高中信息技术问题探究式教学实践与反思

俞晓波

摘要：本文基于问题探究教学模式，以“理科生的浪漫——利用Python自定义函数体验数学之美、程序之美”为主题，设计了相应的问题情境，分析分解问题，引领探究问题，为如何落实信息技术学科核心素养提供了参考案例。

关键词：学科核心素养；问题探究；Python程序设计；自定义函数

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）02-0041-03

当前，高中信息技术课程教学重心逐步从以往应用软件教学转向“数据与计算”，编程教育越来越被重视。但在日常编程教学中，以下两个问题日渐突出：一是过分强调编程的知识和技巧，学生只是机械地掌握程序的基本语法和结构，不善于通过理解算法来探求相应的程序代码，遇到问题往往束手无策。二是缺乏情境化教学，缺乏对方法和规律的总结提炼，不善于运用算法思维灵活解决不同情境中的问题。面对这些问题，笔者以“理科生的浪漫——利用Python自定义函数体验数学之美、程序之美”为例进行了问题探究式教学实践，下面，从四个阶段来具体阐述。

第一阶段：发现问题，提出问题，创设主题情境

1.研究教学内容，确定教学流程

本课是自定义函数的复习课，传统教学形式是逐一分析自定义函数的考点，再结合考试练习系统中的一些“真题”进行程序填充练习，但最终学生只是机械地记住了一些零散的方法和格式，各知识点之间缺少有效衔接，没有建立起编程的思维逻辑。基于此，笔者整合自定义函数的相关考点，并结合自身教学经验，采用问题探究式教学模式进行了教学实践，教学流程如图1所示。

2.发现问题，落实核心素养

自定义函数的本质是方便实现代码的重复使用，用来求解阶乘的累加之和，此类问题比较典型。这类问题思维逻辑性强，学生常常云里雾里，无法抓住问题的本质。由此，笔者想到了调用turtle绘图库中的内置函数来绘制爱心图案，再将相应代码段，修改成自定义函数，重复调用函数，得到爱心组合图案。这种方法生动形象，一目了然地呈现了自定义函数方便复用的本质，还涉及第三方模块的导入。同时，从turtle爱心得到启发，想到笛卡尔爱心曲线，曲线对应的r=a（1-sinθ）被称为最浪漫的方程。“数学之美”和“程序之美”相得益彰，程序设计课被赋予了故事和内涵。

3.提出问题，优化课题名称

通过上述分析，本课要解决的问题呼之欲出，即如何利用Python的自定义函数，探索体验“数学之美”“程序之美”。因此，笔者修改了课例名称，把原来的“自定义函数复习”改成“理科生的浪漫——利用Python自定义函数体验‘数学之美、程序之美’”。

4.创设情境，导入课题

课前，笔者整理关于“理科生的浪漫”的素材，包含数学家笛卡尔的生平以及他的浪漫方程和心形曲线、自定义函数的知识要点，将其作为背景资料发给学生供课前阅读。课中，创设情境，利用视频导入，引出主题——理科生的浪漫。

第二阶段：分析分解问题，明确任务

问题一：如何利用自定义函数绘制笛卡尔爱心曲线的多种组合？

教师可引导学生复习回顾自定义函数的基本知识，然后按照以下步骤推进：①给出利用Matplotlib库绘制笛卡尔曲线的代码（如图2），运行程序，展示爱心曲线（如图3）。②引领学生分析问题，找出其中需要复用的代码。③将需要复用的代码定义成含一个参数的函数。④调用函数，尝试画出不同大小的多条爱心曲线。⑤引导学生定义和调用含两个参数的函数，画出一组大小不同、色彩各异的爱心曲线。

问题二：如何将turtle爱心图案修改成“花的形状”？

这个问题由学生自主探究完成，自主探究过程如下：①打开下发的爱心图案代码（如图4），运行后得到一个turtle函数库绘制的爱心图案（如图5）。②查看代码，模仿第一个活动，自行探究，绘制出“花形”图案，也可以是其他图案。

问题三：如何写一封理科生的“情书”？

前面两个问题都是绘图，能非常直观地帮助学生理解自定义函数可以复用的优势，函数的定义和调用更简洁易懂，能有效达成教学目标。但其函数体中可以复用的代码学生不是很熟悉，其功能是通过解释语句或运行程序得到图像后才明确的。

问题三所用程序代码的设计则是要弥补这个小瑕疵，采用的函数体最好是学生熟悉的代码，且程序运行的结果最好能呼应课堂的主题。笔者由“理科生的浪漫”主题想到，数学家笛卡尔的一个方程即是一封情书，简洁又含蓄。那么学编程的是否也可以写一封含蓄的“情书”？因此有了如下设计：源程序只有数字和其他代码，运行程序后输出汉字。只是，在课堂上输出的不是情书，而是“数学之美、程序之美”，呼应主题。再在练习的难度和形式上做一些细节处理，用注释语句给出ord（）函数的用法，温习旧知。同时，根据学业水平测试的难度，以程序填充的方式将问题三作为课堂练习（如图6）让學生自主完成。

第三阶段：设计评价方案，相互交流分享

在问题探究式教学的第三个阶段，教师可选择点评、自评、互评等方式进行作品的交流与分享，并适时点拨，及时引导，适当点评，鼓励协助创新，渗透信息社会的责任意识。

本课的分享与交流环节，主要采用以下方法进行：①分享优秀学生作品，引导学生探索改进；②教师适时给予学生帮助，进行个别辅导和点评，并关注学生解决问题的进度；③鼓励学生相互讨论、相互协助、勇于创新；④要求学生将自己的成果文件传输到网络教学平台，教师进行分享和点评。需要重点关注的是，是否有学生利用Python的计数循环语句来调用自定义函数，用这种方法调用函数能绘制出令人惊喜的图像，这部分学生的融会贯通能力较强，要加以肯定，发挥其榜样的作用。

第四阶段：解决问题，实现知识的概括与迁移

在问题探究式教学的第四个阶段，教师要引导学生对自己解决问题的过程进行梳理，总结问题解决方案中的核心知识的应用，形成解决类似问题的普适思路。在这个过程中，学生的概括能力、思维能力能得到很好的发展。学生切身体会了“代码复用”的意义，简单来说，就是可以帮人“偷懒”。一条爱心曲线经过重复调用，能形成各种美丽的图案（如图7），收到意想不到的效果。知识的迁移与运用不局限于此类情境，更重要的是要让学生学会从学科逻辑迁移到生活逻辑，落实信息技术的核心素养。

结语

教师应以问题为导向，力求每节课都全身心投入对信息技术核心素养的探索，超越程序语言观或技术工具观，精选学生需要掌握的基本知识与技能，引导学生发展计算思维，使其能更好地在信息社会中生存、发展和创新。

参考文献：

王园一.高中信息技术问题探究式教学模式的构建与实践[J].中国信息技术教育，2022（21））：51-53.

本文系无锡市教育科学“十四五”规划2021年度重点立项课题“指向学科核心素养的高中信息技术问题探究式教学研究”（立项编号：F/B/2021/01）的阶段性成果。