指向計(jì)算思維養(yǎng)成的復(fù)合問(wèn)題情境設(shè)計(jì)

王芳

［摘要］ 程序設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)是目前最常見(jiàn)的信息技術(shù)學(xué)科計(jì)算思維培養(yǎng)途徑。研究表明，不依賴于程序設(shè)計(jì)的一般性問(wèn)題解決也可以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。培養(yǎng)計(jì)算思維過(guò)程的本質(zhì)要求之一是進(jìn)行問(wèn)題抽象化，本文對(duì)基于問(wèn)題解決的教學(xué)實(shí)踐案例進(jìn)行研究，嘗試從問(wèn)題的多種表象中提取出問(wèn)題本質(zhì)。在課堂教學(xué)中將學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程置于復(fù)合問(wèn)題情境之中，讓學(xué)生分別解決不同的情境問(wèn)題，并進(jìn)行精細(xì)加工，以提煉出一般性知識(shí)。

［關(guān)鍵詞］ 計(jì)算思維；復(fù)合問(wèn)題情境；信息技術(shù)教學(xué)

計(jì)算思維作為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成正受到越來(lái)越多的關(guān)注。在信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維離不開(kāi)合理的問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)。如果學(xué)生在初始學(xué)習(xí)時(shí)就處于單一或簡(jiǎn)單的問(wèn)題情境中，那么當(dāng)問(wèn)題情境發(fā)生變化時(shí)學(xué)生則很難實(shí)現(xiàn)遷移，即很難使用所學(xué)知識(shí)解決新情境中的問(wèn)題。學(xué)生的計(jì)算思維能力應(yīng)該體現(xiàn)在能解決相對(duì)復(fù)雜情境下的問(wèn)題，且能在不同情境下順利遷移。如果讓學(xué)習(xí)發(fā)生在復(fù)合情境之中，學(xué)生更易抽象出一般性知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)更加彈性地解決問(wèn)題。所謂復(fù)合問(wèn)題情境，是指看似相互獨(dú)立，又有內(nèi)在聯(lián)系的多個(gè)問(wèn)題情境組合。相較于單一情境，復(fù)合情境更有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

一、利用知識(shí)特征，建立關(guān)聯(lián)情境

情境設(shè)計(jì)是指在教學(xué)過(guò)程中，教師有目的地引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩的、以形象為主體的且生動(dòng)具體的場(chǎng)景，以引起學(xué)生一定的態(tài)度體驗(yàn)，幫助學(xué)生理解教材，并使學(xué)生的心理機(jī)能得到發(fā)展的教學(xué)方法，其核心在于激發(fā)學(xué)生的情感。課上的情境可能是相對(duì)獨(dú)立的，也可能是相互關(guān)聯(lián)的，由于計(jì)算思維本身的特性，復(fù)合問(wèn)題情境更容易培養(yǎng)計(jì)算思維。

本案例“VB中的定時(shí)器”選自蘇教版《初中信息技術(shù)》八年級(jí)第4章“算法與程序設(shè)計(jì)”第5節(jié)“程序中的循環(huán)”第2部分內(nèi)容。通過(guò)先前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了VB程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，了解了程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的三大結(jié)構(gòu)——順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，并能運(yùn)用條件語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)判斷。此外，他們還學(xué)會(huì)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的條件循環(huán)和計(jì)數(shù)循環(huán)語(yǔ)句，掌握循環(huán)的含義和作用。本節(jié)課主要學(xué)習(xí)定時(shí)器這種循環(huán)實(shí)現(xiàn)方式，還要運(yùn)用定時(shí)器這一控件制作兔子奔跑的動(dòng)畫(huà)效果。為此，教師設(shè)計(jì)了三個(gè)任務(wù)，通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字倒計(jì)時(shí)程序完成對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，以讓學(xué)生掌握定時(shí)器這一控件的使用方法，接著通過(guò)建立關(guān)聯(lián)情境，設(shè)計(jì)圖片倒計(jì)時(shí)程序，完成圖片的切換效果，為設(shè)計(jì)兔子奔跑這一動(dòng)畫(huà)奠定基礎(chǔ)。

教師借助問(wèn)題情境“5秒鐘文字倒計(jì)時(shí)”程序的編寫(xiě)，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)了定時(shí)器控件的使用方法。在后繼環(huán)節(jié)讓學(xué)生自主解決問(wèn)題“奔跑的兔子”動(dòng)畫(huà)時(shí)，有一部分學(xué)生出現(xiàn)了困難，他們不能順利地使用定時(shí)器控件實(shí)現(xiàn)該動(dòng)畫(huà)效果。在改進(jìn)教學(xué)中，教師增加了用于關(guān)聯(lián)問(wèn)題情境設(shè)計(jì)的“圖片版倒計(jì)時(shí)”程序，學(xué)生則更為順利地完成了后面兩個(gè)問(wèn)題。不難看出，關(guān)聯(lián)問(wèn)題情境與兩個(gè)問(wèn)題情境之間存在如下關(guān)聯(lián)性特征，關(guān)聯(lián)問(wèn)題情境“圖片倒計(jì)時(shí)”與問(wèn)題情境“文字倒計(jì)時(shí)”之間的關(guān)聯(lián)特征是實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)效果；關(guān)聯(lián)問(wèn)題情境“圖片倒計(jì)時(shí)”與問(wèn)題情境“奔跑的兔子”之間的關(guān)聯(lián)特征是實(shí)現(xiàn)不同圖片快速輪流切換。關(guān)聯(lián)特征的存在使得學(xué)習(xí)在不同情境中的遷移更加容易發(fā)生，這是一則復(fù)合問(wèn)題情境設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用案例。通過(guò)系列問(wèn)題解決，學(xué)生不僅順利地完成了知識(shí)學(xué)習(xí)，解決了相關(guān)的問(wèn)題，而且在對(duì)不同案例進(jìn)行精細(xì)化加工的過(guò)程中獲得了一般性知識(shí)，形成解決問(wèn)題的相關(guān)能力。下表是對(duì)案例精細(xì)化加工并提取共性特征的過(guò)程。

