基于真实问题求解的单元课堂教学中的问题设计——以《运用选择结构描述问题求解过程》为例

邢寅玲 安徽省合肥市第四中学

● 案例题旨

本案例取材于粤教版高中信息技术《必修1 数据与计算》第四单元程序设计基础第3节《运用选择结构描述问题求解过程》，研究的主要问题有：①在单元教学中，真实问题的来源。②在单元课堂教学中，激发学生积极参与课堂探究的问题设计方式。③加深问题探究深度，助力实现高效学习的小组合作学习方式。

● 案例背景

程序设计基础单元以“程序”为核心概念，以Python语言为主要工具，围绕“设计购买纪念品的最佳方案”情境中的如何实现“运用程序解决问题”这一问题组织教学内容，实现掌握一种程序设计语言基础知识，使用程序设计语言实现简单算法；通过解决实际问题，体验程序设计的基本流程，感受算法的效率，掌握程序调试与运行的方法等（以上为《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》内容要求），实现学科单元核心素养的培养。

在对课标内容要求以及教材核心知识体系理解的基础上，将本单元的项目范例主题调整为“生活中的程序设计——设计银行储蓄利息计算器”（基于小区电梯里张贴某银行的招储宣传海报进行问题提炼）。本案例是在学生运用顺序结构解决“根据用户提供的本金、利息、年限等数据，实现利息的自动计算”的基础上，提出新的需求——根据用户提供的金额、年限，实现利息的自动计算，提高程序的自动化程度，同时也使单元项目——设计利息计算器中计算器功能得到不断完善与优化。《运用选择结构描述问题求解过程》的课时目标、内容如下：1课时，通过根据用户提供的金额、年限，实现利息自动计算的求解过程，学会运用Python程序设计语言中选择结构实现简单算法，体验程序设计的基本流程，掌握Python程序调试与运行的方法。

● 案例实录

片段一：导入环节问题设计

师：根据上节课的学习，我们根据用户提供的金额、年限、利率数据，运用顺序结构解决了用户的利息计算问题，在这个过程中，不同金额的利率是由用户从银行出示的利率数据中人工选择后计算机进行处理的，我们是否可以将人工选择匹对的工作通过程序交由计算机来完成呢？

学生：（应该）可以。

师：请大家想一想，日常生活中哪些领域的选择或匹对工作已经逐渐被机器取代？机器是如何执行这些操作的？2分钟后以小组为单位进行分享交流。（2分钟后）哪组来主动分享一下讨论成果？主动分享可以为小组额外增加2个积分。

生1：快递分拣，根据快递发送地点，进行自动、快速分拣；电梯超载报警，还有像DNA鉴定、指纹识别等都与选择匹对相关。

师：活动册中小组积分+5。还有其他小组有新的发现吗？

生2：人脸识别门闸，识别通过，门闸才会打开。还有一卡通每天消费的额度限制，一旦超过50元，就需要输入密码才可以消费等。

师：给本小组积分+5积分。其实日常生活中还有很多这样的场景，如新冠疫情期间的核酸检测、体温检测等。请大家仔细想一想，这些情境是不是都有一个条件，机器根据是否符合条件进行不同的操作呢？

全体学生：是的。

片段二：微课资源学习问题设计

师：在Python程序设计中，我们如何实现条件的表达？请大家观看微课《条件表达式》，小组讨论思考：在Python程序设计中，哪些表达式可以实现条件表达？这些表达式的值有何特征？请用合适的条件表达式表示5万元以下用户储蓄年限（xcnx）与图片中给出阶梯年限之间的关系，请将学习结果记录在活动册相应位置。哪个小组愿意分享一下这个问题的讨论结果？

生3：逻辑表达式、关系表达式以及成员表达式都可以作为条件表达式，条件表达式的值只有True与Flase两种结果。用户储蓄年限与阶梯年限之间的关系表达有以下三种情况：1=＜xcnx＜=2，3=＜xcje＜5，5=＜xcnx。

师：你们对微课观看很仔细，回答准确。小组积分+4。现在我们可以用条件表达式实现选择条件的判断，在Python程序设计中，如何根据条件的不同，自动选择不同的操作？请大家观看微课《选择结构——if语句的使用方法》，小组讨论思考：使用if语句时需要注意哪些方面？并尝试用if语句实现5万元以下，不同年限的利息计算，将相关的学习结果记录在活动手册相应位置。请第4小组来分享一下对这个问题的讨论结果。

生4：if语句中需要注意后面要加“：”，同时，条件下的语句要严格遵守相同的缩进。但我们小组还没有完善好程序编写的内容。

师：小组积分+3。在刚刚的巡视观察过程中老师发现，大家对Python中if语句的规范使用有难度，现在，我们一起来学习一下if语句的实现方法。我小窗口演示，大家跟我一起来实现。

