邢寅玲

摘 要： 文章從學(xué)生在校進(jìn)行圖書借閱中存在的圖書查詢設(shè)備少、借閱時間有限、排隊(duì)等候等問題入手，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的過程與方法，設(shè)計(jì)模擬圖書查詢算法，幫助學(xué)校師生解決圖書查詢中的低效問題;在設(shè)計(jì)解決問題中，落實(shí)“從生活實(shí)際出發(fā)，概述算法的概率與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法”的單元課標(biāo)內(nèi)容與學(xué)業(yè)要求以及學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 真實(shí)情境;問題求解;單元整體教學(xué)

中圖分類號： G633.67??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A??? 文章編號： 1673-8918（2022）08-0014-04

一、 引言

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀》在滲透項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程與方法中提到“引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的問題情境中學(xué)習(xí)技術(shù)工具，理解科學(xué)方法，并利用技術(shù)工具和學(xué)科方法解決問題”，基于真實(shí)問題求解的單元學(xué)習(xí)有利于將學(xué)生信息能力的發(fā)展貫穿于任務(wù)確定、策略分析、信息檢索與獲取、信息應(yīng)用、過程與結(jié)果評價的學(xué)習(xí)過程中。筆者以粵教版信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》第三單元《算法基礎(chǔ)》為例，將圖書借閱環(huán)節(jié)中圖書查找的低效問題的求解與“算法”這一學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)與應(yīng)用緊密結(jié)合起來，進(jìn)行單元整體教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，助力學(xué)生信息素養(yǎng)的提升。

二、 問題求解與單元教學(xué)

問題求解是指問題解決者結(jié)合當(dāng)時的問題情境，針對問題采用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ哌M(jìn)行實(shí)踐活動，從而走出未知狀態(tài)的過程。美國著名教學(xué)設(shè)計(jì)專家喬納森認(rèn)為問題求解是一種注重學(xué)習(xí)主動性、建構(gòu)性、意圖性、真實(shí)性和合作性的有意義的學(xué)習(xí)。問題求解一般會經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、尋求策略、嘗試解答和效果評價五個階段。

單元教學(xué)屬于系統(tǒng)化以及科學(xué)化的教學(xué)方式，通過組成單元的核心概念在相關(guān)內(nèi)容上的聯(lián)系，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)有效聯(lián)系在一起。借助單元學(xué)習(xí)方式，學(xué)生可以獲取單元核心概念上更具有系統(tǒng)性的知識，有效提升學(xué)習(xí)技能。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)具有典型實(shí)踐性的特點(diǎn)，遵循學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)以及心理發(fā)展規(guī)律，認(rèn)真選取單元項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題，以此構(gòu)成具備系統(tǒng)性以及序列性的單元課程學(xué)習(xí)內(nèi)容框架。

三、 問題求解與單元學(xué)習(xí)之間的關(guān)系

從心理學(xué)的角度看，“問題求解”就是從現(xiàn)有狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的問題解決過程。將學(xué)習(xí)過程放置到真實(shí)問題的求解過程中，符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)理論，教師根據(jù)單元教學(xué)內(nèi)容和要求，圍繞“核心概念”創(chuàng)設(shè)問題情境，基于學(xué)生現(xiàn)有的心理認(rèn)知、知識技能水平進(jìn)行頭腦風(fēng)暴發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，結(jié)合實(shí)踐體驗(yàn)嘗試構(gòu)建問題求解模型（策略），在模型（策略）的引領(lǐng)下，進(jìn)行新知的探究與學(xué)習(xí)，形成新的知識與技能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)問題的求解并進(jìn)行效果的評價。在問題情境的引導(dǎo)下，學(xué)生收集數(shù)據(jù)，思考討論，提出質(zhì)疑，引發(fā)辯論，進(jìn)行批判性思考與實(shí)踐探究，得出結(jié)論，學(xué)生思維在問題求解中不斷發(fā)展、升華。問題求解過程與單元學(xué)習(xí)之間的映射關(guān)系如圖1所示：

