新课标下高中信息科技“分支结构”单元逆向教学设计初探

敖培

摘 要：《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》对信息技术学科教学和学生学业质量提出了更高的要求。以新课标下高中信息科技“分支结构”单元设计为例，探索基于理解的逆向教学设计理论在高中信息科技学科教学设计中应用的可行性，以期提高教学效果，提升学生信息技术学科素养。

关键词：逆向教学设计;理解;新课标

一、基于理解的逆向教学设计国内外研究现状

基于理解的设计（Understanding by Design，UbD）理论是由美国课程专家Grant Wiggins和Jay McTighe于1998年提出的。该理论强调通过教学设计，以促进学生的深层次理解为宗旨，提高学生的理解力。在逆向设计理论提出后，我国也陆续有一些学者做了相关的研究。以“逆向教学设计”为检索主题，在CNKI中进行检索，共检索到文献100篇。可以看出，国内对逆向设计理论和实践的研究大约始于2001年，近五年的研究热度增速较快。而逆向教学设计在高中阶段运用的研究热度较低，仅有12篇文章，且尚没有文章涉及逆向教学设计在信息技术学科的应用。

二、“分支结构”单元逆向教学设计案例

2018年1月，教育部公布的《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》从时代大背景需求出发，明确了信息技术学科信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四大核心素养，对学生学习该学科课程后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力都提出了更高的要求。这对课堂教学也提出了更高的要求，即教学设计要以学科核心素养的提升为起点，教学结果也要以学科核心素养的提升为终点。基于理解的逆向教学设计模式显然是符合新课标下的教学要求的。这里尝试使用基于理解的逆向教学设计模式，以新课标必修课程模块1“数据与计算”中的“分支结构”内容为对象，探索采用该模式进行教学设计的可行性和有效性。

（一）阶段一：确定预期学习结果

该阶段是三个阶段中最重要的一个阶段，是后两个阶段的基础。该阶段主要通过对课程标准和持久性理解的分析，了解学生在学习结束后应该知道、理解的内容。

1.确定单元教学目标

（1）学生将能够描述分支结构的概念和适用范围，分支结构的分类和特点。

（2）学生将能够根据分支结构执行过程，推算算法的运算结果。

（3）学生将能够正确设置分支的判断条件，绘制规范的分支结构算法流程图。

（4）学生将能采用分支结构设计算法，利用Python语言实现算法，解决生活中的实际问题。

单元教学目标的确定主要依据新课标中的课程目标描述和核心素养描述。

目标（1）、（2）和（3）主要依据“通过提供技术多样、资源丰富的数字化环境，帮助学生掌握数算法学科大概念”的课程目标描述;目标（4）主要依据“学会运用计算思维识别与分析问题，抽象、建模与设计系统性解决方案”的课程目标描述。

目标（1）～（4）主要依据新课标中的计算思维和数字化学习与创新两个学科核心素养，即能够针对限定条件的实际问题进行数据抽象，运用数据结构合理组织、存储数据，选择合适的算法编程实现、解决问题。

2.列出我们需要思考的基本问题

（1）什么是分支结构？分支结构适合解决哪一类问题？分支结构有哪几种？分支结构的特点是什么？

（2）分支结构的执行过程如何？正确推测分支结构执行结果的关键是什么？

（3）绘制流程图如何根据具体问题正确设置分支结构的判断条件？

（4）如何用Python语言实现每种类型的分支结构？

3.预期的学习结果

预期的迁移是什么？

学生能够根据需要选择合适的分支结构设计算法，并利用Python语言实现算法解决生活中的实际问题。

（1）预期的理解是什么

①分支结构是依据一定的条件选择执行路径，适用于解决实际生活中先做判断再选择的问题。分支结构包括单分支、双分支和多分支三种类型。分支结构的特点是根据对某个条件的判断结果在两条支路中必然且只能选择一条执行。

