STEM是一種新型的教育理念，其核心是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四個學(xué)科有機地結(jié)合在一起，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。教師在運用STEM理念時，應(yīng)注意情境構(gòu)建的全面性，即保證學(xué)生能夠在課堂上自始至終思考信息技術(shù)內(nèi)容的實際作用?，F(xiàn)以“while循環(huán)的應(yīng)用”教學(xué)為例，對此問題展開具體說明。

一、教學(xué)目標(biāo)及重難點

課題名稱：運用循環(huán)結(jié)構(gòu)描述問題求解過程——while循環(huán)的應(yīng)用。

教學(xué)時間：1課時。

教學(xué)目標(biāo)：（1）要求學(xué)生掌握程序循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程。（2）要求學(xué)生明確Python程序設(shè)計語言循環(huán)結(jié)構(gòu)的while循環(huán)通常方式，并了解其具體運用方式。（3）要求學(xué)生借助循環(huán)結(jié)構(gòu)對問題求解過程加以描述。（4）讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成對信息技術(shù)的濃厚興趣，并促進自身學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

教學(xué)重點：使學(xué)生順利掌握Python程序設(shè)計語言循環(huán)結(jié)構(gòu)的while循環(huán)方式，并了解其具體運用方式。

教學(xué)難點：讓學(xué)生應(yīng)用此結(jié)構(gòu)描述問題求解過程。

為了更好地完成授課任務(wù)，本次以電腦機房作為授課環(huán)境，并綜合應(yīng)用了任務(wù)驅(qū)動法、講授法等教法，以及自主探究法等學(xué)法。

二、教學(xué)過程

（一）導(dǎo)入

課前可用演示方式把問題呈現(xiàn)給學(xué)生。

某同學(xué)今年17歲，她是在3月12日植樹節(jié)這天過生日。今年植樹節(jié)，老師和大家去公園參加植樹活動。這位同學(xué)很開心，自己完成了栽4棵樹的任務(wù)，這次生日很有意義。這位同學(xué)思考：假設(shè)由下一年開始，每年這天都參加植樹活動，如果每年均較上一年多種一棵樹的話，那么我到多少歲的時候才可以栽完100棵樹呢？

（二）學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在教師的提示下，學(xué)生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，并回答教師提出的問題。

問題一：while循環(huán)格式是：

若想保證程序始終循環(huán)，那么循環(huán)條件應(yīng)當(dāng)

問題二：需要利用什么條件才可確保程序始終循環(huán)下去呢？

A.True；B.1=1；C.3>5；D.4<5

問題三：如何才可以將“您好！”循環(huán)顯示出來？

問題四：隨機函數(shù)randint（1，5）形成的值有可能包括。

問題五：如果想讓出現(xiàn)的值處于10至20之間（包括10和20），那么隨機函數(shù)需要如何寫randint（ ）。

在導(dǎo)入之后，教師安排學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材內(nèi)容。

對于教師提出的問題，學(xué)生可在獨立思考后給出答案，或者稍稍留置，待本次教學(xué)全部完成后再做補充。

（三）以導(dǎo)入問題為載體的知識講授

教師以導(dǎo)入問題為載體，向?qū)W生講授知識。要求學(xué)生領(lǐng)會Python之中的while循環(huán)結(jié)構(gòu)。教師在向?qū)W生說清本事例后，提出：是否可以用for循環(huán)來解決這個問題。接下來師生共同分析問題：假設(shè)年齡是age，種樹總數(shù)是tree，那么tree能夠表示為tree=4+5+6+…，與之相對應(yīng)的age=17，18，19…，據(jù)此可將本問題轉(zhuǎn)化成當(dāng)tree>=100時，求age的值。分析至此，學(xué)生可從信息技術(shù)領(lǐng)域的while循環(huán)應(yīng)用視角重新審視這一實際應(yīng)用問題，明確：解決本問題時的while循環(huán)屬于當(dāng)型循環(huán)，也就是把while翻譯作“當(dāng)……時”，若條件得到滿足便可以不斷循環(huán)，若條件得不到滿足便跳出循環(huán)。在每次循環(huán)時，均為執(zhí)行完循環(huán)體語句之后回到表達式處重新進行判斷，并做表達式值的重新計算。此時可出現(xiàn)兩種情況，若為假便跳出循環(huán)，若為真便使循環(huán)體語句繼續(xù)執(zhí)行。

