高中信息技術教學中的問題解決與創新培養

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674-2117（2025）13—0039-04

問題起源

問題，并以解決問題為導向，開展方案設計、新知學習、實踐探索等具有創新特質的學習活動”。還原知識被創造的情境，即還原當時激發計算機科學家創造知識（科學原理）的問題情境[，讓學生以學科專家的方式思考和解決問題，經歷知識的發現、創造和建構過程，是新課標所指的具有創新特質的學習活動。由此可知，基于問題解決的知識建構[2]，是培養學生創新能力的一條有效途徑。

當前，創新人才的競爭已成為國家綜合競爭力的關鍵要素。中共中央、國務院印發的《中國教育現代化2035》文件中強調“要創新人才培養方式，推行啟發式、探究式、參與式、合作式等教學方式以及走班制、選課制等教學組織模式，培養學生的創新精神與實踐能力”。因此，教師需改進教學方式，將創新能力培養融入日常教學，使其成為教學常態，這對教育強國建設有重要的意義。

實施策略：信息技術學科創造力的培養

基于問題解決的知識建構課堂教學是如何實現對學生創新能力培養的呢？首先，具有持續發展性的互動故事情境能夠激發學生的創新動力；其次，基于知識、方法和支架的問題能夠激活學生的創新思維；再次，通過學科實踐進行新知發現、知識應用和問題解決，能夠培養學生的創新能力，進而提升學生的核心素養。其教學實踐模型如下圖所示。下面，筆者以《探秘

信息技術學科：創新能力培養的沃土

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）明確指出“基于項目的學習是指在教師引導下，學生發現計算機內的信息表示》一課為例，從情境、問題、學科實踐三個方面闡述基于問題解決的知識建構是如何培養學生創新能力的。

1.構建情境，激發創新動力

在課堂教學中，情境創設通常是不可或缺的環節，教師往往會通過創設情境引入新課，從而激發學生的學習興趣。那么，怎樣的情境才是高質量的呢？筆者認為，高質量的情境應基于課標、教材和學情，具體表現為：情境具有持續發展的故事感，能夠開展探究創新活動，且富有育人價值。

① 將學生引人探究情境。例如，在本課中，教師提出：“上節課我們探究了‘為什么有人說數據是如今這個時代的新貨幣'，計算機是處理信息的機器，那么計算機內部是如何表示信息的呢？例如這頁PPT，包含學校的建筑照片，以及經過脫敏處理的學生學校ID、班級學號、性別和姓名等信息。那么，這些不同形式的數據在計算機內部是如何表示的？”根據上節課的內容引出問題，列舉生活中的具體案例，把學生引入具體的探究情境之中。

② 引導學生與情境互動。情境并非僅用于引入新課，它更是學生探究和創新的重要對象，學生將與情境進行持續互動和具身體驗。例如，在本課的情境中，學生要探究“信息在計算機內部是如何表示的”，這個問題比較抽象，不適合直接實踐。因此，教師引導學生采用從一般到特殊的探究方法，從給出的圖片中提取三組信息 ① “男、女”兩種不同的性別； ② “高一、高二、高三”三個班級； ③ “1班，2班……10班”十個班級），讓學生分別用0和1對這三組信息進行編碼，以此模擬計算機表示信息的過程。如此一來，情境中的這三組信息便成為學生實踐的對象，學生與情境實現了真實而有效的互動。

③ 情境是持續發展且富有故事感的。例如，在本情境中，學生探秘二進制的過程是層層遞進的。首先，模仿科學家對情境中的三組信息進行計算機內的信息表示；其次，探秘用二進制表示的信息是否能夠進行計算以及如何計算；最后，探索日常生活中的十進制數能否在計算機內部進行計算。當學生探明計算機內部使用二進制數進行表示和運算后，教師展示上述三組信息二進制表示的結果，學生卻發現了一個新問題：二進制數表示的信息位數過長，閱讀起來不便。于是，教學順勢進人下一個環節：學生繼續模仿科學家，研究使二進制數簡約表示的方法一十六進制。