②分支結构是对某个条件进行判断，当结果为真时，执行处理步骤1，否则执行处理步骤2。决定分支结构执行过程的关键是分支结构的判断条件。

③正确构造分支结构判断条件的关键是正确写出判断条件的表达式。可以作为判断条件的有关系表达式和逻辑表达式。

④采用何种分支结构与实际问题中需要进行“判断”的次数和“选择”的可能性数量是相关的。Python中每种分支结构语句的语法及使用方法。

（2）学生将会获得哪些知识和技能

学生将会知道……

①分支结构概念与适用范围，分支结构的分类和分支结构的特点。

②分支结构的执行过程，分支结构判断条件的表示方法。

③Python中if、if-else、if-elif-else等分支语句的格式。

学生将能够……

①根据分支结构流程图推算出算法的运算结果。

②正确设置分支结构判断条件，并绘制规范的算法流程图。

③运用Python中的语句实现具有分支结构的算法。

（二）阶段二：确定合适的评估证据

该阶段主要针对第一阶段的学习结果，提供相应的评价方式，判断学生是否达到了预期的学习目标，客观评价学生的学习情况，根据反馈的情况，及时调整教学方式。

1.表现性任务

（1）口语报告。总结影响分支结构执行过程的关键因素。

（2）绘制算法流程图。针对PM2.5空气质量提醒问题，根据三种不同的功能需求设计算法，并绘制流程图。

2.试题式任务

（1）以选择、流程图填空题的形式，巩固对分支结构特点和执行过程和分支条件设置等知识的理解。

（2）根据流程图正确推测算法的结果。

3.上机实践任务

（1）根据三种算法的流程图，分别采用三种Python分支结构语句实现三种不同的基于PM2.5数值划分的空气质量划分程序功能。

（2）以三种类型分支结構相关知识为基础，基于Python设计开发出三个版本的汇率转换程序，满足不同的功能需求。

4.学生的自我评价和反馈

（1）自评分支结构流程图绘制情况。

（2）自评对分支结构相关知识的理解程度。

（3）自评设计开发基于PM2.5数值划分的空气质量划分和汇率转换程序的过程、互评作品表现。

5.基于理解六侧面的评估证据

真正理解分支结构的学生应该：

侧面1：能解释分支结构的执行过程，并推算运算结果。

侧面2：能阐明正确的分支结构判断条件，绘制规范的流程图。

侧面3：能应用分支结构设计算法，并利用Python实现算法。

侧面4：能洞察实际生活中分支结构的使用情况。

（三）阶段三：设计学习体验和教学

基于第一阶段的明确教学目标，第二阶段的明确证明学生理解的证据，第三阶段着重实现预期学习目标，实施相关的教学活动和体验。

1.本单元的活动顺序

（1）利用网络搜集PM2.5指标的含义和基于PM2.5数值划分的空气质量划分的相关知识。思考生活中还有哪些类似的问题？算法中是否也有类似的结构？Python中是否也有根据不同的条件，执行不同操作的语句呢？通过讨论激发学生学习的兴趣。H

（2）针对应用计算机实现通过PM2.5指数分级发布空气质量提醒的问题，提出基于单分支、双分支和多分支结构的三种不同的功能需求。讨论单元最终需要完成的任务（表现性任务、试题式任务和上机实践任务）。W

（3）介绍分支结构的概念、特点和分类，基于Raptor软件演示每种分支结构的执行过程。以支持表现任务a、b和试题式任务a。E1

（4）通过观察分支结构的执行过程，总结影响分支结构执行过程的关键因素，完成表现任务a。以支持表现性任务a和试题式任务b。E1

（5）巩固对分支结构相关知识的理解。完成试题式任务a和b。E1，E2

（6）根据三种不同的功能需求设计算法，并绘制流程图。完成表现性任务b。E2

（7）介绍Python中if、if-else、if-elif-else三种实现分支结构语句的格式。以支持上机实践任务a和b。E1

（8）根据三种算法的流程图，分别采用三种Python分支结构语句实现三种不同的基于PM2.5数值划分的空气质量划分程序，并展示交流。完成上机实践a。E1，E2

（9）回顾和总结本单元的重点内容，即分支结构的适用范围和执行过程;难点内容，即分支结构的判断条件设置。R

（10）根据需求设计开发三种功能各不相同的汇率转换程序，并展示交流。完成上机实践b。E2，T

（11）在单元结束时，让学生利用相关量规对分支结构的学习情况进行自我评估。E2

以上活动中字母代表活动编码，每个字母的含义如下：

W=where 了解单元学习的方向和预期结果。

H=Hook 把握学生的情况和学生情趣。

E1=Equip 代表知识体验观点的探索。

R=Rethink/Revise 反思和修改等。

E2=Evaluate 允许学生对自己的作业和应用进行自评、互评。

T=Tailored 根据学生个体的需求、兴趣和能力来设计作业和活动。

2.课时分配

活动（1）～（6）拟用1课时完成;活动（7）和（8）拟用1课时完成;活动（9）～（11）拟用1课时完成。

三、基于理解的逆向教学设计启示

（一）为理解而教，可以实现目标、评价和教学的一致

传统的教学设计倡导“以始为终”，教学目标往往依据教师个人的教学习惯和知识倾向制定，教学评价的内容和方式也较为局限和单一，由教师个人编写的测试用习题也缺乏应有的信度和效度。基于理解的逆向教学设计是一种优质的单元教学设计理论。在逆向教学设计的三个阶段中，理解贯穿始终。在评价与目标之间，评价项目与教学目标拥有相同的理解内容，教学目标的理解跨度与学生完成评估项目所需的理解跨度一致。在评价和教学之间，教师要教授评估的内容，对已教授的内容教师也要进行评估，都需要基于学生的理解。因此，逆向教学设计通过理解的桥梁完美融合了目标、评价、教学。

（二）为理解而教，可以实现单元教学内容的层次递进

基于理解的逆向教学设计以单元设计为切入点，优先选择需要深入理解的课程内容，确定单元的核心问题和导入问题。因为深入持久的理解和核心问题常常是跨单元性质的，单元的设计更有利于把握需要深入理解的内容，促进学生的理解，而且深入持久的理解和核心问题往往是学科的重要概念和基本问题，这些课程内容很有可能在不同单元中反复出现并且难度逐渐加深，对学生理解水平的要求也不断加深。因此，围绕某个重要概念和核心问题组织课程，经年累月，课程内容便会呈现出层次递进的趋势。有目的、系统地采用层次递进的方式去组织学科课程教学，能够使知识和技能在深度和广度上同时递增，从而收到良好的教学效果。

参考文献：

格兰特·威金斯，杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计（第二版）[M].上海：华东师范大学出版社，2017.