鄭長(zhǎng)宏+郭建+譚樂婷

STEAM課程可以粗略地分為兩條主線：知識(shí)學(xué)習(xí)主線和項(xiàng)目任務(wù)主線。知識(shí)學(xué)習(xí)主線多是通過求解例題讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本知識(shí)、基本技能和基本思想，為項(xiàng)目任務(wù)主線的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。因此，STEAM課程設(shè)計(jì)中的例題設(shè)計(jì)顯得尤為重要。筆者總結(jié)多年的信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽、機(jī)器人、圖形化編程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，特別是近年來(lái)在全年級(jí)開展的STEAM模塊化系列課程之“C++編程基礎(chǔ)”的實(shí)踐研究，得出以下例題設(shè)計(jì)策略。

● 鋪墊例題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分解任務(wù)以降低難度

STEAM課程的教育目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生分解任務(wù)的能力。在STEAM課程中，教師主要引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)（或項(xiàng)目），但很多時(shí)候這些任務(wù)的難度較大，不太容易一次就完成，所以需要把任務(wù)分解為難度相對(duì)較低、更容易完成的子任務(wù)。在設(shè)計(jì)例題時(shí)，教師也可以將其分解為多道子例題，把包含基礎(chǔ)知識(shí)的例題放到前面作為鋪墊，由易到難逐步提升。

案例一：比較兩個(gè)變量的大小，由小到大輸出。

在學(xué)習(xí)第4講《if語(yǔ)句與關(guān)系表達(dá)式》一課時(shí)，筆者準(zhǔn)備了這樣一道例題：輸入兩個(gè)不相等的數(shù)a和b，由小到大輸出。解題方法之一：如果ab，則先交換a和b的值，然后輸出a和b。解決這個(gè)題目有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是使用if語(yǔ)句對(duì)條件進(jìn)行選擇，二是交換變量a和b的值。學(xué)生認(rèn)為交換變量a和b的值只需要這樣兩條賦值語(yǔ)句：a=b；b=a。然而，這樣執(zhí)行的結(jié)果是錯(cuò)誤的，因?yàn)閍和b的值最后都是b的值。為了解決這個(gè)難點(diǎn)，筆者花了不少時(shí)間來(lái)給學(xué)生講解如何交換兩個(gè)變量值。結(jié)果，教學(xué)超時(shí)，沒有完成教學(xué)任務(wù)。

解決策略：把這道題的兩個(gè)任務(wù)分解開，把交換兩個(gè)變量a和b值的問題放到第3講《變量的定義與賦值》中，同時(shí)，筆者設(shè)計(jì)了這樣一道例題：請(qǐng)輸入變量a、b的值，然后交換變量的值，再輸出。學(xué)生通過第3講的學(xué)習(xí)，清楚地理解了交換兩個(gè)變量的值需要用到第三個(gè)變量臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，代碼如下：

t=a；a=b；b=t；

在學(xué)習(xí)《if語(yǔ)句與關(guān)系表達(dá)式》比較兩個(gè)數(shù)大小的時(shí)候，教師可以用這樣的偽代碼將程序表示如下：

if（b>a） 交換a和b的值；

輸出a的值，輸出b的值；

有了前面的鋪墊，學(xué)生理解起來(lái)就容易多了。

● 優(yōu)化例題，讓學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)化的過程

STEAM課程強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作過程就是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程。教師可以把例題設(shè)計(jì)得有些小缺陷，讓學(xué)生在解題的過程中不斷思考，不斷優(yōu)化，同時(shí)體驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)化的過程。

案例二：寶庫(kù)密碼問題的兩次改進(jìn)。

筆者在第7講《計(jì)數(shù)循環(huán)與for語(yǔ)句》中設(shè)計(jì)了這樣一道例題A：富翁有個(gè)寶庫(kù)，輸入密碼才可以打開。如果密碼正確，則提示“寶庫(kù)即將打開，請(qǐng)稍后……”；如果密碼錯(cuò)誤，則提示“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入密碼”！并再次輸入密碼，但只能輸入三次。請(qǐng)用程序模擬這個(gè)寶庫(kù)密碼。

這道例題就是一個(gè)小小的項(xiàng)目，類似于手機(jī)輸入密碼解鎖屏幕，或銀行ATM取款的過程。如果直接這樣設(shè)計(jì)例題，沒有給學(xué)生優(yōu)化改進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目的機(jī)會(huì)，學(xué)生就失去了思考的原動(dòng)力，能力的培養(yǎng)有限。

