高中信息技术问题化学习课堂建构与实施路径的应用与探索

陈丹亚

摘要：本文以《数据与计算》第三章3.4节《分支结构算法实现》的教学过程为例，以“一元二次方程求解”为学习问题，建构问题化学习教学模式，以“呈现问题è分析问题è推进问题è解决问题è总结问题è拓展问题”为实施路径，让学生在问题的解决中，层层深入的认识选择结构，完善程序。旨在让学生通过对某“个”实例的分析，找出分支结构的规律性问题，归纳出选择结构的一般格式，实现从“个”到“类”的提升。文中详细分解问题化学习实施路径中的每个环节，总结设计意图和注意事项，以希望对高中信息教学中问题化学习的教学策略的应用提供参考。

关键词：分支结构;问题化学习;课堂建构;实施路径

本课的授课对象为必修1《数据与计算》的高一学生，大多学生对利用信息技术解决实际问题充满好奇心，乐于和同学一起进行问题的分析与探讨。急切地想编写程序解决生活中更为复杂的实际问题，但是他们现有的知识结构仅仅掌握Python常量、变量、函数、书写表达式等基础知识，仅限于解决顺序结构的问题，将实际问题转化为算法程序的能力也有待提高。经过本课学习后，学生应达到课程标准“计算思维水平2”中的部分要求，在日后实践中，能认识到分支结构在学习生活中的应用价值，自觉运用分支结构解决问题。

针对这一学情和教学目标，我们以问题为导向，按照问题化学习模式进行如下实施：

一、呈现问题，引入主题

提问1：生活中大家有碰到过哪些选择性问题吗？实例应用的选择结构类型一样吗？

师生互动举例。（略）

提问2：在前面的章节学习中，我们已经分析了“一元二次方程求解”算法的流程图实现，很明显也是一种分支结构，那又该如何实现呢？

设计意图：创设情境，导入主题，联系生活实例让学生产生共鸣，让学生感受到选择结构是用于判断给定的条件，根據判断的结果控制程序执行流程，分为单分支、双分支及多分支选择结构。

二、分析问题，抽象建模

提问3：第二章学习时已经分析了“一元二次方程求解”算法的流程图实现，现在要求输入a，b，c的值，有解的情况下输出解，无解的情况下输出“无解”，程序该如何实现？

自学导学案中的if语句的语法要点，先尝试用if语句实现两种情况的求解程序。

1、用流程图表达分支算法

（1）明确判断的条件表达式

（2）梳理条件成立和不成立时的执行步骤

（3）画出算法流程图

2、Python 语句实现的语法格式归纳：

（1）双分支结构：有if，也有else，用来处理二选一的情况

If语句的语法格式如下：

if <条件表达式> ：

<语句块1>

else：

<语句块2>

双分支if语句的执行过程是：首先计算条件的值，如果条件的值为“真”，则执行语句1后结束if语句;如果条件的值为“假”，则执行else后边的语句2后结束if语句。

（2）单分支结构：只有if，没有else

If语句的语法格式如下：

if <条件表达式> ：

<语句块>

单分支if语句的执行过程是：首先计算条件的值，如果条件的值为“真”，则执行语句后结束if语句;如果条件的值为“假”，则立即结束。适合只需要对条件为真的情况做出处理的程序。

设计意图：学生通过第二章的学习铺垫，已经理清了一元二次方程求解的思路和求根公式的表达式书写，所以只要应用合适的if语法结构，就可以完成实践1的目标设定。

注意事项：因为学生是第一次接触Python的if语句结构，教师需要总结语法格式书写的注意事项与要点。特别强调Python中的缩进是强制的，缩进的语句视为代码块（以缩进标记程序结构），通过缩进，Python能够识别出语句是隶属于if（else）的分支。这也是以后解题划分结构的重要依据。

