？

（2）如何使用算術運算符中的指數運算符、pow

（? ）內置函數、for循環等方法進行計算？

（3）什么是算法？為什么要學習算法？

（4）這個程序中，哪些地方體現了算法的有窮性、確定性、輸入、輸出和可行性這些算法特征？

（5）常用算法的描述方法有哪些，各自又有什么優缺點？

（6）有個科學猜想的節目內容：如果有一張足夠大的紙，其厚度為0.1毫米，對折一次紙的厚度增加1倍。假設這張紙連續對折始終是可能的，對折多少次后，紙的厚度可以超過珠穆朗瑪峰的高度（8844.43米）？嘗試選用一種方法對該問題進行描述。

三、設計單元評價體系

信息技術課程評價方式主要有過程性評估和總結性評價。過程性評價側重于對學生學習過程進行評估，例如，在學習中表現出的小組合作能力、前期知識、信息意識、計算思維和信息社會責任感以及數字化學習與創新能力的強弱;總結性評估側重對學生學習結果的評估，內容指向本項目學業質量水平及學科核心素養水平目標的達成。

單元過程性評估，如表1所示。

表1 單元過程性評估

[項目評價表 內容 描述 評價 項目完成情況 對問題能夠進行具體分析，具有較清晰明確的解決思路 □5 □4 □3 □2 □1 在問題的解決中，可以對任務進行分解 □5 □4 □3 □2 □1 算法的描述中，流程圖清晰、完整 □5 □4 □3 □2 □1 最終的算法是正確、可執行的 □5 □4 □3 □2 □1 合作學習情況 組員具有強烈的學習熱情，能夠積極參與到小組項目活動中，活動過程井然有序 □5 □4 □3 □2 □1 在問題解決過程中，小組成員有明確的分工，有充分的交流和分享，協作效率高 □5 □4 □3 □2 □1 組員能夠對學習資源進行自主學習和合作學習 □5 □4 □3 □2 □1 在遇到問題時，組員可以共同商量，一起研究解決辦法 □5 □4 □3 □2 □1 ]

評價中的分數針對前面的描述，非常符合，5 分;比較符合，4 分;一般，3分;比較不符合，2 分;非常不符合，1 分。

總結性評估，如學習單所示。

學習單

一、單選題

1.人們利用計算機解決問題的基本過程（? ）

①編程調試 ②分析問題 ③設計方案 ④解決問題 ⑤提出問題

A.②③⑤④① B.②③④⑤①

C.②⑤①③④ D.⑤②③①④

2.在以下運算符中，優先級最低的運算符（? ）

A.* B.！ C.+ D.=

3.以下變量名合理的是（? ）

A.9a B.a-1 C.Vall D._a*

4.有以下程序段：

sum=1

for i in range（1，5）

sum=sum*i

print（sum，i）

程序的運行結果是（? ）

A.24 5? B.120 5? C.24 4? D.120 4

5.以下有關算法的描述中，正確的是（? ）

A.算法是有關一個問題的計算方法

B.算法只是概括解決問題的思路，具體步驟應該在編寫程序時完成

C.算法必須在有限時間和有限空間內通過有限步驟完成

D.因為算法由程序實現，所以設計算法時無須考慮計算機能否理解和執行

二、簡述題

小明在自動售貨機選擇了一種價值5元的飲料，在收款口放入了10元，自動售貨機接受貨幣后，在商品出口給出了小明選擇的飲料，并返回5元。

請嘗試畫出這個自動售貨機后臺算法執行流程。

水平1：能畫出簡單的順序結構流程，即選擇物品—給錢—出商品。

水平2：能夠加入對金額的判斷和找錢的過程，能夠用流程圖實現。

水平3：在算法設計過程中加入自己的創意和設計，如對情境的判斷、童鎖的設置、紙幣的防偽等，并用流程圖實現。

四、思考與展望

教育家蘇霍姆林斯基說：“獲取知識——這就意味著發現真理，解答疑問。你要盡量使你的學生看到、感覺到、觸摸到他們不懂的東西，使他們面前出現疑問。”從這句話中可以看出，教學過程就是師生共同發現“不懂的東西”、提出“不懂的東西”、分析“不懂的東西”、解決“不懂的東西”的過程。教師應精心設計問題鏈，讓學生在充滿疑問的情景中自主使用數字化學習工具解決問題。在解決問題的實際活動中學習信息技術技能，掌握應用信息技術解決問題的思想和方法，學會遷移，解決其他相關問題，發展學生計算的思維，提升學生的信息素養。

參考文獻：

[1]王后雄. “問題鏈”的類型及教學功能：以化學教學為例[J]. 教育科學研究，2010（5）：50-54.

[2]王建強. 課堂問題鏈的設計、實踐與思考[J]. 上海教育科研，2015（4）：71-73.

（作者單位：西北大學附屬中學）

編輯：溫雪蓮