指向關鍵能力培養的問題深度解決

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 論文編號：1674—2117（2025）14—0061—04

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）明確提出：“高中信息技術的課程目標是全面提升全體學生的信息素養。”這一目標與中國高考評價體系提出的“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”四維目標相呼應，二者在“教一學-評”一致性原則指導下共同規范信息技術課程的教學實踐。

新高考對能力和素養考查的導向

自新課標實施以來，浙江省共進行了5次選考科目的技術考試。通過分析歷次的試題可知，命題思路始終貫穿“學科核心素養”“學科關鍵能力”“創設情境”“問題解決”“思維品質”等關鍵詞。例如，2025年1月浙江省普通高校招生選考科目考試技術試題的第11題（如圖1），在考查遞歸函數基礎知識的同時，綜合了乙程序段的循環、遍歷程序設計思想，對字符串進行處理。學生要正確解答問題，需要讀懂甲程序段，領會到它的作用是把s中偶數索引的字符取出，然后逆序拼接并輸出。而乙程序段則是采用循環遞推的方式，從索引0開始遍歷字符串，且每次跳過一個字符，再拼接成結果字符串。再考慮到兩個程序段等效，結合字符串長度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，考查“基礎性、綜合性、應用性”[2的目的更強，明顯指向使用學科素養解決問題關鍵能力的考查。同時，這道試題體現了一題多解，但與傳統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解，來推導出問題的另外一種解法，從而達到能力考查的目標。這道試題使用字符串長度奇偶性的不確定性，引導教師在教學過程中應該教會學生如何使用確定性的知識應對客觀世界的不確定性。

當前教學實踐存在的問題及解決策略

在教學實踐中，尤其是在高三復習課中，部分學校的信息技術教學還停留在刷題階段，教師和學生把精力都放在知識點的落實和題目的解答上，這就導致出現以下幾方面的問題： ① 對知識在解決真實問題時的應用關注不夠； ② 把知識相對獨立起來學習，對知識的相互關聯認知不夠，對知識理解的深度不夠； 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化方案。以上種種問題，制約著教學的有效開展，影響著學生學科能力的培養和信息素養的提升。

新課標強調學科思想，課程設計要求學生用學科的思想、學科的手段和方法解決真實情境下的具體問題。這就要求教師在教學實踐中要將知識融人具體的問題情境中，在指導學生解決問題的過程中，幫助學生為關聯知識點建立有機鏈接，引發學生對問題的深度思考。而學生在理解知識、運用知識解決具體問題時，應合理組織、調動相關知識與能力，對問題加以解決。這一立體化、問題導向的教學過程，不僅培養了學生的實踐探索能力，而且促進了學生科學思維、人文思維與創新思維的協同發展，最終實現提升學生信息素養的課程目標。

指向關鍵能力培養的問題解決

為了更好地達成教學目標，教師需要積累具有真實情境和教學價值的素材。以大家都熟悉的“石頭剪刀布”游戲為例，它的規則很簡單：石頭克剪刀，剪刀克布，布克石頭。這個情境來源于生活的真實場景，容易觸發學生的思考。在教學中，教師可以再加一個規則，即三局兩勝，使問題在判定輸贏的基礎上，引人分數的累積。

1.抽象與建模

為了使用計算機模擬三局兩勝的“石頭剪刀布”游戲，在抽象與建模時，教師引導學生使用變量computer表示電腦，用player表示玩家，依次使用常量0、1、2表示動作石頭、剪刀、布，使用列表score表示某次比賽雙方的得分，根據游戲規則，有：

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

這一過程用來培養學生分解具體問題，抽象出解決問題需要的元素，建立計算模型，從而解決問題的一系列能力。

2.設計算法

基于問題的抽象與建模，按照問題的情境，可設計算法解決問題，并使用流程圖（如圖2）進行描述，其中“判斷輸贏，計算積分”框可以進行細化（如圖3）。通過這一過程，學生將解決問題的抽象模型轉化為具體的算法，并使用流程圖描述出來，培養了將抽象的概念轉化為具體算法的計算思維。

3.編寫程序代碼

在程序設計階段，對于圖2所示的流程圖，學生通過參考教學資料、相互交流等方式，能夠進行程序設計。對于圖3所示的比賽雙方輸贏的判定，學生往往表達不出玩家獲勝的條件。結合抽象與建模時的設定及游戲規則，當player的動作是o且computer的動作為1時，player贏。學生只要理解這一點，player贏的另外兩種情況自然就表達出來了。使用Python所學的關系運算符“or”，最終將玩家獲勝的條件表達為：

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

通過這一環節，可以培養學生將流程圖轉換為具體的計算機程序代碼的知識應用能力。在這一過程中，學生學到的知識是面向具體問題的，學生將在解決真實問題時體會到知識的本質。