实践1：依次输入a，b，c的值，有解的情况下输出解，无解的情况下输出“无解”，代码如下：

a=int（input（“a=”））

b=int（input（“b=”））

c=int（input（“c=”））

d= b**2-4*a*c

if d>=0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=（-b-d**0.5）/（2*a）

print（“x1=”，x1， “x2=”，x2）

else：

print（“无解”）

三、推进问题，提升难度

提问4：如果要实现依次输入a，b，c的值，程序运行后能分别判断输出2个不同的解，2个相同的解，无解的三种情况的算法，程序又该如何实现？

1、Python 语句多重分支实现的语法格式归纳：

（1）块if语句结构

if <条件1> ：

<语句块1>

elif <条件2> ：

<语句块2>

……

elif <条件N-1> ：

<语句块N-1>

else：

<语句块 N>

教师总结归纳：首先计算条件1的值，如果条件1的值为“真”，则执行语句1后结束if语句;否则计算条件2的值，如果条件2的值为“真”，则执行语句2后结束if语句;……;条件1至条件n-1的值都为“假”时，最后执行else子句的语句n。

级联式if语句在语法上是一条语句，只是在else子句中包含了if语句，而该if语句的else子句又包含了if语句，以此类推。

四、解决问题，实践应用

实践2：在实践1的基础上，优化算法，应用块if语句结构，实现依次输入a，b，c的值，程序运行后能分别判断输出2个不同的解，2个相同的解，无解的三种情况的算法。

a=int（input（“a=”））

b=int（input（“b=”））

c=int（input（“c=”））

d= b**2-4*a*c

if d>0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=（-b-d**0.5）/（2*a）

print（“x1=”，x1， “x2=”，x2）

elif d==0 ：

x1=（-b+ d**0.5）/（2*a）

x2=x1

print（“x1=x2=”，x1）

else：

print（“无解”）

五、总结问题，探索规律

实践3：编写程序：输入身高和体重，求BMI指数。

要求：输入身高（米）、体重（千克），求BMI指数（体重除以身高的平方），IBM值低于18.5 時输出“偏轻”; 18.5-25 输出“正常”; 25-28 输出“过重”; 28-32 输出“肥胖 ”。

设计意图：实践3的要求相对实践2增加为4种情况的判断，学生在掌握三种情况的块if语句书写的前提下应该是很容易完成要求的，进一步提升学生的迁移能力。

提问：多分支结构在哪些生活情景中有应用？大家是否可以应用本节课所学知识编写程序解决？

【应用一】出租车费计算问题

【应用二】电费计算问题

【应用三】超市打折问题

设计意图：本课在对学生核心素养的培养重在通过对现实问题的分析、抽象与建模，形成分支结构算法概念，并使用计算机程序解决问题。总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。

六、拓展问题，激发思考

提问5：多分支的选择结构是不是只有块if语句结构呢？能不能分解为多个双分支或单分支结构？语法格式又该如何调整？

教师给出嵌套if结构语句实现的导学案，学生自主学习，鼓励学生思考如何用嵌套if语句将一元二次方程三种情况求解的程序进行结构调整，体验嵌套if语句格式和块if语句的区别。

设计意图：不同的分支结构有不同的语法格式和适用场合。牢固掌握选择结构程序设计，是学习程序设计的基本要求，是学会编写结构清晰、易读易懂的程序的前提。

程序设计的学习主要围绕环境、语言和应用三个方面的知识和内容展开，语言视图的学习，其核心主要在于语言规则本身。从教学方式来看，以往的程序设计语言规则的学习往往采用三步走的形式，即“提出问题，给出解答，再加点解释”，特别是“解释”，往往过多的纠缠于程序设计语言的语法知识的细枝末节之中，学生较少体验到解决问题的成功的喜悦。

本节课运用了问题化学习的教学模式，首先选择学生已有的知识架构贴近的“一元二次方程求解”问题引入，分析解决这个问题的“程序”。遵循学生认知能力的发展规律，从简单的双分支逐渐提升到多分支，在尝试补充程序模板中关键代码的过程中，逐步认识If选择结构，并引导学生提取出If语句的基本格式，最终得到功能强大If语句的指令集。最后进行拓展应用，将现实生活中各种多分支问题问题归类，学以致用，让学生感受编程学习的魅力。

问题化学习的教学模式在有限的课堂教学时间内，聚焦问题，层层递进，学生通过自主发现问题、持续探索问题、建构问题系统、合作解决问题的过程，完成知识的探究，有助于学生从整体上认识选择结构，并不断向纵深发展。这是使用传统的讲授法是无法完成的。这一课堂建构模式与实施路径值得在后续的章节教学中推广应用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准：2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 徐谊.基于学习方式变革的课堂转型探索.现代教学，2019（10A）：25-26.

[3] 王天蓉.问题化学习的原理和方式.现代教学，2019（10A）：27-28