四、 基于真實(shí)問題求解的單元教學(xué)設(shè)計(jì)策略

（一）研讀課標(biāo)與教材，確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)是信息技術(shù)教師實(shí)施課堂教學(xué)活動的指導(dǎo)性文件，規(guī)定了信息技術(shù)學(xué)科的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、內(nèi)容目標(biāo)以及實(shí)施建議。因此，教師需要準(zhǔn)確理解課標(biāo)內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求上，梳理教材內(nèi)容的組織方式與呈現(xiàn)方法，列出學(xué)生單元學(xué)習(xí)需要達(dá)成的目標(biāo)清單以及單元學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)。

粵教版信息技術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》中《算法基礎(chǔ)》單元承載的課標(biāo)內(nèi)容要求為“從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概率與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單的算法”，需要達(dá)成的學(xué)業(yè)要求是“依據(jù)解決問題的需要，設(shè)計(jì)和表示簡單算法”，據(jù)此學(xué)生需要在理解“算法”這一學(xué)科概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際問題的需要，運(yùn)用“算法基礎(chǔ)”知識以及數(shù)字化工具開展學(xué)習(xí)，解決問題，形成運(yùn)用計(jì)算機(jī)求解問題的學(xué)科素養(yǎng)。

教材在本單元的內(nèi)容組織上由“體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程”“算法及其描述”“計(jì)算機(jī)程序與程序設(shè)計(jì)語言”三節(jié)組成。通過組織學(xué)生開展“設(shè)計(jì)從A市到B市耗時最少的旅行路線方案”項(xiàng)目范例的探究活動，了解人工解決問題過程與計(jì)算機(jī)解決問題過程的差異性，體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的高效與便捷，通過探究“方程6x+5y+4z=50的正整數(shù)解的個數(shù)t”的求解過程，理解算法、算法特征、算法的描述以及三種基本控制結(jié)構(gòu)等知識;通過探究“什么是計(jì)算機(jī)程序語言”這一任務(wù)，了解計(jì)算機(jī)程序、計(jì)算機(jī)工作原理以及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言等知識，通過3個探究活動的開展，將“算法”這一核心概念的知識構(gòu)建、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入解決問題和完成任務(wù)的過程中，促進(jìn)本單元對應(yīng)課標(biāo)的學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成，完成單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。教材在處理上緊緊圍繞單元核心概念“算法”組織教學(xué)內(nèi)容，在知識的銜接上由表及里，層層遞進(jìn)，但項(xiàng)目范例在教材中僅“體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程”這一內(nèi)容時有體現(xiàn)，在“算法及其描述”“計(jì)算機(jī)成員與程序設(shè)計(jì)語言”內(nèi)容上沒有繼續(xù)該范例的相關(guān)性探究活動，不利于學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)完整性的體驗(yàn)。

因此通過對課標(biāo)、教材的仔細(xì)閱讀，《算法基礎(chǔ)》需要達(dá)成的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：能夠概述并理解算法的概念與特征;能夠知道算法的描述方法以及三種基本控制結(jié)構(gòu);能夠根據(jù)問題需要，選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行算法描述（難點(diǎn)）;能夠了解計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行過程以及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展歷程與特點(diǎn)。