如果兩個(gè)問(wèn)題情境之間缺少相似性，那么教師的作用就是幫助學(xué)生在兩個(gè)獨(dú)立問(wèn)題情境之間建立關(guān)聯(lián)情境，關(guān)聯(lián)情境與兩個(gè)獨(dú)立問(wèn)題情境分別具有一定的相似特征。學(xué)生容易通過(guò)這些外部特征的相似點(diǎn)來(lái)提取相關(guān)知識(shí)，并將其用于解決形式相異的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用，培養(yǎng)計(jì)算思維。

二、利用認(rèn)知沖突，建立關(guān)聯(lián)情境

在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，會(huì)遇到新的知識(shí)和已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生沖突的情況，學(xué)生容易在此情形下陷入困惑狀態(tài)。他們迫切想要解決這一困惑，教師如果能利用好這一認(rèn)知沖突，將會(huì)大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，加深知識(shí)在學(xué)生腦中的印象，并幫助學(xué)生更好地理解新知。本案例“程序中的判斷”選自蘇教版《初中信息技術(shù)》八年級(jí)第4章第4節(jié)“程序中的判斷”。通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了VB程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，能夠運(yùn)用條件語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)判斷，還編寫(xiě)了簡(jiǎn)單的分支結(jié)構(gòu)語(yǔ)句，本節(jié)課主要學(xué)習(xí)邏輯語(yǔ)句與IF語(yǔ)句的嵌套使用。

基于已有認(rèn)知的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)——消費(fèi)金額的計(jì)算。每年雙十一各電商平臺(tái)都會(huì)舉行大型促銷活動(dòng)，某商家的促銷規(guī)則為購(gòu)物即可享受九五折優(yōu)惠，滿1000元（包含1000元）可享受九折優(yōu)惠，請(qǐng)你編寫(xiě)這樣一個(gè)程序：根據(jù)輸入商品價(jià)格自動(dòng)計(jì)算出實(shí)際支付的價(jià)格。問(wèn)題一經(jīng)給出，學(xué)生快速回憶先前有關(guān)條件語(yǔ)句的知識(shí)，找到解決問(wèn)題的條件語(yǔ)句，這樣就為接下來(lái)的程序設(shè)計(jì)打好了鋪墊。

用于自主解決的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)——快遞費(fèi)用的計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物一般是通過(guò)快遞的方式來(lái)寄送，已知某平臺(tái)的郵費(fèi)規(guī)則：快遞服務(wù)的基礎(chǔ)快遞費(fèi)用為6元，商品消費(fèi)滿99元（包含99元）且商品的重量小于等于10kg可以免收快遞服務(wù)費(fèi)，超過(guò)重量的加收1元/kg（不足1kg按照1kg算）續(xù)重計(jì)算運(yùn)費(fèi)。請(qǐng)你設(shè)計(jì)程序，根據(jù)輸入的商品金額和商品重量，計(jì)算出需要支付的快遞費(fèi)用。

關(guān)聯(lián)問(wèn)題情境設(shè)計(jì)——多種促銷規(guī)則下的消費(fèi)金額計(jì)算。某商家的促銷規(guī)則：購(gòu)物即可享受九五折優(yōu)惠，滿1000元但是不滿2000元可享受九折優(yōu)惠，滿2000元（包含2000元）可享受八五折優(yōu)惠。這時(shí)程序又該如何編寫(xiě)呢？鑒于對(duì)條件語(yǔ)句的已有認(rèn)識(shí)，學(xué)生容易寫(xiě)出形如1000<=pri<=2000的條件語(yǔ)句，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這種條件語(yǔ)句的撰寫(xiě)是行不通的，因?yàn)樗鼤?huì)和已有認(rèn)知產(chǎn)生沖突。這一沖突情境恰好激發(fā)了學(xué)生尋找解決方案的欲望，基于認(rèn)識(shí)沖突，接下來(lái)學(xué)習(xí)邏輯語(yǔ)句時(shí)將會(huì)產(chǎn)生非常好的學(xué)習(xí)效果。

除了運(yùn)用邏輯語(yǔ)句可以解決這一問(wèn)題，條件語(yǔ)句的嵌套也可以解決這一問(wèn)題。教師可以引導(dǎo)學(xué)生從多角度來(lái)思考問(wèn)題，尋找多種解決方法，并能選擇合適的解決方法來(lái)解決問(wèn)題。借助消費(fèi)金額計(jì)算這一問(wèn)題情境，教師幫助學(xué)生回憶條件語(yǔ)句的基本知識(shí)，掌握條件語(yǔ)句的書(shū)寫(xiě)方式。在自主解決問(wèn)題環(huán)節(jié)，很多學(xué)生想不到使用條件語(yǔ)句的嵌套來(lái)計(jì)算快遞費(fèi)用，這時(shí)通過(guò)增加一個(gè)關(guān)聯(lián)情境，計(jì)算多種促銷規(guī)則下的消費(fèi)金額，有助于學(xué)生建立起條件語(yǔ)句的嵌套和邏輯語(yǔ)句的相關(guān)知識(shí)，也為解決快遞費(fèi)用的程序設(shè)計(jì)和計(jì)算奠定基礎(chǔ)。