以问题解决为导向的高中信息技术单元作业设计

◎ 金 琼

2019 年6 月，教育部解读《国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》时，提出“不仅仅关注学生对于知识的理解和掌握，而且更多地关注学生素养、问题解决能力的养成”。2022 年4 月，教育部解读义务教育课程方案时，再一次提到“考试评价要强调素养立意，就是要在创设的情境、给出的任务当中去考查学生问题解决能力，在问题解决过程中去考查学生的价值观念、思维方式等”。《普通高中信息技术课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称《2020 修订版课标》）中也提到“鼓励学生在不同的问题情境中，运用计算思维形成解决问题的方案，体验信息技术行业实践者真实的工作模式和思考方式等”。在落实基于核心素养的评价时，单元作业由于其整体性和结构性等特点，是考查学生问题解决能力的绝佳载体。

一、以问题解决为导向的单元作业特征

单元作业是以整个单元的内容为依据，相对于课时作业，其一般具有整体性、综合性、结构性、关联性、递进性等特点。而以问题解决为导向的单元作业，除了继承单元作业的特点之外，还具有真实性、挑战性、分治性、实用性等特点，如图1 所示。真实性是就情境而言，以问题解决为导向的单元作业指向的是源于日常生活的应用实例，学生在解决问题的过程中，需要唤起生活经验，联系人文、社科、科技等相关知识。基于真实问题情境的单元作业，除了能较好地激发学生的做题兴趣之外，还可以考查学生自主探究、批判性思考、综合分析等各种高阶能力。挑战性是指该项单元作业较为复杂且具有一定的难度，从学习动机来说，具有挑战性的问题更能激发学生的求胜欲，从而达成作业的完成率。分治性是指设计该类单元作业时需要将大问题切分为多个子问题，学生通过对子问题分而治之来完成整个单元作业，分治的方式使得学生能更加清晰地了解自身的不足，教师更好地掌握学生在单元学习中的难点。实用性是指在完成以问题解决为导向的单元作业过程中会有一定的生成物，包括学习报告、解决方案、模型或作品等。

图1 以问题解决为导向的单元作业特征

二、以问题解决为导向的单元作业设计

例如，针对华东师大版高中信息技术学科必修二《信息系统与社会》第三章“搭建小型的信息系统”，设计单元作业为“如何为小源家的实体书店开发一款小型信息系统”。选择这一问题作为单元作业主要基于上述的四个特点。①学生在实体书店有一定的购书体验，能较好地理解书店会员管理、购书自动结账等操作，情境具有一定的真实性。②实体书店的小型信息系统涉及多个功能模块、多种数据类型等，开发过程相对复杂，单元作业具有一定的挑战性。③该作业与教材中的实例“小型物流信息系统”在知识与技能的广度与深度方面有一定的相似性，学生能通过教材的学习迁移来解决“如何规划与设计、如何架构数据库”等主要问题与子问题，问题解构具有分治性。④通过解决该单元作业中的一系列问题，最终搭建出一款“实体书店的小型信息系统”，生成物具有一定的实用性，使学生获得单元学习的成就感和满足感。

（一）确立目标与依据

以问题解决为导向的单元作业考查学生对整个单元结构和内容的认知程度，是否具有单元的整体意识，能否通过单元内容的学习，运用合适的知识和技能来逐层剖析问题并解决问题。《2020 修订版课标》中学业质量水平2，强调对学生核心素养的考核。如表1 所示，通过“实体书店小型信息系统”这一单元作业，引导学生规划、分析、设计、搭建和优化信息系统，明确信息系统的功能、组成、操作实践方法等。例如，考核学生计算思维这一核心素养时，设计编写统计用户购书总价、每月销售额等核心业务程序的作业，考查学生是否能准确抽象与建模、设计算法，是否掌握Python 程序设计语言的基本知识，能否利用三种基本控制结构编写程序实现目标业务功能。以问题解决为导向的单元作业不再以某个孤立知识的记忆与技能的简单操作为考核要点，而是侧重考核学生处于数字化环境中所表现出的信息敏感度、判断力、责任感等，以及针对情境实际发现问题、利用数字化资源自主学习、探究、创新的能力。