代碼示例為：

在此之后，教師可要求學(xué)生繼續(xù)以案例為載體，思考可否以while循環(huán)求得1～100之和，要求學(xué)生先觀察for循環(huán)，再觀察while循環(huán)，發(fā)現(xiàn)其中所蘊含的知識要點。

（四）以項目任務(wù)為導(dǎo)向的知識引導(dǎo)

教師利用項目任務(wù)搭建能夠體現(xiàn)STEM理念的引導(dǎo)框架，圍繞學(xué)生常遇到的問題進行相應(yīng)的項目設(shè)計與使用。

給出項目任務(wù)之前，教師先與學(xué)生做基礎(chǔ)知識梳理。如教師提出問題：while循環(huán)的特點是什么？

學(xué)生可根據(jù)自學(xué)與教師講解回答：先判斷表達式，再執(zhí)行循環(huán)體。同時表示：循環(huán)體可以是任意類型語句；有下列情況出現(xiàn)時退出while循環(huán)，即條件表達式不成立（為零）；循環(huán)體內(nèi)遇break，return，go to；無限循環(huán)：while（1）循環(huán)體。

接下來，教師要求學(xué)生圍繞現(xiàn)實中具有普遍性的點名現(xiàn)象，完成隨機點名程序的設(shè)計開發(fā)工作。

由于處理實際問題較單純學(xué)科問題更為復(fù)雜，教師給出的引導(dǎo)問題應(yīng)具有較強的針對性。本例中，教師可基于此程序設(shè)計要求，先由最基礎(chǔ)性的學(xué)號抽取啟發(fā)學(xué)生探究，要求其探索：怎樣以Python語言產(chǎn)生班級里全部成員學(xué)號盒子，并做到隨機抽取呢？學(xué)生思考后再引導(dǎo)：如果需進行多次抽取，在無法明確抽取次數(shù)的情況下，應(yīng)該如何利用這個程序來實施控制呢？因為不知道抽取次數(shù)，則無法運用for循環(huán)語句來回答，此時學(xué)生便自然接受通過條件控制的while循環(huán)語句，并對其進行使用。

在學(xué)生進行以項目任務(wù)為導(dǎo)向的探究時，教師應(yīng)引導(dǎo)其注意一些事項。例如，教師應(yīng)及時提出：若循環(huán)體包括多于一個的語句，則需要用復(fù)合語句“”形式。在教師的提示下，學(xué)生給出：

程序段1：

程序段2：

并同步思考程序段1與程序段2執(zhí)行后i、sum的值。此類問題對學(xué)生完成STEM式的探索任務(wù)具有借鑒意義。與之類似，教師也可提出“在循環(huán)體中應(yīng)有讓循環(huán)趨于結(jié)束的語句”等問題。

教師在任務(wù)研究中給出更深層次的問題：做好此程序?qū)W號隨機抽取以后，怎樣進行本學(xué)號所對應(yīng)學(xué)名關(guān)聯(lián)呢？怎樣把全班范圍內(nèi)的學(xué)生姓名順利導(dǎo)入程序內(nèi)并生成姓名列表呢？這些問題可讓學(xué)生獨立或者協(xié)作了解文件讀取等拓展方面的知識，使既有知識體系得以持續(xù)鞏固，不斷完善。

（五）為學(xué)生提供獨立練習(xí)問題

在教師講解學(xué)生傾聽、學(xué)生分析教師引導(dǎo)兩個環(huán)節(jié)之后，教師給學(xué)生提供獨立練習(xí)問題，讓其基于已經(jīng)掌握的while循環(huán)語句使用知識，完成從理論到實踐的多項練習(xí)任務(wù)。本次教學(xué)時，教師給學(xué)生提供的課堂練習(xí)任務(wù)包括以下幾個。

