基于问题链的单元教学实践

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）指出，初中信息科技课程教学要围绕学科大概念组织学科教学内容，以大单元教学的视角规划教学内容，帮助学生建构出系统的信息科技学科知识，促进学生信息科技核心素养的提升^[1]。研究证明，相较于传统教学，问题链教学更有利于提升学生的科学推理能力，并且能有效帮助学生提高认知水平^[2]。笔者针对将问题链应用于信息科技单元教学中遇到的问题，结合对课标的分析与思考，构建了基于问题链的单元教学流程，从而更有效地激发学生的问题意识，帮助学生完成知识建构、形成整体性思维，实现从浅层学习到深度学习的跨越。

一、基于问题链的单元教学的困境与出路

问题链是一组有中心、有序列、相对独立而又相互关联的问题，是教师为实现教学目标，依据学生的知识背景和经验，针对他们在学习过程中可能遇到的问题设计的。单元教学是教师在教学中以一个单元学习内容为整体统筹规划，既能统揽单元教学的全局，又能按步骤有序开展的系列教学活动。单元教学强调知识内容的整体性和关联性，可以促进知识的同化和迁移^[3]。开展问题链的单元教学，是指基于学生的认知发展，以整个单元的内容为知识背景，依据教学目标而精心设计一组相互关联的问题，引导学生在层层递进、环环相扣的问题链中发现问题、思考问题、分析问题，从而激发学生学习热情和内在动力^[4]，形成对单元知识的整体性建构，发展学科核心素养。这种教学方式因其显著优势而在各学科教学中得到越来越多的应用，然而，实践中存在的以下问题不容忽视。

（一）问题链设计倾向“一言堂”

苏格拉底“助产术”思想强调教师需考虑学生的心理特点，设计符合学生认知水平的教学问题，以激发学生主动学习的积极性，最终引导他们在深度学习中掌握解决问题的策略^[5]。当前，基于问题链的单元教学主题的确立往往依赖于教师的个人经验和教学能力，无法确定是否满足学生需求，导致后续问题链的质量和深度参差不齐，影响学生参与的积极性。因此，在设计问题链之前借助问卷调查等工具，教师可以及时、直观了解大部分学生的情况和需求，有针对性地将目标问题化。问题链设计有目标引领，有学生主体参与，更容易激发学生能动性，达到目标效果。

（二）教学内容缺乏系统性

由于单元教学涉及的学科广泛，知识点较多，不利于教师系统地梳理问题以促进学生知识建构。加上不少教师认为问题链就是把问题串在一起，忽视了问题链与课堂效率、有效教学、深度学习等之间的关联^[6]。因此，基于问题链的单元教学内容往往缺乏系统性。在实际教学中，教师可依托思维导图等工具，把问题按照一定的逻辑关系有机整合，提升教学内容的系统性和逻辑性。

（三）教学过程思维难以可视化

基于问题链的单元教学需要确保问题的难度适中，既符合学生的认知水平、不超出其思维能力，又能激发他们的思考。而在传统的基于问题链的单元教学中，学生个体和群体的思维难以可视化，教师无法了解学生的思维起点。另外，学生解答问题的过程无法体现思维碰撞、知识更新的过程，也不利于教师有针对性地引导。因此，在实际教学中，教师可借助流程图等工具，引导学生思考问题解决办法、形成问题解决方案，使他们的思路更清晰，发展他们的逻辑思维。

（四）教学评价缺少针对性

在传统基于问题链的单元教学模式中，对课堂教学效果的评价往往依赖教师主观判断。这不仅难以有针对性地提升教学效果，也难以准确识别学生的掌握程度和学习状况，不利于解决学生个性化学习的需求。借助课堂分析系统，教师可直观掌握学情，客观评估教学效果并及时调整教学策略。