解決策略：筆者把這道例題簡(jiǎn)化成了一個(gè)不完善的例題B：富翁有個(gè)寶庫(kù)，輸入密碼才可以打開。如果密碼正確，提示“寶庫(kù)即將打開，請(qǐng)稍后……”；如果密碼錯(cuò)誤，則提示“密碼錯(cuò)誤”！請(qǐng)用程序模擬這個(gè)密碼寶庫(kù)。筆者把這道例題設(shè)置在《if語(yǔ)句與關(guān)系表達(dá)式》一課中，當(dāng)學(xué)生調(diào)試成功以后，有位學(xué)生提出這樣的疑問：“老師，輸入錯(cuò)誤密碼，程序要終止，這時(shí)還要再運(yùn)行一次程序，才能輸入正確密碼。這太麻煩了，如何才能在輸入錯(cuò)誤密碼之后，程序報(bào)錯(cuò)但不停止運(yùn)行，直接再次輸入密碼呢？”筆者在全班表?yè)P(yáng)了這位勤于思考的學(xué)生，也順理成章地在第5講《while語(yǔ)句與邏輯表達(dá)式》用例題B的改進(jìn)版例題C作為引入。

改進(jìn)后的例題C是這樣的：富翁有個(gè)寶庫(kù)，輸入密碼才可以打開。如果密碼正確，提示“寶庫(kù)即將打開，請(qǐng)稍后……”；如果密碼錯(cuò)誤，則提示“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入密碼”！請(qǐng)用程序模擬這個(gè)密碼寶庫(kù)。學(xué)生使用while語(yǔ)句調(diào)試成功以后，又提出問題：“密碼錯(cuò)誤可以一直輸入密碼，直到密碼正確。我同桌都把我的密碼試出來(lái)了！”筆者：“那怎么優(yōu)化呢？”學(xué)生：“我覺得應(yīng)該限定次數(shù)，比如三次，手機(jī)就是這樣的。”

筆者又順勢(shì)設(shè)計(jì)出了較為完善的例題，也就是最開始的第7講的例題A。

于是，例題B只判斷密碼是否正確；例題C判斷密碼是否正確，如果錯(cuò)誤要求重新輸入密碼；例題A判斷密碼是否正確，如果密碼錯(cuò)誤要求重新輸入，但只能輸入三次。

通過對(duì)例題B、C、A三個(gè)版本的設(shè)計(jì)，讓例題不斷優(yōu)化。這不僅讓學(xué)生的思考步步深入，還讓學(xué)生體驗(yàn)到了STEAM項(xiàng)目?jī)?yōu)化的過程。

● 多解例題，讓學(xué)生從多角度思考問題

一題多解，能夠讓學(xué)生從多個(gè)角度觀察問題、思考問題，在STEAM教學(xué)過程中可多加運(yùn)用。

案例三：三個(gè)變量a，b，c排序的問題。

為了引入if語(yǔ)句的嵌套和邏輯表達(dá)式，筆者設(shè)計(jì)了例題：給a、b、c三個(gè)數(shù)排序，由大到小輸出。

首先，筆者給出了較為困難的使用if語(yǔ)句的嵌套的解法一：先判斷a>b，再分情況判斷b>c，然后再分情況判斷a>c。具體求解思維導(dǎo)圖如圖1所示。

學(xué)生看到上面的層疊關(guān)系就覺得很難，再看到密密麻麻的程序代碼時(shí)，更感覺是一頭霧水。筆者順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)第二種解法：利用學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)，不難分析出這樣六種關(guān)系：①a>b>c；②a>c>b；③b>a>c； ④b>c>a；⑤c>a>b；⑥c>b>a。

可以用六條不帶else的if語(yǔ)句解決，思路如下：

① if（a>b>c），輸出“a>b>c”；

② if（a>c>b），輸出“a>c>b”；

③ if（b>a>c），輸出“b>a>c”；

④ if（b>c>a），輸出“b>c>a”；

⑤ if（c>a>b），輸出“c>a>b”；

⑥ if（c>b>a），輸出“c>b>a”；

但是新的問題來(lái)了，C++語(yǔ)言雖然允許類似“a>b>c”的表達(dá)式，但“a>b>c”并不表示“a>b并且b>c”。于是，筆者引入邏輯運(yùn)算符和邏輯表達(dá)式“a>b&&b>c”來(lái)表示“a>b并且b>c”。