（二）細(xì)究目標(biāo)與學(xué)情，設(shè)計(jì)單元學(xué)習(xí)主題活動

課標(biāo)內(nèi)容要求以及學(xué)業(yè)要求是每個學(xué)生均需達(dá)成的基本學(xué)習(xí)目標(biāo)，而學(xué)生個體學(xué)習(xí)均有差異性，如何在確保達(dá)成基本學(xué)習(xí)目標(biāo)基礎(chǔ)上，使得每個學(xué)生都能有所成長，達(dá)成學(xué)科的核心素養(yǎng)，需要教師在單元學(xué)習(xí)目標(biāo)清單基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生情況進(jìn)行科學(xué)有效的單元學(xué)習(xí)活動的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)階段高中信息技術(shù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)普遍存在以下問題：①組建項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組具有盲目性，小組合作意識薄弱。由于高中生身心發(fā)展不成熟，學(xué)生多數(shù)普遍遵從個人喜好出發(fā)，同時個人主義強(qiáng)，不善于傾聽和接受他人的意見，學(xué)生間的信息素養(yǎng)差異大等方面，均一定程度上影響了小組合作交流學(xué)習(xí)的有效性。經(jīng)了解，超過一半的學(xué)生在小組學(xué)習(xí)過程中很少甚至從不發(fā)表自己的觀點(diǎn)和建議，這也反映出教師缺乏對學(xué)生小組建設(shè)以及小組合作交流的引導(dǎo)與干預(yù)能力。②開放的項(xiàng)目選題具有隨意性，學(xué)生選題往往從自己的喜好出發(fā)，對選題的科學(xué)性、可行性、實(shí)用性等考慮得較少，使得項(xiàng)目學(xué)習(xí)缺乏深度和廣度，學(xué)習(xí)的有效性較差。③學(xué)生前期知識技能儲備不足，項(xiàng)目學(xué)習(xí)往往涉及一個或多個學(xué)科知識的融合應(yīng)用，不能獨(dú)立于知識技能而單獨(dú)存在。在教學(xué)實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對前期必備知識技能的掌握能力較差，對基本概念原理知識的理解不到位，不能做到學(xué)以致用，使得項(xiàng)目學(xué)習(xí)出現(xiàn)了預(yù)設(shè)目標(biāo)大、實(shí)施中效果弱、師生磨合差的現(xiàn)象。

基于以上問題考慮，在《算法基礎(chǔ)》單元中將教材中“設(shè)計(jì)從A市到B市耗時最好的旅行路線方案”項(xiàng)目學(xué)習(xí)范例調(diào)整為基于學(xué)生現(xiàn)有知識技能，可體驗(yàn)、可感知的圖書借閱這一真實(shí)場景中的低效問題的求解方案的設(shè)計(jì)，將問題的求解化解為三個彼此關(guān)聯(lián)、層層深入的探究活動，分別是：活動一，明確問題，構(gòu)思求解方案，由感知現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸因分析，找出存在的問題，結(jié)合學(xué)生日常生活學(xué)習(xí)中對信息的檢索體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生小組思考運(yùn)用計(jì)算機(jī)這一數(shù)字化工具進(jìn)行問題求解的可行性與優(yōu)越性分析，幫助學(xué)生構(gòu)建人工解決問題的過程與運(yùn)用計(jì)算機(jī)等數(shù)字化工具解決問題的過程的差異性，樹立使用信息技術(shù)解決問題的積極性與主動性;活動二，理清脈絡(luò)，設(shè)計(jì)方案，由構(gòu)思方案中得出的可行性方案出發(fā)，進(jìn)行方案的落實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對常用查詢系統(tǒng)的功能分析，思考總結(jié)方案中查詢小助手應(yīng)具有的功能以及功能實(shí)現(xiàn)的策略，通過本活動的開展，幫助學(xué)生自主構(gòu)建“算法”知識技能體系;活動三，程序小體驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化方案，在方案功能實(shí)現(xiàn)算法基礎(chǔ)上，通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)行參考程序，嘗試調(diào)整參數(shù)，驗(yàn)證方案的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，幫助學(xué)生理解運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程解決問題的過程與方法以及程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展歷程。通過三個循序漸進(jìn)的探究活動，將圖書查詢這一問題求解方案的設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)與“算法基礎(chǔ)”單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)緊密的聯(lián)系在一起，學(xué)生通過自主探究、交流與合作的學(xué)習(xí)方式，體驗(yàn)利用信息技術(shù)獲取、分析、判斷、加工、綜合、創(chuàng)新、發(fā)布信息的過程，圍繞學(xué)科核心概念“算法”自主構(gòu)建運(yùn)用數(shù)字化工具進(jìn)行問題求解的過程與方法。

（三）圍繞問題—任務(wù)—活動，實(shí)施分課時單元學(xué)習(xí)活動

結(jié)合學(xué)習(xí)目標(biāo)、教材內(nèi)容組織以及單元學(xué)習(xí)主題活動，進(jìn)行分課時的教學(xué)實(shí)施，在分課時中圍繞求解問題的漸進(jìn)關(guān)系，會出現(xiàn)新的未知問題，根據(jù)新產(chǎn)生的未知問題與單元內(nèi)容之間的關(guān)系，組織分課時的教學(xué)活動，明確教學(xué)的環(huán)節(jié)。在圖書借閱情境中建立“圖書查詢”設(shè)計(jì)這一主題問題，并圍繞該主題問題的提出、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、呈現(xiàn)等流程，構(gòu)建運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程解決問題中關(guān)于“算法”這一核心學(xué)科概念的體系學(xué)習(xí)。本次主題活動共由3課時完成，分別是：第一課時：3.1體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程——明確問題，構(gòu)思求解方案;第二課時：3.2算法及其描述——理清求解脈絡(luò)，設(shè)計(jì)方案;第三課時：3.3計(jì)算機(jī)程序與程序設(shè)計(jì)語言——程序小體驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化方案?，F(xiàn)以第一課時為例，進(jìn)行分課時“問題—任務(wù)—活動”教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

