基于问题解决的初中信息科技教学实践——以“‘数据表格处理’综合活动”为例

◎ 章兴伟

《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》指出：“创新教学方式，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理应用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力”， 在教学活动中“培育学生数字素养与技能”。计算思维是信息科技学科的核心素养之一，在新课程改革背景下，尤其需要关注大单元、大问题、大任务教学。如何设计、构建单元（主题）教学活动的问题线，绘制基于问题分解的问题求解线索并通过学生的探索与实践解决问题？问题解决以“提出问题—分析问题—解决问题”为教学活动主线，引导学生在问题解决的探究、实践过程中“对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案”，逐步形成计算思维和良好的价值观认同。

一、问题解决的含义理解

在心理学的范畴，问题解决是指从问题的初始状态到达目标状态，而采取一系列具有目标指向性的认知操作的过程。它由一定的情境引起，按照一定的目标，应用各种认知活动、技能等，经过一系列的思维操作，使问题得以解决。在教学中，问题解决的含义可以概括为在教学情境中，通过序列化的教学活动解决序列化的教学问题，达成教学目标的过程。

问题解决以问题情境构建学生感兴趣的问题，以有效的问题抽象激发学生内在冲突，使学生感到这种问题具有某种程度的不确定性、挑战性，以激起他们的探究欲望。教师将问题分解为更小的具有逻辑联系的子问题，并从问题的宽度、广度、深度上，提供解决问题的多种可能的假设与解决问题的路径，扩展学生的思路，引导学生思维。同时，教师提供必要的工具、搭建必要的支架，协助学生蓄积或构建问题解决的模型，丰富学生实践体验，引导学生分析问题，依据问题线索探索，形成解决问题的步骤（算法），引导学生用实践去验证模型，得出必要的结论，形成解决问题的方案。

问题解决反映学生的学习思维过程。在教学过程中，问题解决表现为各个教学环节中学生的思维活动，如抽象与分解、推理与分析、综合与归纳、表征与表达、判断与选择、反思与迁移等。学生在学习活动中以问题线索为指引，理解问题并提炼问题的关键要素，通过探索与实践活动解决问题。

问题解决以驱动任务为载体。在信息科技学科教学中，常以驱动任务推进教学过程。驱动任务以问题解决为旨归，具有明确的目标指向，即指向某个问题的解决；相应的，每个问题以某个任务为载体，任务完成即该问题得以解决。在问题解决的路径中，问题序列构成问题线索，任务序列构成任务线索，一系列具有逻辑关联的问题对应一系列具有层次关系的驱动任务。

问题解决指向核心素养培育。问题解决是联合国教科文组织发布的《数字素养全球框架》7 个数字素养领域之一。在此框架中，问题解决领域包括解决技术问题、识别需求和技术响应、创造性使用数字技术、识别数字素养鸿沟、计算思维6 个素养要素，直接或间接指向信息技术学科核心素养目标。学生在对问题的分析、判断中，树立正确的价值观，形成信息意识，践行信息社会责任；在问题解决的过程中发展解决问题的能力与计算思维；在合作的过程中，提高数字化合作与探究的能力，运用信息技术探索新知识新技能，发扬创新精神分析与解决问题。

二、基于问题解决的教学实践

从初中信息科技课程的架构来看，教学内容包括信息科技基础知识、常用软件应用，近几年又面向信息技术热点，引入了如图形化编程、AI、3D 设计等新内容。这些内容以单元教学的形式展开，一般包括若干个基础活动和一个综合活动。在上述教学内容的教学活动实施中，问题解决与任务驱动协同，引导学生在情境中抽象问题、在分解中理解问题、在思维碰撞中分析问题、在探究中解决问题。

笔者以初中信息科技数据处理单元中设计的学习活动“‘数据表格处理’综合活动”为例，来阐述基于“问题解决”的信息科技学科教学实践，本课以问题解决进程驱动学习任务推进，进而培育学生计算思维。教学中问题解决的过程如图1 所示。

（一）导入：问题情境激发学生学习内动力

知识问题化，问题情境化。教学设计实质上就是问题设计，教学设计过程就是问题设计的过程，教学过程就是问题解决的过程，一节好课，就是由一系列具有逻辑联系的有效问题串联起来的。

