高中信息技術(shù)教學(xué)中的問題解決與創(chuàng)新培養(yǎng)

中圖分類號：G434文獻標(biāo)識碼：A論文編號：1674-2117（2025）13—0039-04

問題起源

問題，并以解決問題為導(dǎo)向，開展方案設(shè)計、新知學(xué)習(xí)、實踐探索等具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動”。還原知識被創(chuàng)造的情境，即還原當(dāng)時激發(fā)計算機科學(xué)家創(chuàng)造知識（科學(xué)原理）的問題情境[，讓學(xué)生以學(xué)科專家的方式思考和解決問題，經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和建構(gòu)過程，是新課標(biāo)所指的具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動。由此可知，基于問題解決的知識建構(gòu)[2]，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一條有效途徑。

當(dāng)前，創(chuàng)新人才的競爭已成為國家綜合競爭力的關(guān)鍵要素。中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》文件中強調(diào)“要創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式，推行啟發(fā)式、探究式、參與式、合作式等教學(xué)方式以及走班制、選課制等教學(xué)組織模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力”。因此，教師需改進教學(xué)方式，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入日常教學(xué)，使其成為教學(xué)常態(tài)，這對教育強國建設(shè)有重要的意義。

實施策略：信息技術(shù)學(xué)科創(chuàng)造力的培養(yǎng)

基于問題解決的知識建構(gòu)課堂教學(xué)是如何實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的呢？首先，具有持續(xù)發(fā)展性的互動故事情境能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力；其次，基于知識、方法和支架的問題能夠激活學(xué)生的創(chuàng)新思維；再次，通過學(xué)科實踐進行新知發(fā)現(xiàn)、知識應(yīng)用和問題解決，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。其教學(xué)實踐模型如下圖所示。下面，筆者以《探秘

信息技術(shù)學(xué)科：創(chuàng)新能力培養(yǎng)的沃土

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）明確指出“基于項目的學(xué)習(xí)是指在教師引導(dǎo)下，學(xué)生發(fā)現(xiàn)計算機內(nèi)的信息表示》一課為例，從情境、問題、學(xué)科實踐三個方面闡述基于問題解決的知識建構(gòu)是如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的。

1.構(gòu)建情境，激發(fā)創(chuàng)新動力

在課堂教學(xué)中，情境創(chuàng)設(shè)通常是不可或缺的環(huán)節(jié)，教師往往會通過創(chuàng)設(shè)情境引入新課，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。那么，怎樣的情境才是高質(zhì)量的呢？筆者認為，高質(zhì)量的情境應(yīng)基于課標(biāo)、教材和學(xué)情，具體表現(xiàn)為：情境具有持續(xù)發(fā)展的故事感，能夠開展探究創(chuàng)新活動，且富有育人價值。

① 將學(xué)生引人探究情境。例如，在本課中，教師提出：“上節(jié)課我們探究了‘為什么有人說數(shù)據(jù)是如今這個時代的新貨幣'，計算機是處理信息的機器，那么計算機內(nèi)部是如何表示信息的呢？例如這頁PPT，包含學(xué)校的建筑照片，以及經(jīng)過脫敏處理的學(xué)生學(xué)校ID、班級學(xué)號、性別和姓名等信息。那么，這些不同形式的數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部是如何表示的？”根據(jù)上節(jié)課的內(nèi)容引出問題，列舉生活中的具體案例，把學(xué)生引入具體的探究情境之中。

② 引導(dǎo)學(xué)生與情境互動。情境并非僅用于引入新課，它更是學(xué)生探究和創(chuàng)新的重要對象，學(xué)生將與情境進行持續(xù)互動和具身體驗。例如，在本課的情境中，學(xué)生要探究“信息在計算機內(nèi)部是如何表示的”，這個問題比較抽象，不適合直接實踐。因此，教師引導(dǎo)學(xué)生采用從一般到特殊的探究方法，從給出的圖片中提取三組信息 ① “男、女”兩種不同的性別； ② “高一、高二、高三”三個班級； ③ “1班，2班……10班”十個班級），讓學(xué)生分別用0和1對這三組信息進行編碼，以此模擬計算機表示信息的過程。如此一來，情境中的這三組信息便成為學(xué)生實踐的對象，學(xué)生與情境實現(xiàn)了真實而有效的互動。