表1 “实体书店小型信息系统”单元作业的目标

（二）建立框架与提纲

以问题解决为导向的单元作业与一般单元作业组建来源类似，可以是教材的自然单元，也可以是教材内容的切分与重组等。但其注重以某一主题问题情境为引领，将大问题分解为多个子问题，子问题之间可以相对独立，也可以相互关联。在设计单元作业框架时，首先需要梳理课程模块中的主要内容，然后结合概念来有针对性地设计问题，从学科大概念中抽取单元作业大问题，分别建立概念树（见图2）和问题树（见图3），主要概念、小概念、微概念分别对应主要问题、小问题、微问题，从核心概念中提炼核心问题。例如，高中信息技术学科华东师大版教材必修二第三单元“搭建小型的信息系统”作为一个单元，标题中包含学科大概念之一“信息系统”，设计本单元的作业为“如何为实体书店开发一款小型信息系统”。该自然单元分为信息系统的规划与分析、设计、搭建和优化三小节，包含“信息系统的规划”等多个主要概念，对应三个主要问题。从概念树和问题树中，可以清晰地看到单元作业的整体架构、知识和技能点的覆盖情况，尤其是通过划分子树，可以对应课时作业，明确各作业试题之间的相互关系等。

图2 “实体书店小型信息系统”单元作业的概念树

图3 “实体书店小型信息系统”单元作业的问题树

（三）命制与组织题目

以问题解决为导向的单元作业始终围绕单元主题情境展开，结合概念树和问题树设计多题型题目。在命制与组织题目时可以参考以下三点：①题型尽可能多样化。在真实环境中，学生可能会面对选择、问答、实验操作、编程等各种各样的问题，丰富的题型有助于检测学生的真实学习状态，要考虑到题目的难度与学生的认知能力，不给学生增加过多的记忆和操作负担。例如，表2 中的第3 题，没有必要采用填空题，因为实际软件中也会提供数据类型的名称供选择。而类似第2 题“设计两个模块”则应采用填空题，给予学生充分的创造和思维发散空间。②考点尽可能均衡覆盖。单元作业相对于课时作业而言，更侧重整体而非细节，在有限的题量下考查尽可能多的知识点，能更全面地反馈教与学现状。如表2 中“框架内相应位置”所示，设计的题目尽可能涵盖“搭建小型的信息系统”这一单元的重难点。③排布尽可能有序。题目的组织顺序应尽量按照问题解决的思路，层层递进，使得问题之间更具关联性。如表2 中，题目按图2、图3 中树的深度优先遍历展开，即从顶点开始，纵深向下，到达这条路的尽头后再返回上一节点，直至访问树中的所有节点。

表2 “实体书店小型信息系统”单元作业题目

三、以问题解决为导向的单元作业结果分析

以问题解决为导向的单元作业分析能促进教学改进，发现各阶段教学中的疏漏点和学生学习中的薄弱点，清晰、直观地看出学生对问题的困惑点和瓶颈位置，提升教学效率。例如，针对表2 中的单元作业试题，我校共有506 位学生进行了作答。通过对表3 中的数据分析，可以明显发现学生在小型信息系统规划、分析、设计方面的表现较好，而在侧重操作实践的搭建与优化方面有待加强。这可能是由于线上教学缺少有效监管，或者学生缺少电脑等设备原因，部分学生未安装信息系统，缺乏操作实践体验。后续教学中，应增加操作实验环节的演示或者微视频，加强相关问题的讲解与训练。

表4 “实体书店小型信息系统”单元作业试题答案示例

从单元作业答案中还可以发现学生对单元学习内容的理解、创造性思维和表达能力等。例如，从第2 题的答案中可以发现部分学生思维活跃、发散，对信息系统的架构认识准确，也可以看出部分学生的数字化学习与创新能力欠佳，缺乏对信息系统中各种应用的理解。第7 题的答案反映了学生的编程能力，从典型错误答案中可以发现部分学生对问题的理解不够清晰，没有意识到记录中id 唯一性特征，解决问题策略使用不当等，后续应强化数据库操作语句语法和逻辑推理等练习。

四、以问题解决为导向的单元作业串联

高中信息技术包括“数据”“算法”“信息社会”“信息系统”四个学科大概念，从本质上来说，它们之间是前后关联又依存依赖的关系。信息系统源于信息社会需求，信息系统生成数据，利用算法进行数据处理与分析，更好地促进信息社会发展。因此，必修一和必修二的所有自然单元可以通过一个基于真实情境的大问题进行串联，如图4 所示。以“实体书店小型信息系统”为例，如何为书店中的书本序号进行编码是必修一单元一的内容，如何可视化呈现一年内每月书本销售额涉及必修一单元三，如何搭建书店信息系统的网络涉及必修二单元二。学生如果能从始至终地完成这一开发项目，相信其对本学科的本体知识会有豁然开朗、融会贯通之感，又犹如醍醐灌顶，一清则三清。准（2017 年版2020 年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020：5.

图4 “实体书店小型信息系统”单元作业的完整架构