高中信息技術問題探究式教學實踐與反思

俞曉波

摘要：本文基于問題探究教學模式，以“理科生的浪漫——利用Python自定義函數體驗數學之美、程序之美”為主題，設計了相應的問題情境，分析分解問題，引領探究問題，為如何落實信息技術學科核心素養提供了參考案例。

關鍵詞：學科核心素養；問題探究；Python程序設計；自定義函數

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）02-0041-03

當前，高中信息技術課程教學重心逐步從以往應用軟件教學轉向“數據與計算”，編程教育越來越被重視。但在日常編程教學中，以下兩個問題日漸突出：一是過分強調編程的知識和技巧，學生只是機械地掌握程序的基本語法和結構，不善于通過理解算法來探求相應的程序代碼，遇到問題往往束手無策。二是缺乏情境化教學，缺乏對方法和規律的總結提煉，不善于運用算法思維靈活解決不同情境中的問題。面對這些問題，筆者以“理科生的浪漫——利用Python自定義函數體驗數學之美、程序之美”為例進行了問題探究式教學實踐，下面，從四個階段來具體闡述。

第一階段：發現問題，提出問題，創設主題情境

1.研究教學內容，確定教學流程

本課是自定義函數的復習課，傳統教學形式是逐一分析自定義函數的考點，再結合考試練習系統中的一些“真題”進行程序填充練習，但最終學生只是機械地記住了一些零散的方法和格式，各知識點之間缺少有效銜接，沒有建立起編程的思維邏輯。基于此，筆者整合自定義函數的相關考點，并結合自身教學經驗，采用問題探究式教學模式進行了教學實踐，教學流程如圖1所示。

2.發現問題，落實核心素養

自定義函數的本質是方便實現代碼的重復使用，用來求解階乘的累加之和，此類問題比較典型。這類問題思維邏輯性強，學生常常云里霧里，無法抓住問題的本質。由此，筆者想到了調用turtle繪圖庫中的內置函數來繪制愛心圖案，再將相應代碼段，修改成自定義函數，重復調用函數，得到愛心組合圖案。這種方法生動形象，一目了然地呈現了自定義函數方便復用的本質，還涉及第三方模塊的導入。同時，從turtle愛心得到啟發，想到笛卡爾愛心曲線，曲線對應的r=a（1-sinθ）被稱為最浪漫的方程。“數學之美”和“程序之美”相得益彰，程序設計課被賦予了故事和內涵。

3.提出問題，優化課題名稱

通過上述分析，本課要解決的問題呼之欲出，即如何利用Python的自定義函數，探索體驗“數學之美”“程序之美”。因此，筆者修改了課例名稱，把原來的“自定義函數復習”改成“理科生的浪漫——利用Python自定義函數體驗‘數學之美、程序之美’”。

4.創設情境，導入課題

課前，筆者整理關于“理科生的浪漫”的素材，包含數學家笛卡爾的生平以及他的浪漫方程和心形曲線、自定義函數的知識要點，將其作為背景資料發給學生供課前閱讀。課中，創設情境，利用視頻導入，引出主題——理科生的浪漫。

第二階段：分析分解問題，明確任務

問題一：如何利用自定義函數繪制笛卡爾愛心曲線的多種組合？

教師可引導學生復習回顧自定義函數的基本知識，然后按照以下步驟推進：①給出利用Matplotlib庫繪制笛卡爾曲線的代碼（如圖2），運行程序，展示愛心曲線（如圖3）。②引領學生分析問題，找出其中需要復用的代碼。③將需要復用的代碼定義成含一個參數的函數。④調用函數，嘗試畫出不同大小的多條愛心曲線。⑤引導學生定義和調用含兩個參數的函數，畫出一組大小不同、色彩各異的愛心曲線。

問題二：如何將turtle愛心圖案修改成“花的形狀”？

這個問題由學生自主探究完成，自主探究過程如下：①打開下發的愛心圖案代碼（如圖4），運行后得到一個turtle函數庫繪制的愛心圖案（如圖5）。②查看代碼，模仿第一個活動，自行探究，繪制出“花形”圖案，也可以是其他圖案。

問題三：如何寫一封理科生的“情書”？

前面兩個問題都是繪圖，能非常直觀地幫助學生理解自定義函數可以復用的優勢，函數的定義和調用更簡潔易懂，能有效達成教學目標。但其函數體中可以復用的代碼學生不是很熟悉，其功能是通過解釋語句或運行程序得到圖像后才明確的。

問題三所用程序代碼的設計則是要彌補這個小瑕疵，采用的函數體最好是學生熟悉的代碼，且程序運行的結果最好能呼應課堂的主題。筆者由“理科生的浪漫”主題想到，數學家笛卡爾的一個方程即是一封情書，簡潔又含蓄。那么學編程的是否也可以寫一封含蓄的“情書”？因此有了如下設計：源程序只有數字和其他代碼，運行程序后輸出漢字。只是，在課堂上輸出的不是情書，而是“數學之美、程序之美”，呼應主題。再在練習的難度和形式上做一些細節處理，用注釋語句給出ord（）函數的用法，溫習舊知。同時，根據學業水平測試的難度，以程序填充的方式將問題三作為課堂練習（如圖6）讓學生自主完成。

第三階段：設計評價方案，相互交流分享

在問題探究式教學的第三個階段，教師可選擇點評、自評、互評等方式進行作品的交流與分享，并適時點撥，及時引導，適當點評，鼓勵協助創新，滲透信息社會的責任意識。

本課的分享與交流環節，主要采用以下方法進行：①分享優秀學生作品，引導學生探索改進；②教師適時給予學生幫助，進行個別輔導和點評，并關注學生解決問題的進度；③鼓勵學生相互討論、相互協助、勇于創新；④要求學生將自己的成果文件傳輸到網絡教學平臺，教師進行分享和點評。需要重點關注的是，是否有學生利用Python的計數循環語句來調用自定義函數，用這種方法調用函數能繪制出令人驚喜的圖像，這部分學生的融會貫通能力較強，要加以肯定，發揮其榜樣的作用。

第四階段：解決問題，實現知識的概括與遷移

在問題探究式教學的第四個階段，教師要引導學生對自己解決問題的過程進行梳理，總結問題解決方案中的核心知識的應用，形成解決類似問題的普適思路。在這個過程中，學生的概括能力、思維能力能得到很好的發展。學生切身體會了“代碼復用”的意義，簡單來說，就是可以幫人“偷懶”。一條愛心曲線經過重復調用，能形成各種美麗的圖案（如圖7），收到意想不到的效果。知識的遷移與運用不局限于此類情境，更重要的是要讓學生學會從學科邏輯遷移到生活邏輯，落實信息技術的核心素養。

結語

教師應以問題為導向，力求每節課都全身心投入對信息技術核心素養的探索，超越程序語言觀或技術工具觀，精選學生需要掌握的基本知識與技能，引導學生發展計算思維，使其能更好地在信息社會中生存、發展和創新。

參考文獻：

王園一.高中信息技術問題探究式教學模式的構建與實踐[J].中國信息技術教育，2022（21））：51-53.

本文系無錫市教育科學“十四五”規劃2021年度重點立項課題“指向學科核心素養的高中信息技術問題探究式教學研究”（立項編號：F/B/2021/01）的階段性成果。