俞曉波

摘要：本文基于問(wèn)題探究教學(xué)模式，以“理科生的浪漫——利用Python自定義函數(shù)體驗(yàn)數(shù)學(xué)之美、程序之美”為主題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的問(wèn)題情境，分析分解問(wèn)題，引領(lǐng)探究問(wèn)題，為如何落實(shí)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了參考案例。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng)；問(wèn)題探究；Python程序設(shè)計(jì)；自定義函數(shù)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）02-0041-03

當(dāng)前，高中信息技術(shù)課程教學(xué)重心逐步從以往應(yīng)用軟件教學(xué)轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)與計(jì)算”，編程教育越來(lái)越被重視。但在日常編程教學(xué)中，以下兩個(gè)問(wèn)題日漸突出：一是過(guò)分強(qiáng)調(diào)編程的知識(shí)和技巧，學(xué)生只是機(jī)械地掌握程序的基本語(yǔ)法和結(jié)構(gòu)，不善于通過(guò)理解算法來(lái)探求相應(yīng)的程序代碼，遇到問(wèn)題往往束手無(wú)策。二是缺乏情境化教學(xué)，缺乏對(duì)方法和規(guī)律的總結(jié)提煉，不善于運(yùn)用算法思維靈活解決不同情境中的問(wèn)題。面對(duì)這些問(wèn)題，筆者以“理科生的浪漫——利用Python自定義函數(shù)體驗(yàn)數(shù)學(xué)之美、程序之美”為例進(jìn)行了問(wèn)題探究式教學(xué)實(shí)踐，下面，從四個(gè)階段來(lái)具體闡述。

第一階段：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)主題情境

1.研究教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)流程

本課是自定義函數(shù)的復(fù)習(xí)課，傳統(tǒng)教學(xué)形式是逐一分析自定義函數(shù)的考點(diǎn)，再結(jié)合考試練習(xí)系統(tǒng)中的一些“真題”進(jìn)行程序填充練習(xí)，但最終學(xué)生只是機(jī)械地記住了一些零散的方法和格式，各知識(shí)點(diǎn)之間缺少有效銜接，沒(méi)有建立起編程的思維邏輯?；诖?，筆者整合自定義函數(shù)的相關(guān)考點(diǎn)，并結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，采用問(wèn)題探究式教學(xué)模式進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)流程如圖1所示。

2.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，落實(shí)核心素養(yǎng)

自定義函數(shù)的本質(zhì)是方便實(shí)現(xiàn)代碼的重復(fù)使用，用來(lái)求解階乘的累加之和，此類問(wèn)題比較典型。這類問(wèn)題思維邏輯性強(qiáng)，學(xué)生常常云里霧里，無(wú)法抓住問(wèn)題的本質(zhì)。由此，筆者想到了調(diào)用turtle繪圖庫(kù)中的內(nèi)置函數(shù)來(lái)繪制愛(ài)心圖案，再將相應(yīng)代碼段，修改成自定義函數(shù)，重復(fù)調(diào)用函數(shù)，得到愛(ài)心組合圖案。這種方法生動(dòng)形象，一目了然地呈現(xiàn)了自定義函數(shù)方便復(fù)用的本質(zhì)，還涉及第三方模塊的導(dǎo)入。同時(shí)，從turtle愛(ài)心得到啟發(fā)，想到笛卡爾愛(ài)心曲線，曲線對(duì)應(yīng)的r=a（1-sinθ）被稱為最浪漫的方程?！皵?shù)學(xué)之美”和“程序之美”相得益彰，程序設(shè)計(jì)課被賦予了故事和內(nèi)涵。

3.提出問(wèn)題，優(yōu)化課題名稱

通過(guò)上述分析，本課要解決的問(wèn)題呼之欲出，即如何利用Python的自定義函數(shù)，探索體驗(yàn)“數(shù)學(xué)之美”“程序之美”。因此，筆者修改了課例名稱，把原來(lái)的“自定義函數(shù)復(fù)習(xí)”改成“理科生的浪漫——利用Python自定義函數(shù)體驗(yàn)‘?dāng)?shù)學(xué)之美、程序之美’”。

4.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課題

課前，筆者整理關(guān)于“理科生的浪漫”的素材，包含數(shù)學(xué)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(shù)的知識(shí)要點(diǎn)，將其作為背景資料發(fā)給學(xué)生供課前閱讀。課中，創(chuàng)設(shè)情境，利用視頻導(dǎo)入，引出主題——理科生的浪漫。

第二階段：分析分解問(wèn)題，明確任務(wù)

問(wèn)題一：如何利用自定義函數(shù)繪制笛卡爾愛(ài)心曲線的多種組合？

教師可引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)回顧自定義函數(shù)的基本知識(shí)，然后按照以下步驟推進(jìn)：①給出利用Matplotlib庫(kù)繪制笛卡爾曲線的代碼（如圖2），運(yùn)行程序，展示愛(ài)心曲線（如圖3）。②引領(lǐng)學(xué)生分析問(wèn)題，找出其中需要復(fù)用的代碼。③將需要復(fù)用的代碼定義成含一個(gè)參數(shù)的函數(shù)。④調(diào)用函數(shù)，嘗試畫出不同大小的多條愛(ài)心曲線。⑤引導(dǎo)學(xué)生定義和調(diào)用含兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)，畫出一組大小不同、色彩各異的愛(ài)心曲線。

