基于STEM理念的高中信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐

STEM是一種新型的教育理念，其核心是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四個(gè)學(xué)科有機(jī)地結(jié)合在一起，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。教師在運(yùn)用STEM理念時(shí)，應(yīng)注意情境構(gòu)建的全面性，即保證學(xué)生能夠在課堂上自始至終思考信息技術(shù)內(nèi)容的實(shí)際作用?，F(xiàn)以“while循環(huán)的應(yīng)用”教學(xué)為例，對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)具體說(shuō)明。

一、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)

課題名稱(chēng)：運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題求解過(guò)程——while循環(huán)的應(yīng)用。

教學(xué)時(shí)間：1課時(shí)。

教學(xué)目標(biāo)：（1）要求學(xué)生掌握程序循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本流程。（2）要求學(xué)生明確Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言循環(huán)結(jié)構(gòu)的while循環(huán)通常方式，并了解其具體運(yùn)用方式。（3）要求學(xué)生借助循環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)問(wèn)題求解過(guò)程加以描述。（4）讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中形成對(duì)信息技術(shù)的濃厚興趣，并促進(jìn)自身學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

教學(xué)重點(diǎn)：使學(xué)生順利掌握Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言循環(huán)結(jié)構(gòu)的while循環(huán)方式，并了解其具體運(yùn)用方式。

教學(xué)難點(diǎn)：讓學(xué)生應(yīng)用此結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題求解過(guò)程。

為了更好地完成授課任務(wù)，本次以電腦機(jī)房作為授課環(huán)境，并綜合應(yīng)用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、講授法等教法，以及自主探究法等學(xué)法。

二、教學(xué)過(guò)程

（一）導(dǎo)入

課前可用演示方式把問(wèn)題呈現(xiàn)給學(xué)生。

某同學(xué)今年17歲，她是在3月12日植樹(shù)節(jié)這天過(guò)生日。今年植樹(shù)節(jié)，老師和大家去公園參加植樹(shù)活動(dòng)。這位同學(xué)很開(kāi)心，自己完成了栽4棵樹(shù)的任務(wù)，這次生日很有意義。這位同學(xué)思考：假設(shè)由下一年開(kāi)始，每年這天都參加植樹(shù)活動(dòng)，如果每年均較上一年多種一棵樹(shù)的話，那么我到多少歲的時(shí)候才可以栽完100棵樹(shù)呢？

（二）學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在教師的提示下，學(xué)生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，并回答教師提出的問(wèn)題。

問(wèn)題一：while循環(huán)格式是：

若想保證程序始終循環(huán)，那么循環(huán)條件應(yīng)當(dāng)

問(wèn)題二：需要利用什么條件才可確保程序始終循環(huán)下去呢？

A.True；B.1=1；C.3>5；D.4<5

問(wèn)題三：如何才可以將“您好！”循環(huán)顯示出來(lái)？

問(wèn)題四：隨機(jī)函數(shù)randint（1，5）形成的值有可能包括。

問(wèn)題五：如果想讓出現(xiàn)的值處于10至20之間（包括10和20），那么隨機(jī)函數(shù)需要如何寫(xiě)randint（ ）。

在導(dǎo)入之后，教師安排學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材內(nèi)容。

對(duì)于教師提出的問(wèn)題，學(xué)生可在獨(dú)立思考后給出答案，或者稍稍留置，待本次教學(xué)全部完成后再做補(bǔ)充。

（三）以導(dǎo)入問(wèn)題為載體的知識(shí)講授

教師以導(dǎo)入問(wèn)題為載體，向?qū)W生講授知識(shí)。要求學(xué)生領(lǐng)會(huì)Python之中的while循環(huán)結(jié)構(gòu)。教師在向?qū)W生說(shuō)清本事例后，提出：是否可以用for循環(huán)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。接下來(lái)師生共同分析問(wèn)題：假設(shè)年齡是age，種樹(shù)總數(shù)是tree，那么tree能夠表示為tree=4+5+6+…，與之相對(duì)應(yīng)的age=17，18，19…，據(jù)此可將本問(wèn)題轉(zhuǎn)化成當(dāng)tree>=100時(shí)，求age的值。分析至此，學(xué)生可從信息技術(shù)領(lǐng)域的while循環(huán)應(yīng)用視角重新審視這一實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，明確：解決本問(wèn)題時(shí)的while循環(huán)屬于當(dāng)型循環(huán)，也就是把while翻譯作“當(dāng)……時(shí)”，若條件得到滿(mǎn)足便可以不斷循環(huán)，若條件得不到滿(mǎn)足便跳出循環(huán)。在每次循環(huán)時(shí)，均為執(zhí)行完循環(huán)體語(yǔ)句之后回到表達(dá)式處重新進(jìn)行判斷，并做表達(dá)式值的重新計(jì)算。此時(shí)可出現(xiàn)兩種情況，若為假便跳出循環(huán)，若為真便使循環(huán)體語(yǔ)句繼續(xù)執(zhí)行。