③ 情境是持續(xù)發(fā)展且富有故事感的。例如，在本情境中，學(xué)生探秘二進制的過程是層層遞進的。首先，模仿科學(xué)家對情境中的三組信息進行計算機內(nèi)的信息表示；其次，探秘用二進制表示的信息是否能夠進行計算以及如何計算；最后，探索日常生活中的十進制數(shù)能否在計算機內(nèi)部進行計算。當(dāng)學(xué)生探明計算機內(nèi)部使用二進制數(shù)進行表示和運算后，教師展示上述三組信息二進制表示的結(jié)果，學(xué)生卻發(fā)現(xiàn)了一個新問題：二進制數(shù)表示的信息位數(shù)過長，閱讀起來不便。于是，教學(xué)順勢進人下一個環(huán)節(jié)：學(xué)生繼續(xù)模仿科學(xué)家，研究使二進制數(shù)簡約表示的方法一十六進制。

④ 情境必須具有育人價值。例如，在本探究情境中，學(xué)生不僅能學(xué)到學(xué)科知識，還能培養(yǎng)科學(xué)探究精神——當(dāng)學(xué)生了解了二進制之后，教師指出，國外科學(xué)家發(fā)明二進制計算機其實也受到了中華文明的影響，如《道德經(jīng)》中的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”思想，以及

“太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦”的陰陽八卦思想，厚植愛國情懷。

高質(zhì)量的情境不僅能吸引學(xué)生，而且能讓學(xué)生通過親身實踐體驗，更有效、更深刻地理解知識，進而創(chuàng)造知識，成為學(xué)生開展創(chuàng)新活動的強大動力。

2.提出問題，啟迪創(chuàng)新思維

高質(zhì)量的問題是創(chuàng)新的關(guān)鍵。所謂高質(zhì)量問題，即：問題具有明確的方向性，通常指向?qū)W科本質(zhì)和知識創(chuàng)新，從而為學(xué)生的創(chuàng)新指明方向；在明確了方向后，還需為學(xué)生提供創(chuàng)新方法；問題之間往往蘊含著創(chuàng)新的方法；小問題能起到點撥作用，助力學(xué)生創(chuàng)新；問題鏈能使知識結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生深入理解學(xué)科本質(zhì)。

① 問題應(yīng)指向?qū)W科本質(zhì)和知識創(chuàng)新。例如，在學(xué)生了解了二進制之后，教師提出問題：“進制有二進制和十進制，請你設(shè)計一個區(qū)分方法，區(qū)分不同的進制，如十進制數(shù)110怎么表示？二進制數(shù)110又怎么表示？”這兩個問題指向了進制標(biāo)識這一學(xué)科知識，使學(xué)科本質(zhì)和學(xué)科知識成為學(xué)生創(chuàng)新思考的對象，引導(dǎo)學(xué)生深入探究。

② 問題中常常蘊含著創(chuàng)新的方法。例如，在本課中，在采用二進制數(shù)表示信息時，需要先解決問題：“二進制數(shù)能否表示信息及進行計算？”在本問題得到解決之后，教師緊接著提出問題：“二進制數(shù)是如何運算的？請嘗試計算101+111=？ ”觀察這兩個問題，第一個問題是在探究二進制數(shù)運算的一般特性，而計算 101+111=？ 則是一個具體的例子。通過這個例子可以歸納出二進制數(shù)加法的運算規(guī)律，而加法是其他運算的基礎(chǔ)，從而證明二進制是可以進行運算的。這種從個例到一般的歸納演繹，是一種常用的方法。