问题设计需要依赖情境，一旦脱离情境，往往显得比较生硬，不容易引起学生的共鸣，不利于激发学生的学习兴趣。情境的基本作用体现在激发学生学习、探究的动机，引导学生思维方向，建立问题认知的起点。信息科技学科问题设计的情境创设，最好来源于学生亲身经历的真实生活或是学生学过的知识以及所了解的社会现象等。问题情境可以呈现为一段描述、一个数字故事、一段多媒体素材……，如在本课中，笔者设计了丁丁烦恼自述及肥胖的危害视频，呈现了丁丁因不合理的饮食及运动缺失导致的形象认知与身体机能上的问题，并由此产生的身心烦恼，以此问题情境导入教学。

问题情境创设要紧扣问题，贴近任务。从本质上说，问题情境是为问题解决服务的，它是问题设计的基础环境，能够让问题变得更人性、更具吸引力和启发性。问题情境的创设要有明确的目标指向，一般而言，情境要能够更好地诠释问题，更容易激发学生的求知欲和探索的动力，更能活跃、引导学生基于问题的思维。

（二）探究：主线驱动问题引导学生思维

驱动性问题是学生探究问题的核心，是教学中问题解决思考的起点与通过探索、实践从而解决问题的目标指向。它是从情境中抽象出来的问题，学生通过学习探究与实践，回应驱动性问题。同时驱动性问题能成为细化问题的线索，形成问题线索，架构于信息科技学习驱动任务线索之上，是指向问题解决的方向指针，能为信息科技学科教学提供有意义的目标驱动。

在预设的问题情境下，教师基于对教学内容的把握（教学内容分析）及学生基础的认识（学情分析），运用自己的知识优势、技能优势，在预设的任务中嵌入信息科技学科知识，预设问题，引导学生理解、思考，构建认识问题、分析问题、解决问题的路径。如在数据处理单元中，笔者设计了“世界预防肥胖日就快到了，如何帮因为肥胖而烦恼的丁丁设计一份健康饮食的方案”这一驱动性问题。以此驱动性问题为主线，设计学习任务与学习过程的问题线索，引导学生思考“如何获取数据”“如何设计数据表”“如何选取数据分析字段”“如何进行数据计算”“如何进行数据的比较判断”“如何表达呈现数据分析的结果”“如何根据数据分析结果提出合理化的措施，形成健康饮食方案”等具有逻辑联系的分解子问题，并在子问题与子任务的探究中建立模型，比如建立丁丁体质数据、运动数据、膳食数据获取的模型，计算肥胖指数的模型等，进而形成由每个子问题串联起来的问题解决的步骤，即算法。

（三）实践：问题与任务协同驱动问题解决

初中信息科技学科强调信息技术的实践应用。学生在问题的探究中完成操作任务，在操作任务的实践中验证问题解决的步骤，不断迭代优化，以获得可靠的问题解决方案。在此过程中学生学习知识、体验技术，掌握技能、发展思维，落实学科核心素养的培育。

这一环节尤其需要关注问题与任务驱动的协调。本课教学中，用适当的问题引导教学活动，落实计算思维培养，通过问题的抽象、分解，构建分析模型，形成基于一个个关联问题的问题解决步骤，最终形成解决问题的方案。比如要反映丁丁的肥胖状况，就需要获取丁丁一定时间区间的身高体重数据，并由此计算身体质量指数（BMI），这就需要学生能利用公式形成BMI 的计算模型；在此基础上，将不同时间丁丁的BMI 指数与标准BMI 指数进行比较，得到相应的肥胖状况的判断。同样，通过学生对丁丁体重变化与饮食结构的数据进行分析，引导学生在数据分析中用数据说话，探究饮食结构对身体健康的影响，帮助学生养成健康饮食的好习惯。比如以驱动任务“阅读教材，对比不同类型的图表的主要用途和特点，并举出生活中的例子说明并完成学习单上给定的描述中图表类型的判断”与对应设定的问题 “不同图表类型有哪些主要类型的用途和特点”“有哪些关键词提示我们选择正确的图表类型”的协同驱动，落实“认识并选择正确的图表类型制作图表”的教学目标；并通过“图表分析任务”与问题“丁丁的体重什么时候开始超标了”“目前丁丁的肥胖指数属于哪个级别”“丁丁的膳食构成中热量最高的是什么类别”“丁丁摄取的食物热量与他一天的消耗相比，情况是什么样的”“丁丁整体的膳食结构合理吗”进行图表判读，为丁丁的烦恼找寻原因，在迭代验证中形成合理的饮食、运动建议方案。

