指向计算思维养成的复合问题情境设计

王芳

［摘要］ 程序设计课程学习是目前最常见的信息技术学科计算思维培养途径。研究表明，不依赖于程序设计的一般性问题解决也可以培养学生的计算思维。培养计算思维过程的本质要求之一是进行问题抽象化，本文对基于问题解决的教学实践案例进行研究，尝试从问题的多种表象中提取出问题本质。在课堂教学中将学生学习过程置于复合问题情境之中，让学生分别解决不同的情境问题，并进行精细加工，以提炼出一般性知识。

［关键词］ 计算思维；复合问题情境；信息技术教学

计算思维作为信息技术学科核心素养的重要组成正受到越来越多的关注。在信息技术教学中培养学生的计算思维离不开合理的问题情境创设。如果学生在初始学习时就处于单一或简单的问题情境中，那么当问题情境发生变化时学生则很难实现迁移，即很难使用所学知识解决新情境中的问题。学生的计算思维能力应该体现在能解决相对复杂情境下的问题，且能在不同情境下顺利迁移。如果让学习发生在复合情境之中，学生更易抽象出一般性知识，从而实现更加弹性地解决问题。所谓复合问题情境，是指看似相互独立，又有内在联系的多个问题情境组合。相较于单一情境，复合情境更有利于培养学生的计算思维能力。

一、利用知识特征，建立关联情境

情境设计是指在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的、以形象为主体的且生动具体的场景，以引起学生一定的态度体验，帮助学生理解教材，并使学生的心理机能得到发展的教学方法，其核心在于激发学生的情感。课上的情境可能是相对独立的，也可能是相互关联的，由于计算思维本身的特性，复合问题情境更容易培养计算思维。

本案例“VB中的定时器”选自苏教版《初中信息技术》八年级第4章“算法与程序设计”第5节“程序中的循环”第2部分内容。通过先前的学习，学生已经掌握了VB程序设计的基础知识，了解了程序设计语言的三大结构——顺序结构、选择结构和循环结构，并能运用条件语句实现判断。此外，他们还学会编写简单的条件循环和计数循环语句，掌握循环的含义和作用。本节课主要学习定时器这种循环实现方式，还要运用定时器这一控件制作兔子奔跑的动画效果。为此，教师设计了三个任务，通过设计数字倒计时程序完成对知识的学习，以让学生掌握定时器这一控件的使用方法，接着通过建立关联情境，设计图片倒计时程序，完成图片的切换效果，为设计兔子奔跑这一动画奠定基础。

教师借助问题情境“5秒钟文字倒计时”程序的编写，带领学生学习了定时器控件的使用方法。在后继环节让学生自主解决问题“奔跑的兔子”动画时，有一部分学生出现了困难，他们不能顺利地使用定时器控件实现该动画效果。在改进教学中，教师增加了用于关联问题情境设计的“图片版倒计时”程序，学生则更为顺利地完成了后面两个问题。不难看出，关联问题情境与两个问题情境之间存在如下关联性特征，关联问题情境“图片倒计时”与问题情境“文字倒计时”之间的关联特征是实现倒计时效果；关联问题情境“图片倒计时”与问题情境“奔跑的兔子”之间的关联特征是实现不同图片快速轮流切换。关联特征的存在使得学习在不同情境中的迁移更加容易发生，这是一则复合问题情境设计的有效应用案例。通过系列问题解决，学生不仅顺利地完成了知识学习，解决了相关的问题，而且在对不同案例进行精细化加工的过程中获得了一般性知识，形成解决问题的相关能力。下表是对案例精细化加工并提取共性特征的过程。

如果两个问题情境之间缺少相似性，那么教师的作用就是帮助学生在两个独立问题情境之间建立关联情境，关联情境与两个独立问题情境分别具有一定的相似特征。学生容易通过这些外部特征的相似点来提取相关知识，并将其用于解决形式相异的问题，从而实现对知识的迁移运用，培养计算思维。

二、利用认知冲突，建立关联情境

在学生学习的过程中，会遇到新的知识和已有知识经验产生冲突的情况，学生容易在此情形下陷入困惑状态。他们迫切想要解决这一困惑，教师如果能利用好这一认知冲突，将会大大提升学生的学习效果，加深知识在学生脑中的印象，并帮助学生更好地理解新知。本案例“程序中的判断”选自苏教版《初中信息技术》八年级第4章第4节“程序中的判断”。通过前面的学习，学生已经掌握了VB程序设计的基本知识，能够运用条件语句实现判断，还编写了简单的分支结构语句，本节课主要学习逻辑语句与IF语句的嵌套使用。

基于已有认知的问题情境设计——消费金额的计算。每年双十一各电商平台都会举行大型促销活动，某商家的促销规则为购物即可享受九五折优惠，满1000元（包含1000元）可享受九折优惠，请你编写这样一个程序：根据输入商品价格自动计算出实际支付的价格。问题一经给出，学生快速回忆先前有关条件语句的知识，找到解决问题的条件语句，这样就为接下来的程序设计打好了铺垫。

用于自主解决的问题情境设计——快递费用的计算。网络购物一般是通过快递的方式来寄送，已知某平台的邮费规则：快递服务的基础快递费用为6元，商品消费满99元（包含99元）且商品的重量小于等于10kg可以免收快递服务费，超过重量的加收1元/kg（不足1kg按照1kg算）续重计算运费。请你设计程序，根据输入的商品金额和商品重量，计算出需要支付的快递费用。

关联问题情境设计——多种促销规则下的消费金额计算。某商家的促销规则：购物即可享受九五折优惠，满1000元但是不满2000元可享受九折优惠，满2000元（包含2000元）可享受八五折优惠。这时程序又该如何编写呢？鉴于对条件语句的已有认识，学生容易写出形如1000<=pri<=2000的条件语句，但在实践中发现这种条件语句的撰写是行不通的，因为它会和已有认知产生冲突。这一冲突情境恰好激发了学生寻找解决方案的欲望，基于认识冲突，接下来学习逻辑语句时将会产生非常好的学习效果。

除了运用逻辑语句可以解决这一问题，条件语句的嵌套也可以解决这一问题。教师可以引导学生从多角度来思考问题，寻找多种解决方法，并能选择合适的解决方法来解决问题。借助消费金额计算这一問题情境，教师帮助学生回忆条件语句的基本知识，掌握条件语句的书写方式。在自主解决问题环节，很多学生想不到使用条件语句的嵌套来计算快递费用，这时通过增加一个关联情境，计算多种促销规则下的消费金额，有助于学生建立起条件语句的嵌套和逻辑语句的相关知识，也为解决快递费用的程序设计和计算奠定基础。