面向核心素养的高中信息技术教学问题链设计——以“程序设计基础知识”单元为例

文| 朱丽花

当前，在信息技术程序设计教学中，普遍存在重实践、轻理论，重代码、轻思维的现象，与新课标中要求学生能够运用计算思维的方法对问题进行抽象建模、提取特征、构造算法、编制程序解决问题的目标相去甚远。教师可以通过设计问题链的方式进行有效的课堂提问，引导学生深度思考，激发学生的高阶思维和创造性思维。

思维总是从提问开始的，思维的培养并非一蹴而就，而是一个系统的认知过程。“善问”是一种能力，只有“善问”才会有轻松愉快的课堂氛围，才会发展学生的学科思维。可是目前的高中信息技术课堂，教师普遍存在提问随意性大、缺乏问题的整体设计、提问效率不高等问题。一节课中肯定会有多个问题，教师需要对这些问题进行整体设计，建立内在的逻辑结构，促进学生深度思考，这其实就产生了问题链。

一、问题链是什么

问题链是教师依据教学目标和教学内容，结合学生已有的知识和经验，针对学生学习过程中可能出现的困惑，设计出一组有主题、有层次、相对独立而又关联的问题群。

设计问题链的目的是通过环环相扣、层层递进、螺旋上升的问题群，将问题与教学目标紧紧连在一起，让学生明确学习方向、深入思考，在解决问题的过程中训练思维能力，发展高阶思维，培养其学科核心素养。

依据《普通高中信息技术课程标准（2017 年版2020 年修订）》中的“内容要求”和“学业要求”。“程序设计基础知识”单元要求能从生活实例出发，概述算法的概念与特征，运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法；掌握一种程序设计语言的基本知识，通过解决实际问题，体验程序设计的基本流程，掌握程序调试与运行的方法。

本文将以“一个核心问题—几个主要问题—多个递进问题”三级问题序列为设计思路，设计“程序设计基础知识”单元教学问题链，帮助学生建立合理的知识结构，了解顺序结构、选择结构和循环结构的特点，培养学生利用python 程序设计语言解决实际问题的基本能力。

“一个核心问题”是指这个单元将围绕哪个项目驱动问题开展活动，重心在单元整体设计。因为单元是教学的基本单位，学校的课程开发与课堂转型必须从单元整体设计做起，基于学科核心素养的单元整体设计是一线教师的基本功。“几个主要问题”是指在这个核心问题下，每节课的重难点问题，重心在课时具体规划。“多个递进问题”是指在几个主要问题下，每节课通过哪些具体问题层层递进去突破重难点，解决实际问题，重心在课堂的有效落实。

二、《一天的等待》案例呈现

问题来源于海明威的小说《一天的等待》，小主人公是一位九岁的男孩，当他听到医生说他的体温达到102 度时，非常担心自己会死去，因为他得知人一般发烧到40 度就要活不成了。这是怎么回事呢？

问题原因是小男孩不了解华氏和摄氏温度的换算方法，误以为自己快要发烧烧“死”了。小说形象、具体、细致地刻画了在一天的等待死亡过程中，小男孩所表现出来的不畏死神的勇气。