③ 小問題能夠起到點撥和支架的作用，助力學(xué)生創(chuàng)新。例如，在學(xué)生用0和1對三組信息進行編碼之后，教師提出問題：“隨著信息數(shù)量的增加，編碼的位數(shù)也相應(yīng)增加。在編碼過程中，你們運用了什么技術(shù)？在什么情況下會增加位數(shù)？是加在前面還是后面？這種技術(shù)具有什么功能？”這些問題能夠引發(fā)學(xué)生的深入思考，使他們關(guān)注到0和1在編碼過程中的進位和計數(shù)這兩個關(guān)鍵點，進而發(fā)現(xiàn)二進制以及用二進制數(shù)表示信息等相關(guān)學(xué)科知識。又如，當(dāng)用二進制數(shù)來表示各種信息時，信息的二進制數(shù)位數(shù)往往很長，給閱讀帶來極大不便。此時，教師提出問題：“能不能分組簡化呢？如手機號碼采用四位一組的分組書寫方式，人民幣金額采用三位一組的書寫方式?！蓖ㄟ^這樣的問題引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生采用四位一組的方式，寫出十六進制，將二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進制，從而有效減少信息的位數(shù)，提升信息的可讀性。

④ 設(shè)計問題鏈能促進知識內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化。例如，在本課中設(shè)計了以下問題鏈：“計算機內(nèi)部采用二進制，用二進制數(shù)來表示各種信息，那么二進制數(shù)是如何運算的？”“既然二進制數(shù)可以運算，那么十進制數(shù)計算機能否直接進行運算？”（通過學(xué)生的回答“先把十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)再進行計算”，引出二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換問題）“在用二進制數(shù)來表示各種信息時，信息的二進制數(shù)位數(shù)往往很長，有沒有辦法進行分組簡化？”以上三個問題，從意義角度將二進制、十進制和十六進制緊密連接起來，使與二進制相關(guān)的知識內(nèi)容形成了結(jié)構(gòu)化的體系，從而幫助學(xué)生更好地理解計算機內(nèi)用二進制數(shù)表示信息這一學(xué)科本質(zhì)。

3.實踐應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

真正的創(chuàng)新一定是落實在行動中的，基于問題解決的學(xué)科實踐是一種很好的創(chuàng)新知識和建構(gòu)知識的實踐行動。

① 做中學(xué)，學(xué)習(xí)新知。例如，在本課中，教師安排的第一個問題是：如何用1和0表示信息？圍繞這個問題開展的實踐是——用0和1對以下三組信息進行編碼：“男、女”兩種不同的性別；“高一、高二、高三”三個班級；“1班、2班…10班”十個班級。正是在這個實踐中，學(xué)生經(jīng)歷了編碼的過程，體會到了進位和計數(shù)的特征，從而發(fā)現(xiàn)了二進制以及二進制編碼方式。

② 做中用，實現(xiàn)知識遷移。在本課中，教師安排的第二個問題是：日常生活中經(jīng)常使用的十進制數(shù)，計算機能否進行計算？圍繞這個問題開展的實踐是：二進制與十進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換，如11001B等于多少D，25等于多少B。正是在這個實踐中，學(xué)生經(jīng)歷了進制的互相轉(zhuǎn)換，進一步理解了二進制“逢二進一”的原理，發(fā)現(xiàn)了二進制和十進制之間轉(zhuǎn)換的一般規(guī)律。

③ 做中創(chuàng)，發(fā)現(xiàn)新知。在本課中，教師安排的第三個問題是：觀察這張復(fù)興校門的二進制數(shù)圖片，如果在屏幕上從左到右一行一行顯示，有近4萬行，這給閱讀帶來了不便，能不能分組簡化表示呢？圍繞這個問題開展的實踐是：將1101000110100111B進行簡化表示。正是在這個實踐中，學(xué)生開展了四位一組的分組簡化實驗，寫出了十六進制，經(jīng)歷了二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)化過程。

基于問題解決的學(xué)科實踐，通過“做中學(xué)”發(fā)現(xiàn)新知、“做中用”應(yīng)用新知、“做中創(chuàng)”解決問題，實現(xiàn)了在知識建構(gòu)過程中提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

