基于TPACK理論的“運用選擇結構描述問題求解過程”教學實踐與思考

基于結合學科教學知識與信息技術的思考，馬修·科勒（MatthewJ.Koehler）和龐雅·米什沙（PunyaMishra）提出了一種整合信息技術與學科知識的新型理論架構TPACK（TechnologicalPedagogical AndContentKnowledge，整合技術的學科教學知識），該架構包含三種基礎知識要素，分別是學科知識（CK）教學法知識（PK）與科技知識（TK），在一理論架構下"，"Introduction":""，"Columns":"研究"，"Volume":""，"Content":"

基于結合學科教學知識與信息技術的思考，馬修·科勒（MatthewJ.Koehler）和龐雅·米什沙（PunyaMishra）提出了一種整合信息技術與學科知識的新型理論架構TPACK（TechnologicalPedagogical AndContentKnowledge，整合技術的學科教學知識），該架構包含三種基礎知識要素，分別是學科知識（CK）教學法知識（PK）與科技知識（TK），在一理論架構下，教師需要努力掌握學科相關的信息技術，思考技術與學科內容以及教學方法的適應性，進而不斷提升教師將技術應用到課堂的能力，同時，該架構強調課堂教學中應充分調動學生的積極性，給予學生更多參與課堂的時間與空間，從而讓整個教與學的過程更具互動性、科學性。

一、“運用選擇結構描述問題求解過程”教學分析

必修一《數據與計算》第四章第三節《運用選擇結構描述問題求解過程》是本章的重點內容，介紹了Python編程中的if語句以及各類條件判斷的應用。本節內容主要包括單向判斷、雙向判斷、多向判斷的語法格式以及各類分支結構在問題求解中的應用。學生在學習條件判斷的相關知識以及編寫程序的過程中，可以體會運用條件判斷求解問題的過程，掌握選擇結構的應用方式。在單向判斷、雙向判斷、多向判斷這一環節的教學中，學生們雖然已經知道if語句在Python編程中可以根據條件判斷的結果執行相應語句，但對各類條件判斷的語法格式以及執行過程尚無法理解掌握。首先，學生在范例探究活動中的積極性和實踐能力存在差異，教師需要投入更多的時間和精力指導學生，為學生提供個性化教學。其次，范例探究活動的學習成果通常采用項目展示的形式來呈現，學生在沒有建立對各類條件判斷的認知之前進行探究實踐往往無法獲得有效的學習正反饋。除此以外，傳統的課堂教學難以調動學生的學習積極性，學生往往會忽視一些值得思考的問題，比如日常接觸到的網站、游戲是否用到了條件判斷？條件判斷可以應用在問題求解的哪一部分？因此，在教學過程中，教師不僅應該注重學科知識的講授，更應該思考如何將技術融入教學，提升學生的學習積極性，幫助學生更好地吸收知識。

二、選擇結構闖關游戲WEB網站

基于上述思考，我自主開發了一個選擇結構闖關游戲web網站，該網站從“信息意識”“計算思維”“數字化學習”“信息責任”四個信息技術核心素養出發，將單向判斷、雙向判斷、多向判斷相關的知識以及對應練習以闖關形式進行呈現，激發學生的興趣，改善以往教學過程中學生積極性不高的問題，通過同一情境下環環相扣的內容設計，引導學生更為系統地學習知識，解決以往教學容易出現的知識較為分散、不成系統的問題。該WEB網站分為左中右三個欄目，左側為闖關進度及介紹，采用一個柱型容器可視化游戲闖關的進度并用文字描述信息技術的四個核心素養，激勵學生努力成為全面發展的“四邊形戰士”。中間是知識講解部分，采用學生易于理解的文字闡釋概念知識，并將對應分支語句的結構、執行過程用圖片的形式進行呈現，幫助學生通過文字和圖像理解和記憶各類型的條件分支語句。最右側欄目采用選擇題的形式檢驗學生的學習成果，當學生闖關成功后能看到左側的進度容器內液體升高，從而獲得學習的正反饋，同時該欄目還提供了答案提示按鈕，幫助知識掌握程度不高的學生通過關卡，建立學習的自信心。

