指向關(guān)鍵能力培養(yǎng)的問題深度解決

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674—2117（2025）14—0061—04

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）明確提出：“高中信息技術(shù)的課程目標(biāo)是全面提升全體學(xué)生的信息素養(yǎng)?！边@一目標(biāo)與中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系提出的“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”四維目標(biāo)相呼應(yīng)，二者在“教一學(xué)-評(píng)”一致性原則指導(dǎo)下共同規(guī)范信息技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐。

新高考對(duì)能力和素養(yǎng)考查的導(dǎo)向

自新課標(biāo)實(shí)施以來(lái)，浙江省共進(jìn)行了5次選考科目的技術(shù)考試。通過分析歷次的試題可知，命題思路始終貫穿“學(xué)科核心素養(yǎng)”“學(xué)科關(guān)鍵能力”“創(chuàng)設(shè)情境”“問題解決”“思維品質(zhì)”等關(guān)鍵詞。例如，2025年1月浙江省普通高校招生選考科目考試技術(shù)試題的第11題（如圖1），在考查遞歸函數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，綜合了乙程序段的循環(huán)、遍歷程序設(shè)計(jì)思想，對(duì)字符串進(jìn)行處理。學(xué)生要正確解答問題，需要讀懂甲程序段，領(lǐng)會(huì)到它的作用是把s中偶數(shù)索引的字符取出，然后逆序拼接并輸出。而乙程序段則是采用循環(huán)遞推的方式，從索引0開始遍歷字符串，且每次跳過一個(gè)字符，再拼接成結(jié)果字符串。再考慮到兩個(gè)程序段等效，結(jié)合字符串長(zhǎng)度n的奇偶性不確定性因素，方可確定正確答案。很顯然，該試題不僅考查必備知識(shí)，考查“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性”[2的目的更強(qiáng)，明顯指向使用學(xué)科素養(yǎng)解決問題關(guān)鍵能力的考查。同時(shí)，這道試題體現(xiàn)了一題多解，但與傳統(tǒng)的一題多解又不完全一樣，它試圖通過分析問題的其中一個(gè)解，來(lái)推導(dǎo)出問題的另外一種解法，從而達(dá)到能力考查的目標(biāo)。這道試題使用字符串長(zhǎng)度奇偶性的不確定性，引導(dǎo)教師在教學(xué)過程中應(yīng)該教會(huì)學(xué)生如何使用確定性的知識(shí)應(yīng)對(duì)客觀世界的不確定性。

當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐存在的問題及解決策略

在教學(xué)實(shí)踐中，尤其是在高三復(fù)習(xí)課中，部分學(xué)校的信息技術(shù)教學(xué)還停留在刷題階段，教師和學(xué)生把精力都放在知識(shí)點(diǎn)的落實(shí)和題目的解答上，這就導(dǎo)致出現(xiàn)以下幾方面的問題： ① 對(duì)知識(shí)在解決真實(shí)問題時(shí)的應(yīng)用關(guān)注不夠； ② 把知識(shí)相對(duì)獨(dú)立起來(lái)學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)的相互關(guān)聯(lián)認(rèn)知不夠，對(duì)知識(shí)理解的深度不夠； ③ 解決問題的方法單一，不重視問題的多方案解決，也不尋求解決問題的優(yōu)化方案。以上種種問題，制約著教學(xué)的有效開展，影響著學(xué)生學(xué)科能力的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的提升。

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)學(xué)科思想，課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生用學(xué)科的思想、學(xué)科的手段和方法解決真實(shí)情境下的具體問題。這就要求教師在教學(xué)實(shí)踐中要將知識(shí)融人具體的問題情境中，在指導(dǎo)學(xué)生解決問題的過程中，幫助學(xué)生為關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)建立有機(jī)鏈接，引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的深度思考。而學(xué)生在理解知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)解決具體問題時(shí)，應(yīng)合理組織、調(diào)動(dòng)相關(guān)知識(shí)與能力，對(duì)問題加以解決。這一立體化、問題導(dǎo)向的教學(xué)過程，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐探索能力，而且促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維、人文思維與創(chuàng)新思維的協(xié)同發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生信息素養(yǎng)的課程目標(biāo)。

指向關(guān)鍵能力培養(yǎng)的問題解決

為了更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，教師需要積累具有真實(shí)情境和教學(xué)價(jià)值的素材。以大家都熟悉的“石頭剪刀布”游戲?yàn)槔?，它的?guī)則很簡(jiǎn)單：石頭克剪刀，剪刀克布，布克石頭。這個(gè)情境來(lái)源于生活的真實(shí)場(chǎng)景，容易觸發(fā)學(xué)生的思考。在教學(xué)中，教師可以再加一個(gè)規(guī)則，即三局兩勝，使問題在判定輸贏的基礎(chǔ)上，引人分?jǐn)?shù)的累積。

