基于STEM理念的高中信息技术教学实践

STEM是一种新型的教育理念，其核心是将科学、技术、工程和数学这四个学科有机地结合在一起，以提高学生的综合素质。教师在运用STEM理念时，应注意情境构建的全面性，即保证学生能够在课堂上自始至终思考信息技术内容的实际作用。现以“while循环的应用”教学为例，对此问题展开具体说明。一、教学目标及重难点课题名称：运用循环结构描述问题求解过程——while循环的应用。教学时间：1课时。教学目标：（1）要求学生掌握程序循环结构设计的基本流程。（2）要求学生明确Python程序设计语言循环结构的while循环通常方式，并了解其具体运用方式。（3）要求学生借助循环结构对问题求解过程加以描述。（4）让学生在学习过程中形成对信息技术的浓厚兴趣，并促进自身学科素养的发展。教学重点：使学生顺利掌握Python程序设计语言循环结构的while循环方式，并了解其具体运用方式。教学难点：让学生应用此结构描述问题求解过程。为了更好地完成授课任务，本次以电脑机房作为授课环境，并综合应用了任务驱动法、讲授法等教法，以及自主探究法等学法。二、教学过程（一）导入课前可用演示方式把问题呈现给学生。某同学今年17岁，她是在3月12日植树节这天过生日。今年植树节，老师和大家去公园参加植树活动。这位同学很开心，自己完成了栽4棵树的任务，这次生日很有意义。这位同学思考：假设由下一年开始，每年这天都参加植树活动，如果每年均较上一年多种一棵树的话，那么我到多少岁的时候才可以栽完100棵树呢？（二）学生自主学习在教师的提示下，学生阅读教材相关内容，并回答教师提出的问题。问题一：while循环格式是：若想保证程序始终循环，那么循环条件应当问题二：需要利用什么条件才可确保程序始终循环下去呢？A.True；B.1=1；C.3>5；D.4<5问题三：如何才可以将“您好！”循环显示出来？问题四：随机函数randint（1，5）形成的值有可能包括。问题五：如果想让出现的值处于10至20之间（包括10和20），那么随机函数需要如何写randint（）。在导入之后，教师安排学生自主学习教材内容。对于教师提出的问题，学生可在独立思考后给出答案，或者稍稍留置，待本次教学全部完成后再做补充。（三）以导入问题为载体的知识讲授教师以导入问题为载体，向学生讲授知识。要求学生领会Python之中的while循环结构。教师在向学生说清本事例后，提出：是否可以用for循环来解决这个问题。接下来师生共同分析问题：假设年龄是age，种树总数是tree，那么tree能够表示为tree=4+5+6+…，与之相对应的age=17，18，19…，据此可将本问题转化成当tree>=100时，求age的值。分析至此，学生可从信息技术领域的while循环应用视角重新审视这一实际应用问题，明确：解决本问题时的while循环属于当型循环，也就是把while翻译作“当……时”，若条件得到满足便可以不断循环，若条件得不到满足便跳出循环。在每次循环时，均为执行完循环体语句之后回到表达式处重新进行判断，并做表达式值的重新计算。此时可出现两种情况，若为假便跳出循环，若为真便使循环体语句继续执行。代码示例为：在此之后，教师可要求学生继续以案例为载体，思考可否以while循环求得1～100之和，要求学生先观察for循环，再观察while循环，发现其中所蕴含的知识要点。（四）以项目任务为导向的知识引导教师利用项目任务搭建能够体现STEM理念的引导框架，围绕学生常遇到的问题进行相应的项目设计与使用。给出项目任务之前，教师先与学生做基础知识梳理。如教师提出问题：while循环的特点是什么？学生可根据自学与教师讲解回答：先判断表达式，再执行循环体。同时表示：循环体可以是任意类型语句；有下列情况出现时退出while循环，即条件表达式不成立（为零）；循环体内遇break，return，goto；无限循环：while（1）循环体。接下来，教师要求学生围绕现实中具有普遍性的点名现象，完成随机点名程序的设计开发工作。