一个核心问题：如何解决温度转换实际问题？

几个主要问题：

1.计算机解决问题的一般过程是什么？如何利用python 程序解决小男孩的温度转换问题？

2.程序的循环结构有什么特点？如何利用python程序打印指定范围的华氏、摄氏温度对应表？

3.程序的选择结构又有什么特点？如何利用python 程序打印医务人员使用的指定范围的华氏、摄氏温度对应表？若输入错误，需给予提示。

4.综合应用，如何计算天天向上的力量？

多个递进问题：

1.计算机解决问题的一般过程是什么？如何利用python 程序解决小男孩的温度转换问题？

（1）思考，如果让你来帮助小男孩解决这个问题，你该如何做，第一步，第二步……总结解决问题的过程通常包括哪些阶段。

（2）类比学习，计算机解决问题的一般过程是什么？

（3）如何用python 编写程序，帮助小男孩解决问题？

（4）若将第一条语句改为：f=input（“请输入一个华氏温度”），运行程序，会发生什么？为什么？

（5）若将第二条语句改为：c=5*（f-32）//9，运行程序，会发生什么？为什么？

（6）如何使用python 编写程序，计算并打印100、101、102 和103 所对应的摄氏温度，结果保留2 位小数。

2.程序的循环结构有什么特点？如何利用python程序打印指定范围的华氏、摄氏温度对应表？

（1）课前复习，上节课课堂练习中输出语句%8.0f，%10.2f 是什么意思？程序中哪几行代码是重复编写，有更简便的方法吗？

（2）如何用python 编写程序打印指定范围的华氏、摄氏温度对应表？间隔为10，其中下限和上限由用户输入。

（3）为什么下限和上限一般都是由用户自己输入，好处在哪里？

（4）这个程序中，哪一个变量是循环控制变量？它的初值、终值是多少？它是如何有规律地变化的？循环做了多少次？

（5）这个程序中，for 循环的循环体里有几行代码？靠什么来区分？（6）如何用python 编写程序打印九九乘法表？

3.程序的选择结构有什么特点？如何利用python程序打印医务人员使用的指定范围的华氏、摄氏温度对应表？若输入错误，需给予提示。

（1）课前复习，如果输入的下限a=101，上限b=0，结果会怎样？

（2）如何避免这样的输入错误，需要用到程序设计中的什么结构？

（3）人体体温计的合理范围是华氏90 度到110度（包含90 和110），如何用python 编写程序打印医务人员使用的指定范围的华氏、摄氏温度对应表，间隔为1。若输入的上下限超出人体体温合理范围，则给予提示。

（4）在编写程序时，有些同学写的判断条件不太一样，这两种判断条件都对吗？

（5）如果输入3 次机会，程序怎么改，需要加什么结构的语句？

（6）如何用python 实现对高一某个男生体重指数等级的完整评定？即根据输入的身高和体重值，显示对应的等级：正常、低体重、超重或肥胖。

4.综合应用，如何计算天天向上的力量？

（1）锲而舍之，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。一年365 天，每天进步或退步1‰，尝试编程计算一年累计进步和退步了多少？

（2）如何使用算术运算符中的指数运算符、pow（ ）内置函数、for 循环等方法进行计算？

（3）什么是算法？为什么要学习算法？

（4）这个程序中，哪些地方体现了算法的有穷性、确定性、输入、输出和可行性这些算法特征？

（5）常用算法的描述方法有哪些，各自又有什么优缺点？

（6）有个科学猜想的节目内容：如果有一张足够大的纸，其厚度为0.1 毫米，对折一次纸的厚度增加1 倍。假设这张纸连续对折始终是可能的，对折多少次后，纸的厚度可以超过珠穆朗玛峰的高度（8844.43米）？尝试选用一种方法对该问题进行描述。

三、设计单元评价体系

信息技术课程评价方式主要有过程性评估和总结性评价。过程性评价侧重于对学生学习过程进行评估，例如，在学习中表现出的小组合作能力、前期知识、信息意识、计算思维和信息社会责任感以及数字化学习与创新能力的强弱；总结性评估侧重对学生学习结果的评估，内容指向本项目学业质量水平及学科核心素养水平目标的达成。

单元过程性评估，如表1 所示。

表1 单元过程性评估

评价中的分数针对前面的描述，非常符合，5 分；比较符合，4 分；一般，3 分；比较不符合，2 分；非常不符合，1 分。

总结性评估，如学习单所示。

学习单

一、单选题

1.人们利用计算机解决问题的基本过程（）

①编程调试 ②分析问题 ③设计方案 ④解决问题 ⑤提出问题

A.②③⑤④①B.②③④⑤①

C.②⑤①③④D.⑤②③①④

2.在以下运算符中，优先级最低的运算符（）

A.*B.！C.+D.=

3.以下变量名合理的是（）

A.9aB.a-1C.Vall D._a*

4.有以下程序段：

程序的运行结果是（）

A.24 5B.120 5C.24 4D.120 4

5.以下有关算法的描述中，正确的是（）

A．算法是有关一个问题的计算方法

B．算法只是概括解决问题的思路，具体步骤应该在编写程序时完成

C．算法必须在有限时间和有限空间内通过有限步骤完成

D．因为算法由程序实现，所以设计算法时无须考虑计算机能否理解和执行

二、简述题

小明在自动售货机选择了一种价值5 元的饮料，在收款口放入了10 元，自动售货机接受货币后，在商品出口给出了小明选择的饮料，并返回5 元。

请尝试画出这个自动售货机后台算法执行流程。

水平1：能画出简单的顺序结构流程，即选择物品—给钱—出商品。

水平2：能够加入对金额的判断和找钱的过程，能够用流程图实现。

水平3：在算法设计过程中加入自己的创意和设计，如对情境的判断、童锁的设置、纸币的防伪等，并用流程图实现。

四、思考与展望

教育家苏霍姆林斯基说：“获取知识——这就意味着发现真理，解答疑问。你要尽量使你的学生看到、感觉到、触摸到他们不懂的东西，使他们面前出现疑问。”从这句话中可以看出，教学过程就是师生共同发现“不懂的东西”、提出“不懂的东西”、分析“不懂的东西”、解决“不懂的东西”的过程。教师应精心设计问题链，让学生在充满疑问的情景中自主使用数字化学习工具解决问题。在解决问题的实际活动中学习信息技术技能，掌握应用信息技术解决问题的思想和方法，学会迁移，解决其他相关问题，发展学生计算的思维，提升学生的信息素养。