反思與展望：信息技術(shù)教學(xué)的創(chuàng)新之路

1.洞察學(xué)情，拓展創(chuàng)新空間

在教學(xué)過程中，教師并不一定真正了解學(xué)情，主要表現(xiàn)為兩種情況： ① 對學(xué)生能力估計過高。例如，在本課教學(xué)中，教師認為計算機內(nèi)部用0和1表示信息，學(xué)生自然就會知道用0和1表示信息就是用二進制數(shù)表示信息。然而事實是，學(xué)生在用0和1表示信息時，表現(xiàn)得非常隨意，他們添加位數(shù)，并不一定是基于進位的考慮，而且在信息表示過程中很少有計數(shù)的意識。在這種混亂的信息表示中，需要引導(dǎo)他們理解用0和1表示信息的規(guī)則，從而為理解二進制提供機會。 ② 對學(xué)生能力估計過低。例如，在二進制與十進制的相互轉(zhuǎn)換過程中，教師認為應(yīng)該先由教師講解轉(zhuǎn)換規(guī)則，再讓學(xué)生模仿練習(xí)。其實，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了二進制并真正理解了“逢二進一”這一核心知識后，他們完全有能力嘗試?yán)眠@一核心知識推算二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，這是學(xué)生對知識進行創(chuàng)造性應(yīng)用的機會。因此，教師可以利用信息技術(shù)等手段對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行前測，更精準(zhǔn)地把握學(xué)情，從而為學(xué)生創(chuàng)造更多的創(chuàng)新機會。

2.教育融合，培育全面素養(yǎng)

創(chuàng)新教育、科學(xué)教育以及核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是教育體系中三個不可或缺且至關(guān)重要的組成部分，它們相互關(guān)聯(lián)、相互促進。特別是在信息技術(shù)學(xué)科中，它們是科學(xué)教育的重要組成部分，蘊含著人類創(chuàng)造的豐富科學(xué)知識，這些知識不僅可供學(xué)生探究和使用，還能成為發(fā)展核心素養(yǎng)的有效手段。例如，在本課中，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣探究計算機內(nèi)的信息表示，讓他們發(fā)現(xiàn)并明確二進制數(shù)表示信息以及十六進制數(shù)簡化二進制數(shù)信息的方法。這既是科學(xué)教育的體現(xiàn)，通過探究計算機內(nèi)部的信息表示，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神，也是創(chuàng)新教育的實踐，通過發(fā)現(xiàn)和發(fā)明新知，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，同時，在學(xué)生探究和創(chuàng)新的過程中，還培養(yǎng)了他們的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.教師引領(lǐng)，共育創(chuàng)新人才

教師不僅是知識的傳遞者，更是創(chuàng)新能力的培育者。因此，教師只有具備一定的創(chuàng)新能力，才能有效激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教師的創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ① 對教學(xué)內(nèi)容進行創(chuàng)新設(shè)計；

② 對教學(xué)方法進行創(chuàng)新應(yīng)用； ③ 對教學(xué)評價進行創(chuàng)新實施。教師需要不斷更新自己的知識體系，緊跟最新的教育趨勢和技術(shù)發(fā)展，以開放的心態(tài)接納新理念、新方法。教師的創(chuàng)新能力不僅能提升教學(xué)質(zhì)量，還能為學(xué)生樹立榜樣，激發(fā)他們的創(chuàng)新熱情和潛能，從而在教學(xué)過程中實現(xiàn)創(chuàng)新能力的有效傳遞和培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]張華.論學(xué)科核心素養(yǎng)——兼論信息時代的學(xué)科教育[J.華東師范大學(xué)學(xué)報：教育科學(xué)版，2019，37（01）.55-65+166-167.

[2]余文森，龍安邦.以問題為導(dǎo)引：指向核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)過程[J].天津師范大學(xué)學(xué)報：基礎(chǔ)教育版，2023，24（03）：1-6.