4.對玩家獲勝條件的簡潔表達

面對前述（1）式玩家獲勝的條件，有部分學生認為可以進一步簡化表達，他們將游戲規則表達為如圖4所示的環，按照抽象與建模，再將圖4所示的環轉換為圖5所示的游戲規則抽象表達。

在圖4所示的環中，沿逆時針方向，前一個動作贏后一個動作，表現在圖5中，可對應為：0贏1，1贏 結合Python中相關知識，可將玩家獲勝的條件簡化為：

（player+1）% 3== computer

之所以得到這一簡潔的表述，是經過深人思考，把問題抽象理解為一個環（如圖4），再把形式的環進一步抽象為解決問題的環（如圖5），這種思考方式厘清了問題的邏輯關系，進而找到了解決問題的關鍵要素和有效方案。

5.對玩家獲勝條件的另一簡潔表達

針對前述（1）式，有學生發現，將player，computer的動作描述為列表[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，因此，（1）式可等價表達為：

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

之所以這么表達，是從另外一個角度發現了問題的深層邏輯關系，這是一種“發散思維+計算思維”的結果。在這一解決問題的過程中，學生的思維得到更加全面的發展，創造力得到進一步提升。

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，不妨深度思考，把所有可能的比賽結果列成如表1所示的比賽勝負表。

按照抽象與建模步驟的設定，將表1中的動作按石頭、剪刀、布的順序依次表示為0、1、2，把比賽結果按勝、平、負的順序依次表示為對應積分2、1、0，則可得到如表2所示的抽象的比賽積分表。使用相關的知識，將表2轉換為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。在這一基礎上，計算積分的算法流程圖將變得很簡單，僅僅一個順序結構就能解決問題（如圖6）。

比較圖3與圖6，解決同樣的問題，圖3是一個三分支的選擇結構，圖6僅是一個順序結構。從學習的認知建構角度講，學生更易接受圖3表達的算法，但經過逐步分析，問題的邏輯結構不斷清晰明了。經過圖3的分層式表達，到圖4和圖5的環形表達，再到表2的表格式表達，最終到圖6的線性式表達，這一過程使得學生的思考不斷向發散和縱深發展，學生從不同角度找到了解決問題的方案。經過更全面、更深刻地理解，學生得出了更具價值的結論，對圖6表達的算法接受度更高。

效果及反思

1.問題的多途徑解決，促進學生知識理解與應用能力的培養

通過對“石頭剪刀布”問題的多途徑解決，學生針對解決問題的具體算法，將必修1“數據與計算”中的數據類型、表達式、基本運算、列表、字典以及程序控制結構等編程基礎知識應用于具體案例。這一實踐過程不僅加深了學生對知識本身的理解，更強化了他們對知識間關聯性的認知。隨著學習的深入，學生逐步掌握了在特定情境下選擇和應用合適知識的能力。同時，該案例也讓學生深刻體會到算法設計與數據結構之間密切的依賴關系，為后續學習選擇性必修“數據與數據結構”模塊奠定了良好的基礎。

2.問題的多途徑解決，促進學生問題解決與溝通能力的培養

通過對“石頭剪刀布”問題的多途徑解決，學生拓寬了自身解決問題的思路，而且學會了如何與他人進行有效交流與合作，這對終身學習能力與社會適應能力有積極的意義。

3.問題的深度解決，促進學生創新能力的培養

“石頭剪刀布”問題的解決，是沿著問題的常規解決一抽象解決一深度解決主線進行的。學生在學習的過程中，對知識的認知經歷由初建到深化再到應用的過程，思維由常規思維轉向變通思維，再轉變為創新思維。在這一過程中，思考由表面轉向深入，由片面轉向多角度，由機械式、經驗式轉向靈活性、創造性。通過持續的問題思考、抽象，提出疑問并進行驗證，學生的創新能力在深度解決問題的過程中得到顯著提升。

4.通過對問題的深度解決引發的教學反思

在新技術層出不窮、人工智能不斷突破的今天，信息技術教學也要不斷創新，不但要教會學生知識，更要教會學生如何通過真實問題的解決來理解知識、用好知識、駕馭知識。

未來，發散思維、逆向思維、批判性思維等將成為常態。信息技術教學既要教會學生擺脫思維定勢，獨立思考，大膽創新，也要引導學生敏銳發現舊事物缺陷，捕捉新事物萌芽。只有這樣，才能讓學生跟上時代發展的步伐，并成長為堪當重任的時代新人。

參考文獻：

[1中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（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.中國高考評價體系M.北京：人民教育出版社，2019.

[3]魯淑華.地方本科院校創業教育課程體系設置研究———以重慶市為例重慶：重慶大學，2012.