由于处理实际问题较单纯学科问题更为复杂，教师给出的引导问题应具有较强的针对性。本例中，教师可基于此程序设计要求，先由最基础性的学号抽取启发学生探究，要求其探索：怎样以Python语言产生班级里全部成员学号盒子，并做到随机抽取呢？学生思考后再引导：如果需进行多次抽取，在无法明确抽取次数的情况下，应该如何利用这个程序来实施控制呢？因为不知道抽取次数，则无法运用for循环语句来回答，此时学生便自然接受通过条件控制的while循环语句，并对其进行使用。在学生进行以项目任务为导向的探究时，教师应引导其注意一些事项。例如，教师应及时提出：若循环体包括多于一个的语句，则需要用复合语句“”形式。在教师的提示下，学生给出：程序段1：程序段2：并同步思考程序段1与程序段2执行后i、sum的值。此类问题对学生完成STEM式的探索任务具有借鉴意义。与之类似，教师也可提出“在循环体中应有让循环趋于结束的语句”等问题。教师在任务研究中给出更深层次的问题：做好此程序学号随机抽取以后，怎样进行本学号所对应学名关联呢？怎样把全班范围内的学生姓名顺利导入程序内并生成姓名列表呢？这些问题可让学生独立或者协作了解文件读取等拓展方面的知识，使既有知识体系得以持续巩固，不断完善。（五）为学生提供独立练习问题在教师讲解学生倾听、学生分析教师引导两个环节之后，教师给学生提供独立练习问题，让其基于已经掌握的while循环语句使用知识，完成从理论到实践的多项练习任务。本次教学时，教师给学生提供的课堂练习任务包括以下几个。任务1：如果k是整数，下面所列while循环执行次数是同次吗？任务2：请完成基于本问题的编程：一张白纸大约有0.05毫米厚，将其对折1次它有多厚？在对折多少次之后，白纸厚度将超过1米？学生将得到：任务3：已知S=1+2+…+N，请找到一个最大整数N，满足S<30000的条件，试以编写程序的方式解决本问题。学生独立分析问题，明确答案，以for语句进行验证，分析答案是否正确。（六）重视总结与展示交流教师以板书设计的形式总结。在此之后，教师通过展示交流帮助学生优化算法。在本环节中，教师给学生提供充分的分享机会，使其能够在小组内部、小组之间互相学习的状态下，感受到不同的问题解决思路。从教学整体效果看，展示性评价是一个可起到较好教育引导作用的教学环节。表述作品设计思路能使学生的概括能力得到提升，而与之相对应的评价工作则有助于学生了解其他人的思路，从而加强学习与自我反思，使自己的作品更加完善，在持续优化程序期间深化理解while循环与循环控制语句。为了取得良好的展示交流评价效果，教师设计以学生计算思维素养发展为核心的评价表，在评价表的引导下，学生完成组评与自评，再由教师总评。评价表中的内容包括以下几项：情感态度，对本次的编程学习保持浓厚的兴趣与强烈的好奇心；思维品质，能够客观理性分析与while循环的应用有关问题，并善于做出总结反思；合作学习，可以主动参与到小组合作活动中去，有效解决教师提出的练习题。除此以外，评价量表中还包括更为具体的内容，如能够分析复杂问题，可借助流程图的描述抽象出问题解决过程；可编写解决问题的程序；可进行知识的迁移运用；可完成程序的测试、评估和解释，等等。总的说来，评价量表中的各项内容与教学初期预设目标总体吻合。三、教学总结与反思本节课教学目标是使学生认知循环语句功能及格式，且可由for循环结构给出while循环语句，在此基础上让学生尝试用计算机解决一些现实问题。教材中的循环语句知识，是当学生完成三种程序框图学习，完成输入输出语句和条件语句学习之后，应当面对的关键性内容。本节课教学需要学生基于程序框图内的两种循环结构的语句，即while与do语句，领会基本格式和运行方式。为了达到理想的教学效果，本次教学时，教师尝试从STEM理念出发，先基于导入案例做细致讲解，再逐步使学生过渡到独立解决问题，教学层次性较为显著。与此同时，这节课也有不足，如这节课基于学生的认知习惯进行新知识引入，但引入资源不够新