（1）創(chuàng)設(shè)情境，引出問題：觀看教師錄制的一段高峰時期學(xué)校圖書館圖書借閱場景視頻，結(jié)合自己的圖書借閱經(jīng)歷，打開教師提供的鏈接，將你在圖書借閱過程中遇到過哪些問題，又是如何解決的，發(fā)表在padlet在線網(wǎng)頁平臺上。

（設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生直接感受或日常生活經(jīng)歷出發(fā)，增加學(xué)生的代入感，易于激起學(xué)生參與問題討論的意愿，進(jìn)入學(xué)習(xí)、思考狀態(tài)，同時，借助padlet在線平臺，進(jìn)行觀點(diǎn)的表達(dá)，易于消除學(xué)生學(xué)習(xí)前的消極情緒與盲目性，達(dá)到動情入境的目的。）

（2）請結(jié)合padlet網(wǎng)頁中同學(xué)們發(fā)表的各種問題，3人一組建立“圖書借閱中存在的問題”清單，小組分析、討論、記錄清單中問題的求解方法，填寫小組單元學(xué)習(xí)記錄冊，并將小組整理的問題清單截圖發(fā)表在padlet網(wǎng)頁平臺中。

（設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)匯總情境中存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題，借助在線平臺直觀展示觀點(diǎn)，可以讓更多的學(xué)生打開思路，參與到課堂活動中，變被動為主動。）

（3）請從各小組認(rèn)真查看padlet頁面的問題清單截圖，挑選出清單問題描述清楚、問題解決方法可行的2組，進(jìn)行對比分析，這些解決方法中哪些是屬于人工解決問題？哪些是利用計(jì)算機(jī)中數(shù)字化工具進(jìn)行問題解決？這兩種解決問題的方法有何異同？填寫在小組單元學(xué)習(xí)記錄冊中，并進(jìn)行分享。

在學(xué)生分享的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考總結(jié)該情境下，人工解決問題是根據(jù)個體已有的經(jīng)驗(yàn)和知識確定問題解決的方法，從而解決問題;計(jì)算機(jī)解決問題是通過已有的數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)一類需求問題的求解，更高效便捷。雖然圖書館已有的查詢工具效率高，但設(shè)備數(shù)少、設(shè)備開放查詢端口涉及費(fèi)用問題，學(xué)校無法提供更多的查詢設(shè)備，我們是否可以借鑒查詢機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)，通過編寫計(jì)算機(jī)程序的方式解決這一問題呢？

（設(shè)計(jì)意圖：以學(xué)生提交的數(shù)據(jù)和現(xiàn)有認(rèn)知基礎(chǔ)為起點(diǎn)，進(jìn)行人工解決問題與計(jì)算機(jī)解決問題方式方法的探究，更易于學(xué)生加深理解，同時提出新的需求問題，并給出可供參考的方案，幫助學(xué)生有問題分析進(jìn)入運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程解決問題的方案的構(gòu)思。）

（4）請閱讀教材P46～P47計(jì)算機(jī)解決問題的過程，小組思考、討論回答以下問題：在實(shí)現(xiàn)圖書查詢功能進(jìn)行問題分析環(huán)節(jié)，需要分析哪些要素？請用語言描述Excel表格中數(shù)據(jù)的查找功能實(shí)現(xiàn)過程。你知道的程序設(shè)計(jì)語言有哪些？將討論結(jié)果記錄在小組單元學(xué)習(xí)記錄冊中。

