基于TPACK理论的“运用选择结构描述问题求解过程”教学实践与思考

基于结合学科教学知识与信息技术的思考，马修·科勒（MatthewJ.Koehler）和庞雅·米什沙（PunyaMishra）提出了一种整合信息技术与学科知识的新型理论架构TPACK（TechnologicalPedagogical AndContentKnowledge，整合技术的学科教学知识），该架构包含三种基础知识要素，分别是学科知识（CK）教学法知识（PK）与科技知识（TK），在一理论架构下，教师需要努力掌握学科相关的信息技术，思考技术与学科内容以及教学方法的适应性，进而不断提升教师将技术应用到课堂的能力，同时，该架构强调课堂教学中应充分调动学生的积极性，给予学生更多参与课堂的时间与空间，从而让整个教与学的过程更具互动性、科学性。

一、“运用选择结构描述问题求解过程”教学分析

必修一《数据与计算》第四章第三节《运用选择结构描述问题求解过程》是本章的重点内容，介绍了Python编程中的if语句以及各类条件判断的应用。本节内容主要包括单向判断、双向判断、多向判断的语法格式以及各类分支结构在问题求解中的应用。学生在学习条件判断的相关知识以及编写程序的过程中，可以体会运用条件判断求解问题的过程，掌握选择结构的应用方式。在单向判断、双向判断、多向判断这一环节的教学中，学生们虽然已经知道if语句在Python编程中可以根据条件判断的结果执行相应语句，但对各类条件判断的语法格式以及执行过程尚无法理解掌握。首先，学生在范例探究活动中的积极性和实践能力存在差异，教师需要投入更多的时间和精力指导学生，为学生提供个性化教学。其次，范例探究活动的学习成果通常采用项目展示的形式来呈现，学生在没有建立对各类条件判断的认知之前进行探究实践往往无法获得有效的学习正反馈。除此以外，传统的课堂教学难以调动学生的学习积极性，学生往往会忽视一些值得思考的问题，比如日常接触到的网站、游戏是否用到了条件判断？条件判断可以应用在问题求解的哪一部分？因此，在教学过程中，教师不仅应该注重学科知识的讲授，更应该思考如何将技术融入教学，提升学生的学习积极性，帮助学生更好地吸收知识。

二、选择结构闯关游戏WEB网站

基于上述思考，我自主开发了一个选择结构闯关游戏web网站，该网站从“信息意识”“计算思维”“数字化学习”“信息责任”四个信息技术核心素养出发，将单向判断、双向判断、多向判断相关的知识以及对应练习以闯关形式进行呈现，激发学生的兴趣，改善以往教学过程中学生积极性不高的问题，通过同一情境下环环相扣的内容设计，引导学生更为系统地学习知识，解决以往教学容易出现的知识较为分散、不成系统的问题。该WEB网站分为左中右三个栏目，左侧为闯关进度及介绍，采用一个柱型容器可视化游戏闯关的进度并用文字描述信息技术的四个核心素养，激励学生努力成为全面发展的“四边形战士”。中间是知识讲解部分，采用学生易于理解的文字阐释概念知识，并将对应分支语句的结构、执行过程用图片的形式进行呈现，帮助学生通过文字和图像理解和记忆各类型的条件分支语句。最右侧栏目采用选择题的形式检验学生的学习成果，当学生闯关成功后能看到左侧的进度容器内液体升高，从而获得学习的正反馈，同时该栏目还提供了答案提示按钮，帮助知识掌握程度不高的学生通过关卡，建立学习的自信心。

三、基于TPACK的“运用选择结构描述问题求解过程”教学设计

本节课将自主开发的web网站和多媒体教学方式融入《运用选择结构描述问题求解过程》课堂教学中，其中CK（学科知识）包括if、else、elif的含义、单向判断、双向判断、多向判断；PK（教学法知识）包括提问法、讲授法、启发式教学法、直观演示法；TK（技术知识）包括多媒体课件、WEB网站、vscode编程软件；PCK（学科教学知识）即向学生提问射击游戏中如何判断子弹射出后是否射中目标，引出python编程中的条件判断；给同学们讲解射击游戏中蕴含的方向向量相关的数学知识并用伪代码表示出来，进而给出if、else的条件判断框架；运用教师制作的选择结构大闯关WEB网站教学资源，引导学生思考、学习单向判断、双向判断以及多向判断，并完成网站上的闯关题目；教师演示代码编写及调试运行，学生上机编程，进而掌握条件判断相关知识。在实际的教学过程中，教师通过向学生抛出与条件判断相关的问题，培养学生独立思考的能力。与此同时，教师运用开发的web网站及多媒体技术辅助教学，向学生清晰、生动地讲解教学内容，并最终组织学生完成相应的编程任务，培养学生分析和解决问题的能力。

本节课围绕“运用选择结构描述问题求解过程"展开教学设计，通过五个递进式环节引导学生逐步掌握核心知识。

环节1：射击游戏中的条件判断应用。问题1：射击游戏中如何判断子弹是否击中目标？问题2：数学向量如何确定方向？问题3：条件判断还有哪些应用场景？

环节2：条件判断的作用剖析。问题1：案例中如何运用条件判断？问题2：条件判断中如何选择不同程序路径？问题3：如何设计不同的条件？教师借助多个案例（如成绩等级划分、交通信号灯控制等）演示条件判断的执行逻辑，引导学生分析不同条件下程序路径的选择机制。通过案例对比，学生直观理解条件判断的核心价值— -根据特定条件动态调整程序执行流程。

环节3：Python条件判断框架构建。问题1：如何用伪代码描述射击游戏中的条件判断？问题2：python有哪些条件判断框架？教师通过提问启发学生将射击游戏中的自然语言判断（如“子弹坐标与目标区域重叠"）转化为伪代码，逐步推导出Python 的if-elif-else 语法结构。这一过程着重训练学生的抽象思维能力，搭建自然语言与编程语言间的转化桥梁，为后续编码实践奠定基础。

环节4：选择结构闯关实践。教师引入自主开发的“选择结构大闯关"Web学习平台，设置单向判断（简单if）、双向判断（if-else）、多向判断（if-elif-else）三个渐进关卡。学生在游戏化任务中实时获得代码运行反馈，通过趣味化交互深化对不同条件判断结构的理解，同时增强学习成就感。

环节5：罗马数字转换编程实战。问题1：如何设置判断条件？问题2：如何根据条件编写字符转换规则？问题3：编写代码过程中出现了哪些bug？可以如何调试？

教师提出将阿拉伯数字转换为罗马数字的编程任务，指导学生分析转换规则（如  等特殊组合），逐步构建多条件判断体系。学生在代码编写与调试过程中，既巩固了选择结构的语法应用，也培养了异常处理与逻辑纠错能力，最终通过功能实现获得问题解决能力的提升。

【注：本文系广东省教育科学研究课题“基于TPACK理论的中学新型教与学模式实证研究"（课题编号：2021YQJK591）研究成果】

责任编辑邱丽