STEM是一種新型的教育理念，其核心是將科學、技術、工程和數學這四個學科有機地結合在一起，以提高學生的綜合素質。教師在運用STEM理念時，應注意情境構建的全面性，即保證學生能夠在課堂上自始至終思考信息技術內容的實際作用。現以“while循環(huán)的應用”教學為例，對此問題展開具體說明。

一、教學目標及重難點

課題名稱：運用循環(huán)結構描述問題求解過程——while循環(huán)的應用。

教學時間：1課時。

教學目標：（1）要求學生掌握程序循環(huán)結構設計的基本流程。（2）要求學生明確Python程序設計語言循環(huán)結構的while循環(huán)通常方式，并了解其具體運用方式。（3）要求學生借助循環(huán)結構對問題求解過程加以描述。（4）讓學生在學習過程中形成對信息技術的濃厚興趣，并促進自身學科素養(yǎng)的發(fā)展。

教學重點：使學生順利掌握Python程序設計語言循環(huán)結構的while循環(huán)方式，并了解其具體運用方式。

教學難點：讓學生應用此結構描述問題求解過程。

為了更好地完成授課任務，本次以電腦機房作為授課環(huán)境，并綜合應用了任務驅動法、講授法等教法，以及自主探究法等學法。

二、教學過程

（一）導入

課前可用演示方式把問題呈現給學生。

某同學今年17歲，她是在3月12日植樹節(jié)這天過生日。今年植樹節(jié)，老師和大家去公園參加植樹活動。這位同學很開心，自己完成了栽4棵樹的任務，這次生日很有意義。這位同學思考：假設由下一年開始，每年這天都參加植樹活動，如果每年均較上一年多種一棵樹的話，那么我到多少歲的時候才可以栽完100棵樹呢？

（二）學生自主學習

在教師的提示下，學生閱讀教材相關內容，并回答教師提出的問題。

問題一：while循環(huán)格式是：

若想保證程序始終循環(huán)，那么循環(huán)條件應當

問題二：需要利用什么條件才可確保程序始終循環(huán)下去呢？

A.True；B.1=1；C.3>5；D.4<5

問題三：如何才可以將“您好！”循環(huán)顯示出來？

問題四：隨機函數randint（1，5）形成的值有可能包括。

問題五：如果想讓出現的值處于10至20之間（包括10和20），那么隨機函數需要如何寫randint（ ）。

在導入之后，教師安排學生自主學習教材內容。

對于教師提出的問題，學生可在獨立思考后給出答案，或者稍稍留置，待本次教學全部完成后再做補充。

（三）以導入問題為載體的知識講授

教師以導入問題為載體，向學生講授知識。要求學生領會Python之中的while循環(huán)結構。教師在向學生說清本事例后，提出：是否可以用for循環(huán)來解決這個問題。接下來師生共同分析問題：假設年齡是age，種樹總數是tree，那么tree能夠表示為tree=4+5+6+…，與之相對應的age=17，18，19…，據此可將本問題轉化成當tree>=100時，求age的值。分析至此，學生可從信息技術領域的while循環(huán)應用視角重新審視這一實際應用問題，明確：解決本問題時的while循環(huán)屬于當型循環(huán)，也就是把while翻譯作“當……時”，若條件得到滿足便可以不斷循環(huán)，若條件得不到滿足便跳出循環(huán)。在每次循環(huán)時，均為執(zhí)行完循環(huán)體語句之后回到表達式處重新進行判斷，并做表達式值的重新計算。此時可出現兩種情況，若為假便跳出循環(huán)，若為真便使循環(huán)體語句繼續(xù)執(zhí)行。

代碼示例為：

在此之后，教師可要求學生繼續(xù)以案例為載體，思考可否以while循環(huán)求得1～100之和，要求學生先觀察for循環(huán)，再觀察while循環(huán)，發(fā)現其中所蘊含的知識要點。

（四）以項目任務為導向的知識引導

教師利用項目任務搭建能夠體現STEM理念的引導框架，圍繞學生常遇到的問題進行相應的項目設計與使用。

給出項目任務之前，教師先與學生做基礎知識梳理。如教師提出問題：while循環(huán)的特點是什么？

學生可根據自學與教師講解回答：先判斷表達式，再執(zhí)行循環(huán)體。同時表示：循環(huán)體可以是任意類型語句；有下列情況出現時退出while循環(huán)，即條件表達式不成立（為零）；循環(huán)體內遇break，return，go to；無限循環(huán)：while（1）循環(huán)體。

接下來，教師要求學生圍繞現實中具有普遍性的點名現象，完成隨機點名程序的設計開發(fā)工作。

由于處理實際問題較單純學科問題更為復雜，教師給出的引導問題應具有較強的針對性。本例中，教師可基于此程序設計要求，先由最基礎性的學號抽取啟發(fā)學生探究，要求其探索：怎樣以Python語言產生班級里全部成員學號盒子，并做到隨機抽取呢？學生思考后再引導：如果需進行多次抽取，在無法明確抽取次數的情況下，應該如何利用這個程序來實施控制呢？因為不知道抽取次數，則無法運用for循環(huán)語句來回答，此時學生便自然接受通過條件控制的while循環(huán)語句，并對其進行使用。

