“大问题”串起“小知识”——“数据的表示与处理”教学设计

江苏省苏州中学校　吴育含

　　【摘　要】《数据的表示与处理》在教材中是承前启后的一节，内容上集中了数据类型、常量、变量、运算符、表达式、常用语句、函数等大量VB语言基本概念和基础知识。依据以问题解决为目标导向的教学设计理念，以及“大问题”串起“小知识”的教学策略来设计教学方案，可以帮助教师通过范例教学，理清教学内容，激发学生学习兴趣，帮助他们在实践中逐步理解和掌握概念和知识，并逐步建立起合理的算法与程序设计的认知结构，理解程序设计的思想和方法，初步掌握使用程序设计解决问题的能力。
　　【关键字】算法 程序设计 问题解决 教学设计
　　长期以来，信息技术教育受到批判较多的一点，就是其教学过程中的基于“工具论”“技能论”的简单训练。新课程改革后，信息技术课程标准重视技术方法和技术思想的挖掘，更多的运用以问题解决为目标导向的教学设计，成为了一种比较有效的手段。
　　程序设计是解决问题的一种方式，高中《算法与程序设计》选修课程的教学，不是要让学生陷入枯燥的语言学习和机械训练中，而是要让学生通过使用程序设计来解决一些简单问题，“沿循提出问题、分析问题、解决问题的线索学习程序设计知识(这里的问题应是具体的、现实的)。通过这个过程，促进学生对问题解决方法和思想的理解与掌握，从而提升学生的问题解决能力。”  在学习过程中，学生“学到的不仅仅是新知识，更重要的是学会了解决问题的方法，知道了在什么时候、在什么地方去应用所学的知识。”同时，问题可以“帮助学生进入情境，进入思维，让学生的学习具有连续性、广泛性、普遍性。”在教学中恰当的创设问题情境，还“可以使学生在问题情境中体会算法思想，培养学生的学习兴趣。”
　　在教育科学出版社出版的教材《算法与程序设计》中，第二章《程序设计ABC》主要是针对课程标准中的“程序设计语言初步”这个主题而编制。其中，第二节《数据的表示与处理》包含的内容看似多为简单的识记性知识，但由于知识点众多且零碎，学生初识这些基础概念、基本知识时往往会觉得枯燥乏味，学习兴趣不大，并容易遗忘，从而影响后续内容的学习。在实际教学过程中，常常会遇到这样的情况，学生在学习 “程序基本结构”甚至于更深层次的“算法实现”时，经常会因为对这些基础概念与知识认识不清或掌握不牢固，而影响学习进度和学习效果。因此，对于本节内容的教学绝不能轻视，这些内容的教学实际也是相当富有挑战性的，它考验着教师对课程标准的理解能力，对教材的把握能力，以及对学生学习过程和状态的了解程度等。
　　一、教学目标与教材内容呈现方式之间的矛盾
　　根据课程标准提出的课程目标，并参照教材配套的教师教学用书，本节的教学目标是：要求学生知道VB中数据类型、变量、常量的含义，掌握常量及变量的定义方式。掌握运算符、函数、表达式的表示方式，会将数学表达式转换为程序接受的表达式。明确用VB表示处理数据的思想方法，感受高级程序设计语言的文化魅力。教学重点是要让学生明确数据在计算机中是如何表示和处理的，明确它和数学中数据的表示与处理的异同。在这里，更多的是强调一种能力的培养，要让学生学习到那些具有广泛迁移意义的知识和方法，而不是简单的死记硬背。
　　显然，要实现这样的教学目标，仅仅依靠对概念和知识单纯的详细描述是不够的，必须通过一系列程序范例的讲解和实践练习。虽然在提倡“以问题为主线”的主旨下，教材处处都注重以“问题解决”的方式来呈现教学内容，但本节内容却仍旧主要以单纯描述和集中呈现的方式来编制，没有直接提供给教师一些范例程序，只在实践部分给出了一些编程题，显得较为传统。尽管上一节中的“打字测试程序”涉及到了本节大部分知识点，但也只是蜻蜓点水，使用其中的语句来对本节内容进行说明，也只能属于抛砖引玉，不足以使学生对学习内容形成完整的认识和全面把握。这从教材结构(见图1)上也可看出部分端倪。