筆者帶著學(xué)生總結(jié)了解法一的主要特點(diǎn)是if語(yǔ)句的嵌套，解法二的主要特點(diǎn)是分情況討論。當(dāng)學(xué)生認(rèn)為問題圓滿解決的時(shí)候，筆者又提出：“我們可以綜合解法一和解法二的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)既簡(jiǎn)單又不需要邏輯運(yùn)算符的解法?！蓖ㄟ^思考，有學(xué)生綜合了解法一的嵌套和解法二的分情況討論，得出了解法三：運(yùn)用不帶else的if語(yǔ)句的嵌套，用偽代碼表示如下：

① if（a>b）if（b>c），輸出“a>b>c”；

② if（a>c）if（c>b），輸出“a>c>b”；

③ if（b>a）if（a>c），輸出“b>a>c”；

④ if（b>c）if（c>a），輸出“b>c>a”；

⑤ if（c>a）if（a>c），輸出“c>a>b”；

⑥ if（c>b）if（b>a），輸出“c>b>a”；

同一例題，從多個(gè)角度思考，運(yùn)用不同的方法求解，拓寬了學(xué)生思維的廣度。

● 改編例題，讓學(xué)生注重解決問題的過程和方法

STEAM教育是注重過程和方法的教育。教師通過改編例題可以讓學(xué)生關(guān)注解題的過程和方法，而不僅僅是答案。

案例四：1到100的整數(shù)和求解問題。

在for循環(huán)的經(jīng)典例題中，“求1+2+3+……+100的和”是最常見的例題。筆者也使用過這道例題來(lái)講解for語(yǔ)句，但學(xué)生往往看到這道題就想到它的結(jié)果是5050。因?yàn)檫@道題在數(shù)學(xué)課上已經(jīng)學(xué)習(xí)過了，利用求等差數(shù)列和的方法（首項(xiàng)+末項(xiàng)）×項(xiàng)數(shù)÷2可以輕松算出結(jié)果。但為了讓學(xué)生掌握for語(yǔ)句計(jì)數(shù)循環(huán)的方法，即通過for循環(huán)和語(yǔ)句“sum=sum+；”把每一個(gè)數(shù)加起來(lái)，筆者把例題改編成求20+21+23+……+108，改編后，學(xué)生不容易一眼算出結(jié)果，就把注意力集中到使用for語(yǔ)句求解的問題上來(lái)。

● 美化例題，讓學(xué)生領(lǐng)略編程之美

在“C++編程基礎(chǔ)”教學(xué)中，筆者注重美化例題，把藝術(shù)教育融入到C++代碼的字里行間和程序格式的排列縮進(jìn)之間，讓學(xué)生在潛移默化中領(lǐng)略編程之美。

案例五：編寫一個(gè)小小的計(jì)算器程序。

排版優(yōu)美的程序代碼，不僅利于閱讀，而且可以感受到C++的代碼之美。在學(xué)習(xí)if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句的時(shí)候，有這樣一道例題：編寫一個(gè)小小的計(jì)算器程序，輸入變量a和b，再輸入+、-、*、/中的一個(gè)符號(hào)，完成相應(yīng)的計(jì)算，輸出答案。筆者在講解該例題時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)書寫的規(guī)范性，即代碼的縮進(jìn)與對(duì)齊，程序部分代碼如圖2所示。

以上是編寫程序時(shí)體現(xiàn)出的代碼美感，還可讓程序輸出結(jié)果也體現(xiàn)出美感。

案例六：運(yùn)用二重循環(huán)輸出圖形符號(hào)。

學(xué)習(xí)循環(huán)語(yǔ)句的嵌套可以通過使用二重循環(huán)輸出特定的圖形符號(hào)來(lái)練習(xí)。筆者設(shè)計(jì)了如圖3所示的圖形，編制例題，讓學(xué)生學(xué)習(xí)二重循環(huán)的使用。

由此可見，美化例題是讓例題在設(shè)計(jì)中融入藝術(shù)教育，讓學(xué)生潛移默化地感受編程之美。

合理運(yùn)用例題設(shè)計(jì)策略精心設(shè)計(jì)例題，讓學(xué)生在STEAM課程中學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)思維，增長(zhǎng)能力。這需要教師不斷探索，不斷實(shí)踐。endprint