二、信息技术赋能的基于问题链的单元教学策略

基于以上分析，笔者设计了信息技术赋能的基于问题链的单元教学策略（如图1）。

（一）设计单元核心问题——以问题为起点，让课程富有探究性

课标建议教学将学生数字生活经验与信息科技应用场景关联，体现科学原理与实践应用的统一。为提高问题设计的科学性和合理性，教师利用在线调查问卷了解学生前备知识与技能，鼓励学生提出问题，并构建在线问题资源库，为设计单元核心问题提供参考。单元主题来源于学生的好奇心、兴趣点、活动中遇到的问题、学习过程中遇到的挑战。教师依据课标遴选出探索性较强、富于时代特色的问题，形成单元核心问题，以达到激发学生对知识深度思考和探索的目的。例如，问题“为什么二维码可以收付款”可形成单元主题“探究信息编码”；问题“为什么会收到诈骗信息”可形成单元主题“探究信息安全”；问题“为什么输入提示词就能生成一张图片”可形成单元主题“探究生成式人工智能”。这些问题反映了学生对信息科技领域的好奇心和探索欲，教师可以用来作为教学的起点，形成单元核心问题，进而将相关的学科核心素养渗透在单元教学目标中，并构建单元教学内容知识框架，引导学生进行深入的学习和讨论。

（二）构思单元问题链——以问题为线索，让课程具有引导性

单元涉及的相关知识点较多，教师以单元核心问题为基石引导学生层层分析与思考，并通过构建学习平台和更新学习资源，为学生提供实时学习渠道，形成自主探索、主动思考的良好氛围。教师根据学生提出的问题构建一系列连贯、深入的子问题，形成问题链。例如，单元主题“探究生成式人工智能”内可产生“生成式人工智能基本原理是什么”“如何生成文本、图像、视频、音乐”“使用生成式人工智能存在什么伦理与安全挑战”“如何利用生成式人工智能进行创意设计”等问题。这些问题既要紧扣学习目标、展现逻辑联系，又要遵循教学规律、考虑学情，以激发学生对知识的深度思考和探索。

（三）规划课时问题链——以问题为主导，让课程具有条理性

教师应根据学生的思维特点和个性需求，从整体出发设计课时问题链教学活动，引导学生在问题的驱动下积极参与，在学习知识、技能的同时发展核心素养。为确保问题既符合学生的认知水平，又不过度超出他们的思维能力，教师需要针对单元问题链引导学生开展头脑风暴，通过思维导图、在线讨论板等工具，帮助学生的思维过程外显。学生解答问题的过程也是思维碰撞、知识更新的过程。这不仅有助于教师更准确地把握学生的学习状态，也促进了学生之间的相互学习和启发。比如“探究生成式人工智能”这一单元主题，围绕“基本原理”这一核心，学生提出问题“生成式人工智能是如何生成新内容的”“生成式人工智能依赖哪些核心算法”“什么是生成对抗网络”“生成式人工智能主要使用了哪些技术”“深度学习在生成式人工智能中扮演了什么角色”“生成式人工智能模型是如何训练的”“训练过程中的优化算法有哪些”。这些问题构成的问题链可以帮助学生从不同角度更好地了解生成式人工智能，并且促进他们对这一领域深入地思考和研究，引导学生在一个个问题的思考中体会知识的内涵、掌握知识的本质。

（四）开展课时教学——技术支持下的教学流程设计与分析

评价与反思是信息科技教学不可或缺的组成部分，是贯彻教学评一致性的重要链条。通过在线测试和课堂分析系统，教师可以快速收集学生的学习反馈，及时调整教学策略。大数据系统可以深入分析学生的学习行为，从而帮助教师更精确地定位教学中的薄弱环节，实现个性化教学、循证分析评价。

信息技术支持下的问题链单元教学，通过交互式平台、可视化工具、数据驱动等信息技术工具与方式，帮助学生思维的可视化，并激发学生的问题意识，帮助学生完成知识建构，形成整体性思维，实现浅层学习到深度学习的跨越，提升课堂教学效果。

三、信息技术赋能基于问题链的单元教学实践案例

下面笔者以“数智博物馆：如果国宝会说话”为例，阐述信息技术支持下基于问题链的单元教学设计实践与探索。

（一）设计单元核心问题

1.主题确立

学生参加博物馆研学活动后，教师引导他们通过在线平台分享、交流收获与疑惑。面对问题“为什么有的博物馆环境比较昏暗”，学生通过生成式人工智能平台得出原因“很多文物有光敏性”。此时，针对学生发现的博物馆中总有闪光灯亮起的问题，教师围绕课标中“物联网实践与探索”模块的要求，引导学生思考“如何利用技术的手段助力文物保护”。接着，教师引出本单元的核心问题：如何构建一个数智博物馆。该过程将“物联网实践与探索”和“文物预防性保护”场景关联，构建起“场景分析（文物保护遇到的难题）—原理认知（物联网基本原理与功能）—应用迁移（应用物联网技术解决文物保护的难题）”的教学模式，激发学生学习本单元的兴趣，以大任务“科技助力文物保护”统领，让学生体验自主学习、合作探究、科学实践的全过程。