在學生進行以項目任務為導向的探究時，教師應引導其注意一些事項。例如，教師應及時提出：若循環(huán)體包括多于一個的語句，則需要用復合語句“”形式。在教師的提示下，學生給出：

程序段1：

程序段2：

并同步思考程序段1與程序段2執(zhí)行后i、sum的值。此類問題對學生完成STEM式的探索任務具有借鑒意義。與之類似，教師也可提出“在循環(huán)體中應有讓循環(huán)趨于結束的語句”等問題。

教師在任務研究中給出更深層次的問題：做好此程序學號隨機抽取以后，怎樣進行本學號所對應學名關聯(lián)呢？怎樣把全班范圍內的學生姓名順利導入程序內并生成姓名列表呢？這些問題可讓學生獨立或者協(xié)作了解文件讀取等拓展方面的知識，使既有知識體系得以持續(xù)鞏固，不斷完善。

（五）為學生提供獨立練習問題

在教師講解學生傾聽、學生分析教師引導兩個環(huán)節(jié)之后，教師給學生提供獨立練習問題，讓其基于已經掌握的while循環(huán)語句使用知識，完成從理論到實踐的多項練習任務。本次教學時，教師給學生提供的課堂練習任務包括以下幾個。

任務1：如果k是整數，下面所列while循環(huán)執(zhí)行次數是同次嗎？

任務2：請完成基于本問題的編程：一張白紙大約有0.05毫米厚，將其對折1次它有多厚？在對折多少次之后，白紙厚度將超過1米？學生將得到：

任務3：已知S=1+2+…+N，請找到一個最大整數N，滿足S<30000的條件，試以編寫程序的方式解決本問題。學生獨立分析問題，明確答案，以for語句進行驗證，分析答案是否正確。

（六）重視總結與展示交流

教師以板書設計的形式總結。在此之后，教師通過展示交流幫助學生優(yōu)化算法。

在本環(huán)節(jié)中，教師給學生提供充分的分享機會，使其能夠在小組內部、小組之間互相學習的狀態(tài)下，感受到不同的問題解決思路。從教學整體效果看，展示性評價是一個可起到較好教育引導作用的教學環(huán)節(jié)。表述作品設計思路能使學生的概括能力得到提升，而與之相對應的評價工作則有助于學生了解其他人的思路，從而加強學習與自我反思，使自己的作品更加完善，在持續(xù)優(yōu)化程序期間深化理解while循環(huán)與循環(huán)控制語句。

為了取得良好的展示交流評價效果，教師設計以學生計算思維素養(yǎng)發(fā)展為核心的評價表，在評價表的引導下，學生完成組評與自評，再由教師總評。評價表中的內容包括以下幾項：情感態(tài)度，對本次的編程學習保持濃厚的興趣與強烈的好奇心；思維品質，能夠客觀理性分析與while循環(huán)的應用有關問題，并善于做出總結反思；合作學習，可以主動參與到小組合作活動中去，有效解決教師提出的練習題。除此以外，評價量表中還包括更為具體的內容，如能夠分析復雜問題，可借助流程圖的描述抽象出問題解決過程；可編寫解決問題的程序；可進行知識的遷移運用；可完成程序的測試、評估和解釋，等等?？偟恼f來，評價量表中的各項內容與教學初期預設目標總體吻合。

三、教學總結與反思

本節(jié)課教學目標是使學生認知循環(huán)語句功能及格式，且可由for循環(huán)結構給出while循環(huán)語句，在此基礎上讓學生嘗試用計算機解決一些現實問題。教材中的循環(huán)語句知識，是當學生完成三種程序框圖學習，完成輸入輸出語句和條件語句學習之后，應當面對的關鍵性內容。本節(jié)課教學需要學生基于程序框圖內的兩種循環(huán)結構的語句，即while與do語句，領會基本格式和運行方式。為了達到理想的教學效果，本次教學時，教師嘗試從STEM理念出發(fā)，先基于導入案例做細致講解，再逐步使學生過渡到獨立解決問題，教學層次性較為顯著。與此同時，這節(jié)課也有不足，如這節(jié)課基于學生的認知習慣進行新知識引入，但引入資源不夠新穎，沒有充分體現出STEM理念及其應用價值；再如課堂教學形式不夠多樣化，情境構建方面的表現不夠多樣化。除此以外，本次教學還存在學生參與度不足的問題，如小組合作學習等學習模式的應用不夠明顯，未能使學生高效辨析循環(huán)結構的特點，以及給予學生操作時間不夠充分等，導致個別學生在課后依然未能理解while循環(huán)和for循環(huán)二者間的區(qū)別，且難以做到二者的快速轉換。

（作者單位：福安市第八中學）

編輯：曾彥慧

作者簡介：郭祿清（1981—），男，福建福安人，本科，一級教師，研究方向：高中信息技術教學與研究。