任務(wù)1：如果k是整數(shù)，下面所列while循環(huán)執(zhí)行次數(shù)是同次嗎？

任務(wù)2：請完成基于本問題的編程：一張白紙大約有0.05毫米厚，將其對折1次它有多厚？在對折多少次之后，白紙厚度將超過1米？學(xué)生將得到：

任務(wù)3：已知S=1+2+…+N，請找到一個最大整數(shù)N，滿足S<30000的條件，試以編寫程序的方式解決本問題。學(xué)生獨立分析問題，明確答案，以for語句進行驗證，分析答案是否正確。

（六）重視總結(jié)與展示交流

教師以板書設(shè)計的形式總結(jié)。在此之后，教師通過展示交流幫助學(xué)生優(yōu)化算法。

在本環(huán)節(jié)中，教師給學(xué)生提供充分的分享機會，使其能夠在小組內(nèi)部、小組之間互相學(xué)習(xí)的狀態(tài)下，感受到不同的問題解決思路。從教學(xué)整體效果看，展示性評價是一個可起到較好教育引導(dǎo)作用的教學(xué)環(huán)節(jié)。表述作品設(shè)計思路能使學(xué)生的概括能力得到提升，而與之相對應(yīng)的評價工作則有助于學(xué)生了解其他人的思路，從而加強學(xué)習(xí)與自我反思，使自己的作品更加完善，在持續(xù)優(yōu)化程序期間深化理解while循環(huán)與循環(huán)控制語句。

為了取得良好的展示交流評價效果，教師設(shè)計以學(xué)生計算思維素養(yǎng)發(fā)展為核心的評價表，在評價表的引導(dǎo)下，學(xué)生完成組評與自評，再由教師總評。評價表中的內(nèi)容包括以下幾項：情感態(tài)度，對本次的編程學(xué)習(xí)保持濃厚的興趣與強烈的好奇心；思維品質(zhì)，能夠客觀理性分析與while循環(huán)的應(yīng)用有關(guān)問題，并善于做出總結(jié)反思；合作學(xué)習(xí)，可以主動參與到小組合作活動中去，有效解決教師提出的練習(xí)題。除此以外，評價量表中還包括更為具體的內(nèi)容，如能夠分析復(fù)雜問題，可借助流程圖的描述抽象出問題解決過程；可編寫解決問題的程序；可進行知識的遷移運用；可完成程序的測試、評估和解釋，等等?？偟恼f來，評價量表中的各項內(nèi)容與教學(xué)初期預(yù)設(shè)目標(biāo)總體吻合。

三、教學(xué)總結(jié)與反思

本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生認(rèn)知循環(huán)語句功能及格式，且可由for循環(huán)結(jié)構(gòu)給出while循環(huán)語句，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生嘗試用計算機解決一些現(xiàn)實問題。教材中的循環(huán)語句知識，是當(dāng)學(xué)生完成三種程序框圖學(xué)習(xí)，完成輸入輸出語句和條件語句學(xué)習(xí)之后，應(yīng)當(dāng)面對的關(guān)鍵性內(nèi)容。本節(jié)課教學(xué)需要學(xué)生基于程序框圖內(nèi)的兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句，即while與do語句，領(lǐng)會基本格式和運行方式。為了達到理想的教學(xué)效果，本次教學(xué)時，教師嘗試從STEM理念出發(fā)，先基于導(dǎo)入案例做細(xì)致講解，再逐步使學(xué)生過渡到獨立解決問題，教學(xué)層次性較為顯著。與此同時，這節(jié)課也有不足，如這節(jié)課基于學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣進行新知識引入，但引入資源不夠新穎，沒有充分體現(xiàn)出STEM理念及其應(yīng)用價值；再如課堂教學(xué)形式不夠多樣化，情境構(gòu)建方面的表現(xiàn)不夠多樣化。除此以外，本次教學(xué)還存在學(xué)生參與度不足的問題，如小組合作學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)模式的應(yīng)用不夠明顯，未能使學(xué)生高效辨析循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點，以及給予學(xué)生操作時間不夠充分等，導(dǎo)致個別學(xué)生在課后依然未能理解while循環(huán)和for循環(huán)二者間的區(qū)別，且難以做到二者的快速轉(zhuǎn)換。

（作者單位：福安市第八中學(xué)）

編輯：曾彥慧

作者簡介：郭祿清（1981—），男，福建福安人，本科，一級教師，研究方向：高中信息技術(shù)教學(xué)與研究。