2.目标设计

确立主题后，教师根据课标确定以下单元目标，并上传到在线学习平台发布给学生。

（1）通过简易物联系统的设计与搭建，理解物联网实现万物互联的基本原理，探索物联网中数据采集、处理、反馈控制等基本功能，体验物联网、大数据及人工智能的关系。

（2）通过参与项目的创意、设计、制作、调试、展示评价的完整过程，根据设计方案实现具有简单物联功能的数字系统，增强动手实践能力，强化计算思维，提升数字素养与技能。

（3）体验运用信息科技手段助力文物保护的过程，具有运用数字化手段保护和传承文化遗产的意识。

（4）了解物联网中发展自主可控技术的意义，认识到自主可控生态体系对我国国家安全的重要作用。

3. 搭建单元内容框架

基于问题链的单元教学更关注知识之间逻辑关系的设计，教师精准提炼教学内容以帮助学生深入理解和掌握特定主题至关重要。知识框架帮助教师明确单元问题链中涉及的核心概念。教师通过在线学习平台展示不同概念之间的逻辑关系，帮助学生理解问题链中的因果和依赖关系，使得学生能够更加高效地处理和记忆知识点。因此，在构建单元问题链前，教师需要根据主题梳理出单元核心问题涉及的知识框架（如图2）。

（二）构思单元问题链

接下来，教师依据课标、学生的认知发展水平以及生活情境来设计本单元的问题链。学生通过在线学习平台及生成式人工智能工具查找资料，并采用新颖的视角围绕单元核心问题思考和分析，利用软件绘制思维导图。在每一个与物联网相关的重要概念都有相应的问题被提出后，教师再次筛选，以使单元教学目标、评估、活动保持一致。例如，学生进一步探究除闪光灯外的影响文物存放的环境因素，并绘制相应的思维导图（如图3）。基于这些分析，教师引导学生深入探讨如何构建系统以助力文物保护，并设计六个具有全局意识的单元问题，形成问题链“如何应对光线过亮”“如何降低噪声”“如何实现温湿度的远程实时监测”“如何处理过高的温湿度”“如何应对CO浓度过高”“如何防止文物被盗”。学生尝试通过设计开发“闪光灯报警装置”“噪声提醒系统”“温湿度远程查看、控制系统”“CO监测系统”“监控远程报警系统”等智能系统解决这些难题，在这个过程中他们掌握了利用物联网解决实际问题的基本思想、方法及流程。

虽然上述六个子问题对应的教学内容相对独立，但从单元整体结构看，它们可以分为三类：一是如何实现自动控制，二是如何实现远程控制，三是如何实现“物”对“物”的控制（如图4）。这些内容呈螺旋上升的递进关系，符合学生的认知逻辑，有助于培养学生的核心素养。

（三）规划课时问题链

接下来，教师根据单元问题链将本单元规划为六个课时，每课时前后衔接、层层递进：从设备本身的自动控制，过渡到SIoT物联网平台的远程控制，最后发展到设备间的远程控制，学生逐步体验万物互联的场景；从对MQTT协议及SIoT物联网平台的初步认知，到深入理解，再到灵活应用，学生逐渐掌握万物互联背后的技术支持和原理。在教师的指引下，学生围绕每一课时的问题开展头脑风暴，激活原有认知中与问题相关的知识、技能、方法，将原本的知识、信息聚拢，形成以问题为中心、相互关联的认知网络，并利用思维导图呈现思考过程。学生提出的问题中有90%与预定的教学目标相吻合，教师顺势梳理出一系列相互关联的课时问题链（见表1）。

（四）开展课时教学

以第二课时“噪声提醒系统”为例，本课时共有六个环节，每个环节对应的学生活动和技术支持如表2所示。

1.创设物联网问题情境

在发现问题环节，学生通过实地研学及浏览云端博物馆等线上线下相结合的方式，了解不同文物材质的特殊性及不同环境因素对文物长期稳定保存的影响。基于学生提出的真实问题，教师创设蕴含人文情怀的问题情境。这样的引导有助于培养学生主动运用信息科技解决问题的意识。有了真实问题情境的铺垫以及人文情怀的涵养，学生更能深刻地体会技术对社会的价值，自然而然地形成应用技术解决问题的意识。