代碼示例為：

在此之后，教師可要求學(xué)生繼續(xù)以案例為載體，思考可否以while循環(huán)求得1～100之和，要求學(xué)生先觀察for循環(huán)，再觀察while循環(huán)，發(fā)現(xiàn)其中所蘊(yùn)含的知識(shí)要點(diǎn)。

（四）以項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向的知識(shí)引導(dǎo)

教師利用項(xiàng)目任務(wù)搭建能夠體現(xiàn)STEM理念的引導(dǎo)框架，圍繞學(xué)生常遇到的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與使用。

給出項(xiàng)目任務(wù)之前，教師先與學(xué)生做基礎(chǔ)知識(shí)梳理。如教師提出問(wèn)題：while循環(huán)的特點(diǎn)是什么？

學(xué)生可根據(jù)自學(xué)與教師講解回答：先判斷表達(dá)式，再執(zhí)行循環(huán)體。同時(shí)表示：循環(huán)體可以是任意類(lèi)型語(yǔ)句；有下列情況出現(xiàn)時(shí)退出while循環(huán)，即條件表達(dá)式不成立（為零）；循環(huán)體內(nèi)遇break，return，go to；無(wú)限循環(huán)：while（1）循環(huán)體。

接下來(lái)，教師要求學(xué)生圍繞現(xiàn)實(shí)中具有普遍性的點(diǎn)名現(xiàn)象，完成隨機(jī)點(diǎn)名程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。

由于處理實(shí)際問(wèn)題較單純學(xué)科問(wèn)題更為復(fù)雜，教師給出的引導(dǎo)問(wèn)題應(yīng)具有較強(qiáng)的針對(duì)性。本例中，教師可基于此程序設(shè)計(jì)要求，先由最基礎(chǔ)性的學(xué)號(hào)抽取啟發(fā)學(xué)生探究，要求其探索：怎樣以Python語(yǔ)言產(chǎn)生班級(jí)里全部成員學(xué)號(hào)盒子，并做到隨機(jī)抽取呢？學(xué)生思考后再引導(dǎo)：如果需進(jìn)行多次抽取，在無(wú)法明確抽取次數(shù)的情況下，應(yīng)該如何利用這個(gè)程序來(lái)實(shí)施控制呢？因?yàn)椴恢莱槿〈螖?shù)，則無(wú)法運(yùn)用for循環(huán)語(yǔ)句來(lái)回答，此時(shí)學(xué)生便自然接受通過(guò)條件控制的while循環(huán)語(yǔ)句，并對(duì)其進(jìn)行使用。

在學(xué)生進(jìn)行以項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向的探究時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)其注意一些事項(xiàng)。例如，教師應(yīng)及時(shí)提出：若循環(huán)體包括多于一個(gè)的語(yǔ)句，則需要用復(fù)合語(yǔ)句“”形式。在教師的提示下，學(xué)生給出：

程序段1：

程序段2：

并同步思考程序段1與程序段2執(zhí)行后i、sum的值。此類(lèi)問(wèn)題對(duì)學(xué)生完成STEM式的探索任務(wù)具有借鑒意義。與之類(lèi)似，教師也可提出“在循環(huán)體中應(yīng)有讓循環(huán)趨于結(jié)束的語(yǔ)句”等問(wèn)題。

教師在任務(wù)研究中給出更深層次的問(wèn)題：做好此程序?qū)W號(hào)隨機(jī)抽取以后，怎樣進(jìn)行本學(xué)號(hào)所對(duì)應(yīng)學(xué)名關(guān)聯(lián)呢？怎樣把全班范圍內(nèi)的學(xué)生姓名順利導(dǎo)入程序內(nèi)并生成姓名列表呢？這些問(wèn)題可讓學(xué)生獨(dú)立或者協(xié)作了解文件讀取等拓展方面的知識(shí)，使既有知識(shí)體系得以持續(xù)鞏固，不斷完善。

（五）為學(xué)生提供獨(dú)立練習(xí)問(wèn)題

在教師講解學(xué)生傾聽(tīng)、學(xué)生分析教師引導(dǎo)兩個(gè)環(huán)節(jié)之后，教師給學(xué)生提供獨(dú)立練習(xí)問(wèn)題，讓其基于已經(jīng)掌握的while循環(huán)語(yǔ)句使用知識(shí)，完成從理論到實(shí)踐的多項(xiàng)練習(xí)任務(wù)。本次教學(xué)時(shí)，教師給學(xué)生提供的課堂練習(xí)任務(wù)包括以下幾個(gè)。

任務(wù)1：如果k是整數(shù)，下面所列while循環(huán)執(zhí)行次數(shù)是同次嗎？

任務(wù)2：請(qǐng)完成基于本問(wèn)題的編程：一張白紙大約有0.05毫米厚，將其對(duì)折1次它有多厚？在對(duì)折多少次之后，白紙厚度將超過(guò)1米？學(xué)生將得到：