片段三：实践性分层问题设计

师：请大家根据我们刚刚的学习结果，从下图三个题目中任选一题，小组进行程序实现，完成后将程序与运行结果一起截图发到班级padlet展示墙上。截图信息完整、程序运行正确的小组给予积分+3；程序运行正确，但截图信息不完整的给予小组积分+2；截图信息完整，但程序运行不成功的给予小组积分+1；截图信息不完整，且程序不能运行的给予小组积分+0；未提交截图的小组，积分-2。15分钟后进行展示与交流。

①5～10万元内储户不同年限的利息计算问题。

②10万元以上（含10万元）储户不同年限的利息计算问题。

③10万元以下（不含10万元）储户不同年限的利息计算问题。

④自选问题。

● 案例分析

首先，本案例从生活中选择真实的例子——小区电梯内银行招储的广告牌，设计一连串具有关联性的问题，引导、组织学生学习《运用选择结构描述问题求解过程》这一节的核心知识——Python中条件表达式以及if语句的正确使用，通过引导学生思考日常生活中常见的选择与匹对场景，帮助学生快速理解选择中关键要素条件的设置及作用，突破关于条件理解的难点。将学科知识的学习与日常生活场景联系起来，在场景的分析中，形成能力的有效迁移和学科核心素养。

其次，在课堂教学实施过程中，围绕核心问题的求解，教师主要负责学习资源的搭建以及学习活动的设计与引导，成为学习活动中的引领者。教师合理运用微课引导学生进行条件表达式与选择结构的理论学习，并通过对微课进行问题提炼，帮助学生快速梳理知识要点，运用知识要点解答场景问题；同时，针对理解普遍有难度的知识，合理运用小窗口操作演示的方式帮助学生快速突破if语句的正确使用这个难点；在学生自主探究、小组合作的过程中，积极巡视指导学习情况，及时掌握学生课堂学习进程。在实践环节，教师根据学生小组的差异性，设置了不同难度的实践问题，并制订小组展示交流评价标准与形式，运用在线平台展示各小组学习成果，组织学生完成学习成果的自评与互评。学生在小组团队的带领下，在教师设置的问题串中，借助数字化工具与资源，进行情境问题分析、新知探究学习、情境问题求解与问题成果展示等学习活动，成为课堂学习活动中的主体。在此过程中，师生建立学习共同体，相辅相成，促进达成学习目标。

● 案例反思

1.真实问题的来源

①从课标、教材中提炼问题，以课标内容要求为基准，以教材为资源，找出单元学习的核心知识（概念）体系，梳理知识体系的逻辑关系，形成关联的知识整体。②从真实情境中提炼与单元核心知识相关的问题。③从学习支架中提炼关键知识问题。④从探究活动中提炼问题。⑤从学生的认知基础、兴趣等方面提炼问题。

2.真实问题的设计

①将理论记忆类问题转化为实践（或概念）性的问题，让学生在实践或者（概念分析）过程中，理解和掌握核心知识。②将引导性问题转向理解性问题，将问题本质与学生的经验建立起联系，提出学生探索过的一些理解性问题。③将总结性问题转向评价性问题，鼓励学生自我评价与相互评价。④将评价性问题层次化、多样化。

3.问题求解过程中的小组合作

①划分小组，教师结合班级学生的学习能力情况，编制计算机程序实现初步异质分组，每组4～6人，随后根据性别比例，适当调整，确定小组成员，制订组别、组训等；在4～6人小组中，再次划分2人一团队，进行新知学习的“互查、互助、互促、互评”，确保个体新知识的学习落到实处。②明确小组成员职责，每组设置组长（负责保障整个单元项目学习的实施，关注组内成员的学习情况，及时向教师反馈小组学习进度等）、宣传员（负责整理小组内的问题讨论结果并进行班级交流共享）、记录员（负责记录小组学习过程中，组员参与讨论的情况、积分情况）以及成员，组员之间实行职责轮流制。③制订小组在课堂活动中的评分标准，将课堂行为量化，小组能够结合问题，创造性地给出具有科学性、准确性、建设性的求解方法，记5分；小组能够结合问题，运用所学知识、经验给出正确的求解方法，记3分；小组成员结合问题，给出观点，记1分；拒绝班级分享小组，记-3分。这样的积分激励有利于小组成员之间讨论与思考的真实发生，促进讨论与思考的深入，形成解决问题的能力。学生在经历过几次真实的小组合作学习后，不断转变学习态度，从被动配合到主动参与，学习态度发生了明显的变化。

在基于真实问题求解的大单元课堂教学设计中，教师需要研究课标内容要求，并将此与学生生活、学习场景、认知基础、兴趣等因素联系起来，将知识情境化，进而在真实情境中挖掘、提炼存在的真实问题以及问题串。通过小组对问题以及问题串的探究，确定小组的新知学习清单，进而在清单基础上组内进行同伴互助、互学、互查、互评，实现个体新知学习的达标，完成支撑问题求解的知识储备，随后小组合作进行问题求解实践探究，在成果展示中完善知识体系的构建与解决问题能力的提升。