（設(shè)計(jì)意圖：計(jì)算機(jī)解決問題的過程是本次課的重點(diǎn)，通過學(xué)生個體自主閱讀，形成關(guān)于該知識的一個基本了解，隨后結(jié)合情境問題需要，進(jìn)行小組討論，修正個體理解的偏差，完成課時對應(yīng)的課標(biāo)內(nèi)容要求。）

（5）各小組結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容，討論、記錄編程實(shí)現(xiàn)“圖書查詢”功能，小組需要學(xué)習(xí)的知識技能清單，可參考教師提供的未知知識清單思維導(dǎo)圖案例，運(yùn)用百度腦圖在線思維導(dǎo)圖制作工具制作本小組的單元新知學(xué)習(xí)清單，并截圖粘貼到小組單元學(xué)習(xí)記錄冊中。

（設(shè)計(jì)意圖：通過案例與思維導(dǎo)圖工具，幫助學(xué)習(xí)小組構(gòu)建小組問題求解的新知學(xué)習(xí)清單，理清編程求解問題思路，完成課時學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時建立學(xué)習(xí)期待，為后續(xù)學(xué)習(xí)指明方向，易于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。）

（四）建立多元評價體系，教—學(xué)—評相一致

圍繞“問題—任務(wù)—活動”的單元學(xué)習(xí)實(shí)施過程中，將情境問題求解分解為一對一的驅(qū)動任務(wù)，通過小組單元學(xué)習(xí)活動手冊，形成小組單元學(xué)習(xí)過程的有效反饋;借助網(wǎng)絡(luò)在線交流與測評平臺，進(jìn)行生生反饋、師生反饋，及時進(jìn)行新知技能學(xué)習(xí)的適時反饋與評價;在小組成果交流與展示中，進(jìn)行小組學(xué)習(xí)過程與成果量化，形成單元學(xué)習(xí)的終結(jié)性評價，并記錄在單元學(xué)習(xí)活動記錄冊中，激勵學(xué)習(xí)小組繼續(xù)揚(yáng)長避短，發(fā)揮個體與團(tuán)隊(duì)的力量，促使個體與團(tuán)隊(duì)均能完成預(yù)設(shè)的成長目標(biāo)。

經(jīng)實(shí)踐證明，在真實(shí)的問題情境中，學(xué)生在實(shí)際活動中通過親身體驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)行一系列的假設(shè)、推理、檢驗(yàn)的活動而增長新的經(jīng)驗(yàn)與技能，獲得問題解決，使學(xué)生的興趣和才能得到自由和發(fā)展。因此，在單元教學(xué)活動設(shè)計(jì)過程中，教師通過組織學(xué)生借助padlet、愛莫腦圖等在線平臺幫助小組進(jìn)行交流、頭腦風(fēng)暴、工作認(rèn)領(lǐng)等團(tuán)隊(duì)工作，進(jìn)行分享情境現(xiàn)象提出問題，根據(jù)現(xiàn)有的認(rèn)知基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建可供借鑒的問題求解模型;在參考模型的基礎(chǔ)上，擬定問題清單，通過提供微課資源、思維導(dǎo)圖、問卷星等資源幫助學(xué)生個體進(jìn)行新知的自主探究與檢測，進(jìn)而完成主題活動中的分解任務(wù);在解決問題清單，完成新知學(xué)習(xí)與問題求解后，學(xué)生借助寫得、騰訊文檔等在線協(xié)作工具編輯文檔完成團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目成果的匯報與主題活動相關(guān)文檔資料的整理，完成自評工作;在成果展示與交流過程中，要求小組注重進(jìn)行過程性資料的展現(xiàn)與團(tuán)隊(duì)成員的收獲以及問題求解的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行，完成互評與教師評價環(huán)節(jié)。在問題求解過程中充分發(fā)揮小組團(tuán)隊(duì)的信息共享作用以及團(tuán)隊(duì)信息加工處理能力，同時遵從學(xué)生個體學(xué)習(xí)的差異性，借助網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行個體新知的自主學(xué)習(xí)與應(yīng)用，提高了學(xué)生課堂的參與度與實(shí)踐性，利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與交流表達(dá)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝云，陳芳芳，鐘志賢.基于問題求解的微課程設(shè)計(jì)模式研究[J].中國遠(yuǎn)程教育，2015（5）：48.

[2]任友群，黃榮懷.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.