問(wèn)題二：如何將turtle愛(ài)心圖案修改成“花的形狀”？

這個(gè)問(wèn)題由學(xué)生自主探究完成，自主探究過(guò)程如下：①打開(kāi)下發(fā)的愛(ài)心圖案代碼（如圖4），運(yùn)行后得到一個(gè)turtle函數(shù)庫(kù)繪制的愛(ài)心圖案（如圖5）。②查看代碼，模仿第一個(gè)活動(dòng)，自行探究，繪制出“花形”圖案，也可以是其他圖案。

問(wèn)題三：如何寫一封理科生的“情書”？

前面兩個(gè)問(wèn)題都是繪圖，能非常直觀地幫助學(xué)生理解自定義函數(shù)可以復(fù)用的優(yōu)勢(shì)，函數(shù)的定義和調(diào)用更簡(jiǎn)潔易懂，能有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。但其函數(shù)體中可以復(fù)用的代碼學(xué)生不是很熟悉，其功能是通過(guò)解釋語(yǔ)句或運(yùn)行程序得到圖像后才明確的。

問(wèn)題三所用程序代碼的設(shè)計(jì)則是要彌補(bǔ)這個(gè)小瑕疵，采用的函數(shù)體最好是學(xué)生熟悉的代碼，且程序運(yùn)行的結(jié)果最好能呼應(yīng)課堂的主題。筆者由“理科生的浪漫”主題想到，數(shù)學(xué)家笛卡爾的一個(gè)方程即是一封情書，簡(jiǎn)潔又含蓄。那么學(xué)編程的是否也可以寫一封含蓄的“情書”？因此有了如下設(shè)計(jì)：源程序只有數(shù)字和其他代碼，運(yùn)行程序后輸出漢字。只是，在課堂上輸出的不是情書，而是“數(shù)學(xué)之美、程序之美”，呼應(yīng)主題。再在練習(xí)的難度和形式上做一些細(xì)節(jié)處理，用注釋語(yǔ)句給出ord（）函數(shù)的用法，溫習(xí)舊知。同時(shí)，根據(jù)學(xué)業(yè)水平測(cè)試的難度，以程序填充的方式將問(wèn)題三作為課堂練習(xí)（如圖6）讓學(xué)生自主完成。

第三階段：設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方案，相互交流分享

在問(wèn)題探究式教學(xué)的第三個(gè)階段，教師可選擇點(diǎn)評(píng)、自評(píng)、互評(píng)等方式進(jìn)行作品的交流與分享，并適時(shí)點(diǎn)撥，及時(shí)引導(dǎo)，適當(dāng)點(diǎn)評(píng)，鼓勵(lì)協(xié)助創(chuàng)新，滲透信息社會(huì)的責(zé)任意識(shí)。

本課的分享與交流環(huán)節(jié)，主要采用以下方法進(jìn)行：①分享優(yōu)秀學(xué)生作品，引導(dǎo)學(xué)生探索改進(jìn)；②教師適時(shí)給予學(xué)生幫助，進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)，并關(guān)注學(xué)生解決問(wèn)題的進(jìn)度；③鼓勵(lì)學(xué)生相互討論、相互協(xié)助、勇于創(chuàng)新；④要求學(xué)生將自己的成果文件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教師進(jìn)行分享和點(diǎn)評(píng)。需要重點(diǎn)關(guān)注的是，是否有學(xué)生利用Python的計(jì)數(shù)循環(huán)語(yǔ)句來(lái)調(diào)用自定義函數(shù)，用這種方法調(diào)用函數(shù)能繪制出令人驚喜的圖像，這部分學(xué)生的融會(huì)貫通能力較強(qiáng)，要加以肯定，發(fā)揮其榜樣的作用。

第四階段：解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的概括與遷移

在問(wèn)題探究式教學(xué)的第四個(gè)階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行梳理，總結(jié)問(wèn)題解決方案中的核心知識(shí)的應(yīng)用，形成解決類似問(wèn)題的普適思路。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的概括能力、思維能力能得到很好的發(fā)展。學(xué)生切身體會(huì)了“代碼復(fù)用”的意義，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是可以幫人“偷懶”。一條愛(ài)心曲線經(jīng)過(guò)重復(fù)調(diào)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(shí)的遷移與運(yùn)用不局限于此類情境，更重要的是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)從學(xué)科邏輯遷移到生活邏輯，落實(shí)信息技術(shù)的核心素養(yǎng)。

結(jié)語(yǔ)

教師應(yīng)以問(wèn)題為導(dǎo)向，力求每節(jié)課都全身心投入對(duì)信息技術(shù)核心素養(yǎng)的探索，超越程序語(yǔ)言觀或技術(shù)工具觀，精選學(xué)生需要掌握的基本知識(shí)與技能，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維，使其能更好地在信息社會(huì)中生存、發(fā)展和創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

王園一.高中信息技術(shù)問(wèn)題探究式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2022（21））：51-53.

本文系無(wú)錫市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)立項(xiàng)課題“指向?qū)W科核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)問(wèn)題探究式教學(xué)研究”（立項(xiàng)編號(hào)：F/B/2021/01）的階段性成果。