1.抽象與建模

為了使用計(jì)算機(jī)模擬三局兩勝的“石頭剪刀布”游戲，在抽象與建模時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生使用變量computer表示電腦，用player表示玩家，依次使用常量0、1、2表示動(dòng)作石頭、剪刀、布，使用列表score表示某次比賽雙方的得分，根據(jù)游戲規(guī)則，有：

[1，1] （平局，各得1分） score= [2，0] （player贏，得2分） [0，2] （computer贏，得2分）

這一過程用來(lái)培養(yǎng)學(xué)生分解具體問題，抽象出解決問題需要的元素，建立計(jì)算模型，從而解決問題的一系列能力。

2.設(shè)計(jì)算法

基于問題的抽象與建模，按照問題的情境，可設(shè)計(jì)算法解決問題，并使用流程圖（如圖2）進(jìn)行描述，其中“判斷輸贏，計(jì)算積分”框可以進(jìn)行細(xì)化（如圖3）。通過這一過程，學(xué)生將解決問題的抽象模型轉(zhuǎn)化為具體的算法，并使用流程圖描述出來(lái)，培養(yǎng)了將抽象的概念轉(zhuǎn)化為具體算法的計(jì)算思維。

3.編寫程序代碼

在程序設(shè)計(jì)階段，對(duì)于圖2所示的流程圖，學(xué)生通過參考教學(xué)資料、相互交流等方式，能夠進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。對(duì)于圖3所示的比賽雙方輸贏的判定，學(xué)生往往表達(dá)不出玩家獲勝的條件。結(jié)合抽象與建模時(shí)的設(shè)定及游戲規(guī)則，當(dāng)player的動(dòng)作是o且computer的動(dòng)作為1時(shí)，player贏。學(xué)生只要理解這一點(diǎn)，player贏的另外兩種情況自然就表達(dá)出來(lái)了。使用Python所學(xué)的關(guān)系運(yùn)算符“or”，最終將玩家獲勝的條件表達(dá)為：

（player ?=0 and computer 1==1 ） or（player ?=-1 and computer ） or（player ==2 and computer ?==0 ）

通過這一環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生將流程圖轉(zhuǎn)換為具體的計(jì)算機(jī)程序代碼的知識(shí)應(yīng)用能力。在這一過程中，學(xué)生學(xué)到的知識(shí)是面向具體問題的，學(xué)生將在解決真實(shí)問題時(shí)體會(huì)到知識(shí)的本質(zhì)。

4.對(duì)玩家獲勝條件的簡(jiǎn)潔表達(dá)

面對(duì)前述（1）式玩家獲勝的條件，有部分學(xué)生認(rèn)為可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化表達(dá)，他們將游戲規(guī)則表達(dá)為如圖4所示的環(huán)，按照抽象與建模，再將圖4所示的環(huán)轉(zhuǎn)換為圖5所示的游戲規(guī)則抽象表達(dá)。

在圖4所示的環(huán)中，沿逆時(shí)針方向，前一個(gè)動(dòng)作贏后一個(gè)動(dòng)作，表現(xiàn)在圖5中，可對(duì)應(yīng)為：0贏1，1贏 結(jié)合Python中相關(guān)知識(shí)，可將玩家獲勝的條件簡(jiǎn)化為：

（player+1）% 3== computer

之所以得到這一簡(jiǎn)潔的表述，是經(jīng)過深人思考，把問題抽象理解為一個(gè)環(huán)（如圖4），再把形式的環(huán)進(jìn)一步抽象為解決問題的環(huán)（如圖5），這種思考方式厘清了問題的邏輯關(guān)系，進(jìn)而找到了解決問題的關(guān)鍵要素和有效方案。

5.對(duì)玩家獲勝條件的另一簡(jiǎn)潔表達(dá)

針對(duì)前述（1）式，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)，將player，computer的動(dòng)作描述為列表[player，computer]，則玩家獲勝的條件將是[0，1]、[1，2]、[2，3]三者之中的一個(gè)，因此，（1）式可等價(jià)表達(dá)為：

[player，computer] in [0，1]，[1，2]，[2，0]] （2）式

之所以這么表達(dá)，是從另外一個(gè)角度發(fā)現(xiàn)了問題的深層邏輯關(guān)系，這是一種“發(fā)散思維+計(jì)算思維”的結(jié)果。在這一解決問題的過程中，學(xué)生的思維得到更加全面的發(fā)展，創(chuàng)造力得到進(jìn)一步提升。