④ 情境必須具有育人價值。例如，在本探究情境中，學生不僅能學到學科知識，還能培養科學探究精神——當學生了解了二進制之后，教師指出，國外科學家發明二進制計算機其實也受到了中華文明的影響，如《道德經》中的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”思想，以及

“太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦”的陰陽八卦思想，厚植愛國情懷。

高質量的情境不僅能吸引學生，而且能讓學生通過親身實踐體驗，更有效、更深刻地理解知識，進而創造知識，成為學生開展創新活動的強大動力。

2.提出問題，啟迪創新思維

高質量的問題是創新的關鍵。所謂高質量問題，即：問題具有明確的方向性，通常指向學科本質和知識創新，從而為學生的創新指明方向；在明確了方向后，還需為學生提供創新方法；問題之間往往蘊含著創新的方法；小問題能起到點撥作用，助力學生創新；問題鏈能使知識結構化，幫助學生深入理解學科本質。

① 問題應指向學科本質和知識創新。例如，在學生了解了二進制之后，教師提出問題：“進制有二進制和十進制，請你設計一個區分方法，區分不同的進制，如十進制數110怎么表示？二進制數110又怎么表示？”這兩個問題指向了進制標識這一學科知識，使學科本質和學科知識成為學生創新思考的對象，引導學生深入探究。

② 問題中常常蘊含著創新的方法。例如，在本課中，在采用二進制數表示信息時，需要先解決問題：“二進制數能否表示信息及進行計算？”在本問題得到解決之后，教師緊接著提出問題：“二進制數是如何運算的？請嘗試計算101+111=？ ”觀察這兩個問題，第一個問題是在探究二進制數運算的一般特性，而計算 101+111=？ 則是一個具體的例子。通過這個例子可以歸納出二進制數加法的運算規律，而加法是其他運算的基礎，從而證明二進制是可以進行運算的。這種從個例到一般的歸納演繹，是一種常用的方法。

③ 小問題能夠起到點撥和支架的作用，助力學生創新。例如，在學生用0和1對三組信息進行編碼之后，教師提出問題：“隨著信息數量的增加，編碼的位數也相應增加。在編碼過程中，你們運用了什么技術？在什么情況下會增加位數？是加在前面還是后面？這種技術具有什么功能？”這些問題能夠引發學生的深入思考，使他們關注到0和1在編碼過程中的進位和計數這兩個關鍵點，進而發現二進制以及用二進制數表示信息等相關學科知識。又如，當用二進制數來表示各種信息時，信息的二進制數位數往往很長，給閱讀帶來極大不便。此時，教師提出問題：“能不能分組簡化呢？如手機號碼采用四位一組的分組書寫方式，人民幣金額采用三位一組的書寫方式。”通過這樣的問題引導，啟發學生采用四位一組的方式，寫出十六進制，將二進制數轉化為十六進制，從而有效減少信息的位數，提升信息的可讀性。

④ 設計問題鏈能促進知識內容的結構化。例如，在本課中設計了以下問題鏈：“計算機內部采用二進制，用二進制數來表示各種信息，那么二進制數是如何運算的？”“既然二進制數可以運算，那么十進制數計算機能否直接進行運算？”（通過學生的回答“先把十進制數轉化為二進制數再進行計算”，引出二進制數與十進制數之間的轉換問題）“在用二進制數來表示各種信息時，信息的二進制數位數往往很長，有沒有辦法進行分組簡化？”以上三個問題，從意義角度將二進制、十進制和十六進制緊密連接起來，使與二進制相關的知識內容形成了結構化的體系，從而幫助學生更好地理解計算機內用二進制數表示信息這一學科本質。

3.實踐應用，培養創新能力

真正的創新一定是落實在行動中的，基于問題解決的學科實踐是一種很好的創新知識和建構知識的實踐行動。

① 做中學，學習新知。例如，在本課中，教師安排的第一個問題是：如何用1和0表示信息？圍繞這個問題開展的實踐是——用0和1對以下三組信息進行編碼：“男、女”兩種不同的性別；“高一、高二、高三”三個班級；“1班、2班…10班”十個班級。正是在這個實踐中，學生經歷了編碼的過程，體會到了進位和計數的特征，從而發現了二進制以及二進制編碼方式。