2.探索物联网实现方式

在设计思路环节，教师借助头脑风暴、流程图等方式引导学生思考解决问题的办法，教给他们借助软件绘制相关流程图，形成切实可行的解决方案，使他们解决问题的思路更清晰，在搭建系统时有序可循。同时，为确保硬件的安全，学生使用虚拟仿真平台设计电子电路、进行模拟搭建、体验过程与控制场景，发展计算思维。

3.实践物联网创新应用

在动手实践环节，教师引导学生思考如何优化设备，鼓励学生优化迭代、精益求精。学生采用新颖的视角思考和分析问题，从不同的角度提出方案，激发创作欲望，激活创新思维。有的学生设计的屏幕不仅显示提醒信息，还能根据环境变化显示不同表情；有的学生利用云游故宫平台，了解清代粉彩瓷器的信息，运用三维建模软件进行回转建模，以便在展示设备功能时获得更好的效果……学生像工程师一样亲身参与项目作品的开发和应用，掌握了相关知识和技能，进而设计和创作具有个性化的作品，践行了工匠精神。

4.培养信息社会责任意识

在总结提升环节，教师引导学生树立科技助力文物保护的意识，增强文化自信，并激发他们运用数字化手段保护和传承文化遗产的动力，提高社会责任感。教师指出物联网芯片扮演着连接万物、实现智能的关键角色，并提及中国面临的芯片依赖问题，以此唤起学生的爱国情怀，让他们理解发展自主可控技术的重要性，认识到自主可控生态体系对国家安全的关键作用，进而坚定为国家贡献力量的决心。在展示交流环节，学生运用生成式人工智能工具创作海报和文案，撰写作品设计说明，并通过虚拟现实技术在线展示作品，创造性地赋予文物新生。

5.拓宽信息科技学习场域

教师组织课后研学、实地考察等活动，让学生体验基于虚拟现实技术的博物馆沉浸式学习，感受项目作品实际应用效果，从而不断深化项目主题。此外，学生在博物馆展柜内观察到的设备激发了他们与他人分享信息的意识，以及探究设备背后工作原理的兴趣，进而思考如何改良这些设备。

6.开展信息技术支持的评价

最后，教师借助课堂分析系统对基于问题链的课堂教学开展评价并进行循证分析。通过课堂分析系统提供的师生互动曲线，我们可以看出，在基于问题链的课堂中，以学生为主体的互动行为占比较高。通过与其他课堂分析结果对比，我们得出结论：利用问题链引导学生探索和解决问题，可以提高他们的参与度。

依据麦卡锡4MAT（4 Mode Application Techniques）教学模式和布卢姆教学目标法对学生认知领域划分的六个层次，课堂分析系统将教学过程的数据收集统计后得出分析结果如图5，可以看出，本节课提问类型较为丰富，有创新型等高阶问题，可以有效提升学生的思维品质。

五、总结反思

信息技术的赋能不仅能够弥补传统问题链单元教学的不足，还能提升教学质量，促进学生的全面发展，为教学带来了创新与变革。借助信息技术，我们构建了一个更高效、更个性化且互动性更强的学习环境，使学生在探索知识的同时，批判性思维和创新能力也得到培养。利用数字技术，教师带领学生根据单元主题提炼并设计核心问题，细化和拆解核心问题，整合、加工和系统编排子问题，形成紧扣目标、前后相连、层次递进的单元问题链。另外，教师基于学生问题设计的课时问题链，使课程内容有机衔接，有助于教学环节环环相扣，促进学生的深入学习、问题解决能力的培养以及跨学科思考。展望未来，我们将进一步探讨如何在教学中深化信息技术支持的问题链单元教学，通过构建 “设计—实践—反思—改进”的循环教学研究结构，在不断地迭代中优化信息科技教学，提升学生的核心素养。

参考文献

[1] 葛焱，朱君辉.基于学科大概念的初中信息科技大单元教学实践：以“人工智能”大单元教学为例[J].中国信息技术教育， 2024（6）：37-40

[2][3]张佳琪.高中物理单元教学“问题链”的设计研究[D].大连 ：辽宁师范大学，2021.

[4][5]邸杰.基于“问题链”的高校课程思政质量提升策略研究[J].林区教学，2024（3）：32-35.

[6] 孟莹.高中语文教学问题链设计研究[D].武汉 ：华中师范大学，2023.

（作者系福建省厦门外国语学校湖里分校教师）

责任编辑：李媛