图1 《数据的表示处理》教材结构

　　二、“大问题”串起“小知识”的教学策略
　　新课程改革在教学内容处理上给予了教师很大的自由支配权，实际教学中，教师完全可以结合教材，根据实际情况对教学内容进行重构。教师在对整章内容有了全面的理解和把握后，可以不限于教材呈现的先后顺序，灵活安排教学内容。
　　《数据的表示与处理》包含了大量学生初次接触的VB语言基础知识，而教材却以集中一节的形式介绍这些知识，特别容易使学生感觉枯燥和抽象。因此在实际教学中，教师可以重构这部分内容，使之更加符合学生的认知规律。
　　例如，可以通过分散知识点到多个范例和实践题中的方式，使学生能结合实例获得对概念和知识的感性认识，加深对它们的理解与把握。教材中设置的多个小型实践题，教师可以适当采用，或用于讲解或用于学生练习。
　　然而，如果教师能设计一些能够引起学生足够兴趣，并具有内容延伸性质的系列问题或“大问题”，再通过范例教学 ，将那些零碎的概念和知识串起来，就会使得整个教学过程显得更为流畅。
　　教师可以通过对“大问题”层层递进的分析，逐步将新旧知识点渗透进来，帮助学生渐渐消除对学习内容的恐惧感和枯燥感，使他们在快乐的程序设计体验过程中激发学习动机和建立学习信心。同时，学生也可以通过不断的实际操作与尝试，逐步理解那些基本概念和基础知识，甚至于对后续内容产生跃跃欲试的学习心态。在逐层完成整个问题的过程中，学生可以获得不同程度的成就感。学生的学习活动将从对“个别”问题的分析，逐步发展为对“类”问题的探讨，继而理解“类”背后隐藏的规律，最终获得具有广泛迁移意义的知识和方法。最终，学生不仅能基本掌握本节内容，更能逐步建立起合理的算法与程序设计的认知结构，理解程序设计的思想和方法，初步掌握使用程序设计解决问题的能力。当然，在解决“大问题”的同时，也可以穿插进行一些“小问题”、小练习等。
　　三、教学方案设计案例
　　(一) 教学内容分析
　　《数据的表示与处理》包含了数据类型、常量、变量、运算符、表达式、常用语句、函数等内容。综合看这些内容，算术运算符、算术表达式、关系运算符、关系表达式、数学函数与学生的数学学习有相当大的联系，最容易被他们接受；赋值语句形式简单，也容易掌握；数据类型、常量、变量是新概念可以通过已有的体验程序阐述清楚；其余知识点，如字符串运算符与字符串表达式、转换函数、交互函数等则对学生来说比较陌生。
　　(二) 学生分析
　　在上一节的学习中，通过完成教材中的两个范例程序，学生已经认识了VB编程环境，了解了编程的一般步骤，并初步掌握了窗体和控件对象的使用，包括控件添加方法、属性设置等。此外，通过完成一个不完善的“求圆周长和面积”(没有常量定义、变量声明)的程序，学生体验到了整个“问题解决”的过程。同时，学生对程序代码部分已经产生了一定的兴趣，可以进入语言学习阶段了。
　　(三) 设计思路
　　本节教学内容具有承前启后的作用，学生不仅需要学习新知识，也需要通过更多范例与实践题进一步巩固和加深已学知识、技能，同时，还要为后续“程序基本结构”的学习打好良好的基础。因此，可以首先通过一些小型范例和实践题，进行导入与连接，再设计系列问题或“大问题”串起各种新旧知识点，同时还可以为后续内容设置伏笔。
　　从本节教学内容的特点来看，除了必要的概念和简单的语句以外，涉及最多的是与数学知识相关的运算符、表达式以及函数。而本节的教学目标，最终就是让学生学会如何将数学中的数据处理方式转换成程序代码。在教学实践中发现，被大家熟悉的“计算器”的功能实现可以包含本节的大部分内容，在程序代码中，也自然会带有相关概念、语句的使用。因此，这个教学方案的具体设计思路如下：
　　阶段一：导入与连接
　　在此阶段，通过体验程序进行导入，主要解决对新概念的认识，包括数据类型、变量、常量等。并让学生完成一些小练习加以巩固，例如书面练习、完善程序等。
　　阶段二：用相似“小问题”来引入
　　在这个阶段，用一个相似的“小问题”引入，使学生初步掌握一些最容易接受的新知识，例如算术运算符和算术表达式、赋值语句等，这个“小问题”可以是“四则运算器”程序(见图2)的实现。
　　阶段三：核心“大问题”的解决过程
　　首先，由“四则运算器”引出功能更为强大的“计算器”的应用程序编写问题，给出演示程序(见图3)激发学生的学习兴趣，要求他们做一个与之相似的“计算器”。
　　然后，用简单的“计算器”范例程序(见图4)来讲解，以实现各种功能为目标进行逐层讲解。一方面对已有知识和技能进行巩固与加深，例如控件对象的格式设置，多个事件过程的程序设计等，另一方面进行针对性的新知识补充。与之同时进行的，则是要求逐层上升的学生实践活动。要求学生不仅能实现范例程序的功能，还要逐步增加可以由新知识来解决的功能，最终达到或超过演示程序的水平。