② 做中用，實現知識遷移。在本課中，教師安排的第二個問題是：日常生活中經常使用的十進制數，計算機能否進行計算？圍繞這個問題開展的實踐是：二進制與十進制數之間的相互轉換，如11001B等于多少D，25等于多少B。正是在這個實踐中，學生經歷了進制的互相轉換，進一步理解了二進制“逢二進一”的原理，發現了二進制和十進制之間轉換的一般規律。

③ 做中創，發現新知。在本課中，教師安排的第三個問題是：觀察這張復興校門的二進制數圖片，如果在屏幕上從左到右一行一行顯示，有近4萬行，這給閱讀帶來了不便，能不能分組簡化表示呢？圍繞這個問題開展的實踐是：將1101000110100111B進行簡化表示。正是在這個實踐中，學生開展了四位一組的分組簡化實驗，寫出了十六進制，經歷了二進制與十六進制之間的轉化過程。

基于問題解決的學科實踐，通過“做中學”發現新知、“做中用”應用新知、“做中創”解決問題，實現了在知識建構過程中提升學生的核心素養。

反思與展望：信息技術教學的創新之路

1.洞察學情，拓展創新空間

在教學過程中，教師并不一定真正了解學情，主要表現為兩種情況： ① 對學生能力估計過高。例如，在本課教學中，教師認為計算機內部用0和1表示信息，學生自然就會知道用0和1表示信息就是用二進制數表示信息。然而事實是，學生在用0和1表示信息時，表現得非常隨意，他們添加位數，并不一定是基于進位的考慮，而且在信息表示過程中很少有計數的意識。在這種混亂的信息表示中，需要引導他們理解用0和1表示信息的規則，從而為理解二進制提供機會。 ② 對學生能力估計過低。例如，在二進制與十進制的相互轉換過程中，教師認為應該先由教師講解轉換規則，再讓學生模仿練習。其實，當學生學習了二進制并真正理解了“逢二進一”這一核心知識后，他們完全有能力嘗試利用這一核心知識推算二進制數和十進制數之間的轉換，這是學生對知識進行創造性應用的機會。因此，教師可以利用信息技術等手段對學生的學習進行前測，更精準地把握學情，從而為學生創造更多的創新機會。

2.教育融合，培育全面素養

創新教育、科學教育以及核心素養的培養是教育體系中三個不可或缺且至關重要的組成部分，它們相互關聯、相互促進。特別是在信息技術學科中，它們是科學教育的重要組成部分，蘊含著人類創造的豐富科學知識，這些知識不僅可供學生探究和使用，還能成為發展核心素養的有效手段。例如，在本課中，引導學生像科學家一樣探究計算機內的信息表示，讓他們發現并明確二進制數表示信息以及十六進制數簡化二進制數信息的方法。這既是科學教育的體現，通過探究計算機內部的信息表示，培養了學生的科學精神，也是創新教育的實踐，通過發現和發明新知，培養了學生的創新精神，同時，在學生探究和創新的過程中，還培養了他們的學科核心素養。

3.教師引領，共育創新人才

教師不僅是知識的傳遞者，更是創新能力的培育者。因此，教師只有具備一定的創新能力，才能有效激發和引導學生的創新思維。教師的創新能力主要體現在以下幾個方面： ① 對教學內容進行創新設計；

② 對教學方法進行創新應用； ③ 對教學評價進行創新實施。教師需要不斷更新自己的知識體系，緊跟最新的教育趨勢和技術發展，以開放的心態接納新理念、新方法。教師的創新能力不僅能提升教學質量，還能為學生樹立榜樣，激發他們的創新熱情和潛能，從而在教學過程中實現創新能力的有效傳遞和培養。

參考文獻：

[1]張華.論學科核心素養——兼論信息時代的學科教育[J.華東師范大學學報：教育科學版，2019，37（01）.55-65+166-167.

[2]余文森，龍安邦.以問題為導引：指向核心素養的課堂教學過程[J].天津師范大學學報：基礎教育版，2023，24（03）：1-6.