任務(wù)3：已知S=1+2+…+N，請(qǐng)找到一個(gè)最大整數(shù)N，滿(mǎn)足S<30000的條件，試以編寫(xiě)程序的方式解決本問(wèn)題。學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題，明確答案，以for語(yǔ)句進(jìn)行驗(yàn)證，分析答案是否正確。

（六）重視總結(jié)與展示交流

教師以板書(shū)設(shè)計(jì)的形式總結(jié)。在此之后，教師通過(guò)展示交流幫助學(xué)生優(yōu)化算法。

在本環(huán)節(jié)中，教師給學(xué)生提供充分的分享機(jī)會(huì)，使其能夠在小組內(nèi)部、小組之間互相學(xué)習(xí)的狀態(tài)下，感受到不同的問(wèn)題解決思路。從教學(xué)整體效果看，展示性評(píng)價(jià)是一個(gè)可起到較好教育引導(dǎo)作用的教學(xué)環(huán)節(jié)。表述作品設(shè)計(jì)思路能使學(xué)生的概括能力得到提升，而與之相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)工作則有助于學(xué)生了解其他人的思路，從而加強(qiáng)學(xué)習(xí)與自我反思，使自己的作品更加完善，在持續(xù)優(yōu)化程序期間深化理解while循環(huán)與循環(huán)控制語(yǔ)句。

為了取得良好的展示交流評(píng)價(jià)效果，教師設(shè)計(jì)以學(xué)生計(jì)算思維素養(yǎng)發(fā)展為核心的評(píng)價(jià)表，在評(píng)價(jià)表的引導(dǎo)下，學(xué)生完成組評(píng)與自評(píng)，再由教師總評(píng)。評(píng)價(jià)表中的內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)：情感態(tài)度，對(duì)本次的編程學(xué)習(xí)保持濃厚的興趣與強(qiáng)烈的好奇心；思維品質(zhì)，能夠客觀理性分析與while循環(huán)的應(yīng)用有關(guān)問(wèn)題，并善于做出總結(jié)反思；合作學(xué)習(xí)，可以主動(dòng)參與到小組合作活動(dòng)中去，有效解決教師提出的練習(xí)題。除此以外，評(píng)價(jià)量表中還包括更為具體的內(nèi)容，如能夠分析復(fù)雜問(wèn)題，可借助流程圖的描述抽象出問(wèn)題解決過(guò)程；可編寫(xiě)解決問(wèn)題的程序；可進(jìn)行知識(shí)的遷移運(yùn)用；可完成程序的測(cè)試、評(píng)估和解釋?zhuān)鹊??？偟恼f(shuō)來(lái)，評(píng)價(jià)量表中的各項(xiàng)內(nèi)容與教學(xué)初期預(yù)設(shè)目標(biāo)總體吻合。

三、教學(xué)總結(jié)與反思

本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生認(rèn)知循環(huán)語(yǔ)句功能及格式，且可由for循環(huán)結(jié)構(gòu)給出while循環(huán)語(yǔ)句，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生嘗試用計(jì)算機(jī)解決一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。教材中的循環(huán)語(yǔ)句知識(shí)，是當(dāng)學(xué)生完成三種程序框圖學(xué)習(xí)，完成輸入輸出語(yǔ)句和條件語(yǔ)句學(xué)習(xí)之后，應(yīng)當(dāng)面對(duì)的關(guān)鍵性?xún)?nèi)容。本節(jié)課教學(xué)需要學(xué)生基于程序框圖內(nèi)的兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句，即while與do語(yǔ)句，領(lǐng)會(huì)基本格式和運(yùn)行方式。為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，本次教學(xué)時(shí)，教師嘗試從STEM理念出發(fā)，先基于導(dǎo)入案例做細(xì)致講解，再逐步使學(xué)生過(guò)渡到獨(dú)立解決問(wèn)題，教學(xué)層次性較為顯著。與此同時(shí)，這節(jié)課也有不足，如這節(jié)課基于學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣進(jìn)行新知識(shí)引入，但引入資源不夠新穎，沒(méi)有充分體現(xiàn)出STEM理念及其應(yīng)用價(jià)值；再如課堂教學(xué)形式不夠多樣化，情境構(gòu)建方面的表現(xiàn)不夠多樣化。除此以外，本次教學(xué)還存在學(xué)生參與度不足的問(wèn)題，如小組合作學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)模式的應(yīng)用不夠明顯，未能使學(xué)生高效辨析循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以及給予學(xué)生操作時(shí)間不夠充分等，導(dǎo)致個(gè)別學(xué)生在課后依然未能理解while循環(huán)和for循環(huán)二者間的區(qū)別，且難以做到二者的快速轉(zhuǎn)換。

（作者單位：福安市第八中學(xué)）

編輯：曾彥慧

作者簡(jiǎn)介：郭祿清（1981—），男，福建福安人，本科，一級(jí)教師，研究方向：高中信息技術(shù)教學(xué)與研究。