问题的拓展指向对示例教学内容形成的问题解决逻辑步骤的迁移应用，教师可以通过提出类似问题，比如如何改善空气质量，让学生在课外探究。

三、总结与反思

教学过程在某种程度上就是“提出（发现）问题—思考（分析）问题—解决问题”的过程。基于问题解决的教学活动让教学目标导向更加清晰，学习任务更加明确，知识线索更加具体，学习路径更加通达。学生在学习活动中思维更加活跃，主动参与学习的意识与动力更加充沛，对信息技术的感知与体验更加深刻，运用信息技术知识与技能解决真实问题，完成情境任务的能力得以提高，核心素养得以培育。

笔者认为基于问题解决的信息科技学科教学应关注以下三个方面。

（一）关注问题设计的有效性

在信息科技学科教学过程中，师生之间对话聚焦于问题的提出、剖析、解决。任务驱动过程承载一个个问题的突破，因此问题设计要关注问题的有效性。要在信息科技学科教学中充分发挥问题链的导引作用，教师必须根据信息科技教学内容、考量学生的知识技能基础、贴合学生的心理特征与认知水平，精心设计问题。问题既可以是教材（教学内容）的问题化解读，也可以是知识的拓展延伸，还可以是学习与生活中的思辨质疑……

有效的问题设计要紧扣课堂教学目标，选准问题角度切入，促进教学目标达成；要抓住问题之间的内在逻辑联系，构造问题梯度，设计层次递进的问题，帮助学生链接相对凌乱、松散的知识点，构建起知识网络，完善知识结构体系；要把握持续学习过程中问题的挑战性，挖掘问题深度，以具有一定复杂程度的问题引发学生的认知冲突，激发学生参与问题解决挑战的内在动力；要关注关联性的问题支架，拓展问题宽度，设计非线性问题，引导学生发散思维，解决问题的路径更加多元、开放；要注意问题的可达性，把握问题难度，设计难度适当的问题，避免问题成为低效问题或者无效问题。

（二）信息科技课程三维度协同教学

教学中问题解决是在信息科技课程教学的情境任务的驱动下，让问题线索、任务驱动与素养培育三个维度协同，其中，任务是载体，问题是线索，素养培育是目标。任务的完成与问题的解决相匹配，任务与问题的设计要契合学生接受程度、认知水平和既有基础，与教学内容相贴合，尤其是要考虑到教学内容在单元教学的位置，聚焦单元整体，关注教学的前移后续，让教学活动在积极的、开放而又聚焦的品质思维活动中展开，学生在与问题的对话中深度体验解决问题的过程，获得素养提升。

（三）问题解决过程要以学生为中心

教学中的问题解决强调学生在问题引导下的自主探究与合作学习，更多地倾向于学生学习过程而不是教师教的过程，让信息科技课堂回归以学习为中心的形态。学生主动探索、实践，其主体地位得以充分体现。在内在动力的驱使下，学生通过主动学习，在已知与新知之间解决问题，自主建构、扩展知识网络以及解决问题的能力。这还体现在学生的自我设问，即学生在学习过程中实时生成的问题上。学习内驱力的增长直观的作用就是促进了学习方式的转变，学生的主体作用得以加强，自主学习与伙伴协作学习转变了课堂教学的形态与生态，在问题解决的过程中，学生的思维宽度、广度和深度得以发展，问题思维、发散思维、焦点思维、创造性思维等思维方式得以拓展，思维能力与思维品质得以提升。

在信息科技学科教学中，教师基于问题解决开展教学，以相互关联的问题线索与任务线索驱动学生学习进程。教学活动以学生为中心，以学生的学习探究、实践活动为重点，学生在问题的解决过程中构建模型及算法，形成解决问题的步骤、方案，并对方案进行实践验证、迭代优化，培育学生计算思维，并通过问题拓展增强学生解决相似问题的能力。当然，针对不同的教学内容，基于问题解决的信息科技课程教学还需要不断实践，不断完善，不断优化，改进教学的行动始终在路上。