三、基于TPACK的“運用選擇結構描述問題求解過程”教學設計

本節課將自主開發的web網站和多媒體教學方式融入《運用選擇結構描述問題求解過程》課堂教學中，其中CK（學科知識）包括if、else、elif的含義、單向判斷、雙向判斷、多向判斷；PK（教學法知識）包括提問法、講授法、啟發式教學法、直觀演示法；TK（技術知識）包括多媒體課件、WEB網站、vscode編程軟件；PCK（學科教學知識）即向學生提問射擊游戲中如何判斷子彈射出后是否射中目標，引出python編程中的條件判斷；給同學們講解射擊游戲中蘊含的方向向量相關的數學知識并用偽代碼表示出來，進而給出if、else的條件判斷框架；運用教師制作的選擇結構大闖關WEB網站教學資源，引導學生思考、學習單向判斷、雙向判斷以及多向判斷，并完成網站上的闖關題目；教師演示代碼編寫及調試運行，學生上機編程，進而掌握條件判斷相關知識。在實際的教學過程中，教師通過向學生拋出與條件判斷相關的問題，培養學生獨立思考的能力。與此同時，教師運用開發的web網站及多媒體技術輔助教學，向學生清晰、生動地講解教學內容，并最終組織學生完成相應的編程任務，培養學生分析和解決問題的能力。

本節課圍繞“運用選擇結構描述問題求解過程\"展開教學設計，通過五個遞進式環節引導學生逐步掌握核心知識。

環節1：射擊游戲中的條件判斷應用。問題1：射擊游戲中如何判斷子彈是否擊中目標？問題2：數學向量如何確定方向？問題3：條件判斷還有哪些應用場景？

環節2：條件判斷的作用剖析。問題1：案例中如何運用條件判斷？問題2：條件判斷中如何選擇不同程序路徑？問題3：如何設計不同的條件？教師借助多個案例（如成績等級劃分、交通信號燈控制等）演示條件判斷的執行邏輯，引導學生分析不同條件下程序路徑的選擇機制。通過案例對比，學生直觀理解條件判斷的核心價值— -根據特定條件動態調整程序執行流程。

環節3：Python條件判斷框架構建。問題1：如何用偽代碼描述射擊游戲中的條件判斷？問題2：python有哪些條件判斷框架？教師通過提問啟發學生將射擊游戲中的自然語言判斷（如“子彈坐標與目標區域重疊\"）轉化為偽代碼，逐步推導出Python 的if-elif-else 語法結構。這一過程著重訓練學生的抽象思維能力，搭建自然語言與編程語言間的轉化橋梁，為后續編碼實踐奠定基礎。

環節4：選擇結構闖關實踐。教師引入自主開發的“選擇結構大闖關\"Web學習平臺，設置單向判斷（簡單if）、雙向判斷（if-else）、多向判斷（if-elif-else）三個漸進關卡。學生在游戲化任務中實時獲得代碼運行反饋，通過趣味化交互深化對不同條件判斷結構的理解，同時增強學習成就感。

環節5：羅馬數字轉換編程實戰。問題1：如何設置判斷條件？問題2：如何根據條件編寫字符轉換規則？問題3：編寫代碼過程中出現了哪些bug？可以如何調試？

教師提出將阿拉伯數字轉換為羅馬數字的編程任務，指導學生分析轉換規則（如""等特殊組合），逐步構建多條件判斷體系。學生在代碼編寫與調試過程中，既鞏固了選擇結構的語法應用，也培養了異常處理與邏輯糾錯能力，最終通過功能實現獲得問題解決能力的提升。

【注：本文系廣東省教育科學研究課題“基于TPACK理論的中學新型教與學模式實證研究\"（課題編號：2021YQJK591）研究成果】

責任編輯邱麗