6.深度思維，問題深度解決

既然玩家獲勝的條件可使用（2）式表達(dá)，不妨深度思考，把所有可能的比賽結(jié)果列成如表1所示的比賽勝負(fù)表。

按照抽象與建模步驟的設(shè)定，將表1中的動(dòng)作按石頭、剪刀、布的順序依次表示為0、1、2，把比賽結(jié)果按勝、平、負(fù)的順序依次表示為對(duì)應(yīng)積分2、1、0，則可得到如表2所示的抽象的比賽積分表。使用相關(guān)的知識(shí)，將表2轉(zhuǎn)換為Python中的字典：

score={0：[1，2，0]，1： [0，1，2]，2：[2，0，1]}

顯然，score[player][computer]的值將是本輪比賽玩家的得分。在這一基礎(chǔ)上，計(jì)算積分的算法流程圖將變得很簡(jiǎn)單，僅僅一個(gè)順序結(jié)構(gòu)就能解決問題（如圖6）。

比較圖3與圖6，解決同樣的問題，圖3是一個(gè)三分支的選擇結(jié)構(gòu)，圖6僅是一個(gè)順序結(jié)構(gòu)。從學(xué)習(xí)的認(rèn)知建構(gòu)角度講，學(xué)生更易接受圖3表達(dá)的算法，但經(jīng)過逐步分析，問題的邏輯結(jié)構(gòu)不斷清晰明了。經(jīng)過圖3的分層式表達(dá)，到圖4和圖5的環(huán)形表達(dá)，再到表2的表格式表達(dá)，最終到圖6的線性式表達(dá)，這一過程使得學(xué)生的思考不斷向發(fā)散和縱深發(fā)展，學(xué)生從不同角度找到了解決問題的方案。經(jīng)過更全面、更深刻地理解，學(xué)生得出了更具價(jià)值的結(jié)論，對(duì)圖6表達(dá)的算法接受度更高。

效果及反思

1.問題的多途徑解決，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)理解與應(yīng)用能力的培養(yǎng)

通過對(duì)“石頭剪刀布”問題的多途徑解決，學(xué)生針對(duì)解決問題的具體算法，將必修1“數(shù)據(jù)與計(jì)算”中的數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式、基本運(yùn)算、列表、字典以及程序控制結(jié)構(gòu)等編程基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于具體案例。這一實(shí)踐過程不僅加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)本身的理解，更強(qiáng)化了他們對(duì)知識(shí)間關(guān)聯(lián)性的認(rèn)知。隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生逐步掌握了在特定情境下選擇和應(yīng)用合適知識(shí)的能力。同時(shí)，該案例也讓學(xué)生深刻體會(huì)到算法設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間密切的依賴關(guān)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)選擇性必修“數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”模塊奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.問題的多途徑解決，促進(jìn)學(xué)生問題解決與溝通能力的培養(yǎng)

通過對(duì)“石頭剪刀布”問題的多途徑解決，學(xué)生拓寬了自身解決問題的思路，而且學(xué)會(huì)了如何與他人進(jìn)行有效交流與合作，這對(duì)終身學(xué)習(xí)能力與社會(huì)適應(yīng)能力有積極的意義。

3.問題的深度解決，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

“石頭剪刀布”問題的解決，是沿著問題的常規(guī)解決一抽象解決一深度解決主線進(jìn)行的。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，對(duì)知識(shí)的認(rèn)知經(jīng)歷由初建到深化再到應(yīng)用的過程，思維由常規(guī)思維轉(zhuǎn)向變通思維，再轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新思維。在這一過程中，思考由表面轉(zhuǎn)向深入，由片面轉(zhuǎn)向多角度，由機(jī)械式、經(jīng)驗(yàn)式轉(zhuǎn)向靈活性、創(chuàng)造性。通過持續(xù)的問題思考、抽象，提出疑問并進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生的創(chuàng)新能力在深度解決問題的過程中得到顯著提升。

4.通過對(duì)問題的深度解決引發(fā)的教學(xué)反思

在新技術(shù)層出不窮、人工智能不斷突破的今天，信息技術(shù)教學(xué)也要不斷創(chuàng)新，不但要教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更要教會(huì)學(xué)生如何通過真實(shí)問題的解決來(lái)理解知識(shí)、用好知識(shí)、駕馭知識(shí)。

未來(lái)，發(fā)散思維、逆向思維、批判性思維等將成為常態(tài)。信息技術(shù)教學(xué)既要教會(huì)學(xué)生擺脫思維定勢(shì)，獨(dú)立思考，大膽創(chuàng)新，也要引導(dǎo)學(xué)生敏銳發(fā)現(xiàn)舊事物缺陷，捕捉新事物萌芽。只有這樣，才能讓學(xué)生跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，并成長(zhǎng)為堪當(dāng)重任的時(shí)代新人。

參考文獻(xiàn)：

[1中華人民共和國(guó)教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂S].北京：人民教育出版社，2020

[2]教育部考試中心.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系M.北京：人民教育出版社，2019.

[3]魯淑華.地方本科院校創(chuàng)業(yè)教育課程體系設(shè)置研究———以重慶市為例重慶：重慶大學(xué)，2012.