　　　　
    图2 “四则运算器”          图3 “计算器”演示程序         图4 “计算器”范例程序

　　从简单的范例程序，发展到复杂的“计算器”，不仅包括了知识和技能的积累，更是学生逐步解决较复杂问题的过程。在这个过程中，学生可以建立清晰的“问题解决”模式，在不知不觉中建立起一个较为复杂的应用程序，并有可能设计出各具特色的“计算器”。学生将为此获得较大的成就感，体验程序设计的魅力所在。实践过程中，学生在一定程度上的自我探究更能帮助学生建立起主动学习、自主学习的良好习惯，学生编程能力也将从模仿水平逐步提高到独立操作水平。
　　(四) 教学目标
　　知识目标
　　1．掌握数据类型、变量、常量的含义，及符号常量的定义方式变量的命名规则和声明方法。
　　2．掌握算术运算符与算术表达式、字符串运算符与字符串表达式、关系运算符与关系表达式、逻辑运算符与逻辑表达式的书写方式，了解日期运算符与日期表达式。
　　3．掌握常用数学函数、字符串函数、转换函数、交互函数Msgbox()的使用方法，了解日期函数。
　　4．掌握赋值语句、注释语句、结束语句的使用。
　　技能目标
　　1．学会将数学表达式转换为程序接受的表达式。
　　2．学会用程序设计解决问题的方法和步骤。
　　情感目标
　　1. 消除对学习程序设计的恐惧感，增强学习程序设计的学习兴趣和学习动力。
　　2．感受高级程序设计语言的文化魅力。
　　(五) 重点难点
　　1．变量的声明方法。
　　2．用算术运算符、数学函数等将数学表达式转换为VB表达式。
　　3．字符串函数与字符串表达式的使用方法。
　　4．转换函数Val()和Str()的使用方法。
　　5．赋值语句的使用
　　(六) 教学资源
　　1．教材：《算法与程序设计》(教育科学出版社，2005)。
　　2．不完善的“求圆周长和面积”程序。
　　3.“四则运算器”范例程序。
　　4.“计算器”演示程序、“计算器”范例程序。
　　(七) 课时安排
　　阶段一、阶段二合计2课时，阶段三按实际情况安排4～6课时，总计6～8课时。
　　(八) 预设教学流程

　　(九) 反思与小结
　　首先，使用“大问题”需要有课时量的保证。教师必须给予学生充足的时间进行思考与尝试，才能做到循循善诱，步步为营，而不是简单模仿，囫囵吞枣。
　　其次，对教材内容的重构必须小心，需要建立在对整章内容甚至于整个课程内容的全面把握上，不能有缺漏。设计一个能包括教材中所有知识点的“大问题”是非常困难的，也不必强求，但使用“大问题”来进行教学时，要注意“补漏”。例如在本设计方案中，教材中出现的Print语句、InputBox()函数并没有涉及，部分函数诸如Rnd函数、日期函数也只是简单介绍，这些内容都需要在后续教学中进行补充和扩展。
　　再次，采用“大问题”进行范例教学，并不代表要抛弃“小问题”，相反，有时需要各类“小问题”进行引入，才能使学生更好的理解“大问题”，做到渐入佳境。
　　最后，“大问题”的设计，可以考虑更多的教学延续性。例如，“计算器”程序在本节内容结束后，仍具有可扩展性。其中行IF语句的使用可以成为学习“选择结构”的导入范例。与此同时，后续教学内容也可以帮助完善程序，例如使用循环结构来完善“小数点”按钮的功能，用控件数组来重新设计数字按钮，使用函数调用简化程序代码等。这样一个“大问题”不仅可以串起本节内容和已学内容，也可以串起更多后续内容，当然，这需要教师在不断的探索与实践去摸索与创新。
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