《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）指出，初中信息科技課程教學要圍繞學科大概念組織學科教學內容，以大單元教學的視角規(guī)劃教學內容，幫助學生建構出系統(tǒng)的信息科技學科知識，促進學生信息科技核心素養(yǎng)的提升^[1]。研究證明，相較于傳統(tǒng)教學，問題鏈教學更有利于提升學生的科學推理能力，并且能有效幫助學生提高認知水平^[2]。筆者針對將問題鏈應用于信息科技單元教學中遇到的問題，結合對課標的分析與思考，構建了基于問題鏈的單元教學流程，從而更有效地激發(fā)學生的問題意識，幫助學生完成知識建構、形成整體性思維，實現從淺層學習到深度學習的跨越。

一、基于問題鏈的單元教學的困境與出路

問題鏈是一組有中心、有序列、相對獨立而又相互關聯(lián)的問題，是教師為實現教學目標，依據學生的知識背景和經驗，針對他們在學習過程中可能遇到的問題設計的。單元教學是教師在教學中以一個單元學習內容為整體統(tǒng)籌規(guī)劃，既能統(tǒng)攬單元教學的全局，又能按步驟有序開展的系列教學活動。單元教學強調知識內容的整體性和關聯(lián)性，可以促進知識的同化和遷移^[3]。開展問題鏈的單元教學，是指基于學生的認知發(fā)展，以整個單元的內容為知識背景，依據教學目標而精心設計一組相互關聯(lián)的問題，引導學生在層層遞進、環(huán)環(huán)相扣的問題鏈中發(fā)現問題、思考問題、分析問題，從而激發(fā)學生學習熱情和內在動力^[4]，形成對單元知識的整體性建構，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。這種教學方式因其顯著優(yōu)勢而在各學科教學中得到越來越多的應用，然而，實踐中存在的以下問題不容忽視。

（一）問題鏈設計傾向“一言堂”

蘇格拉底“助產術”思想強調教師需考慮學生的心理特點，設計符合學生認知水平的教學問題，以激發(fā)學生主動學習的積極性，最終引導他們在深度學習中掌握解決問題的策略^[5]。當前，基于問題鏈的單元教學主題的確立往往依賴于教師的個人經驗和教學能力，無法確定是否滿足學生需求，導致后續(xù)問題鏈的質量和深度參差不齊，影響學生參與的積極性。因此，在設計問題鏈之前借助問卷調查等工具，教師可以及時、直觀了解大部分學生的情況和需求，有針對性地將目標問題化。問題鏈設計有目標引領，有學生主體參與，更容易激發(fā)學生能動性，達到目標效果。

（二）教學內容缺乏系統(tǒng)性

由于單元教學涉及的學科廣泛，知識點較多，不利于教師系統(tǒng)地梳理問題以促進學生知識建構。加上不少教師認為問題鏈就是把問題串在一起，忽視了問題鏈與課堂效率、有效教學、深度學習等之間的關聯(lián)^[6]。因此，基于問題鏈的單元教學內容往往缺乏系統(tǒng)性。在實際教學中，教師可依托思維導圖等工具，把問題按照一定的邏輯關系有機整合，提升教學內容的系統(tǒng)性和邏輯性。

（三）教學過程思維難以可視化

基于問題鏈的單元教學需要確保問題的難度適中，既符合學生的認知水平、不超出其思維能力，又能激發(fā)他們的思考。而在傳統(tǒng)的基于問題鏈的單元教學中，學生個體和群體的思維難以可視化，教師無法了解學生的思維起點。另外，學生解答問題的過程無法體現思維碰撞、知識更新的過程，也不利于教師有針對性地引導。因此，在實際教學中，教師可借助流程圖等工具，引導學生思考問題解決辦法、形成問題解決方案，使他們的思路更清晰，發(fā)展他們的邏輯思維。

（四）教學評價缺少針對性

在傳統(tǒng)基于問題鏈的單元教學模式中，對課堂教學效果的評價往往依賴教師主觀判斷。這不僅難以有針對性地提升教學效果，也難以準確識別學生的掌握程度和學習狀況，不利于解決學生個性化學習的需求。借助課堂分析系統(tǒng)，教師可直觀掌握學情，客觀評估教學效果并及時調整教學策略。

二、信息技術賦能的基于問題鏈的單元教學策略

基于以上分析，筆者設計了信息技術賦能的基于問題鏈的單元教學策略（如圖1）。

（一）設計單元核心問題——以問題為起點，讓課程富有探究性

課標建議教學將學生數字生活經驗與信息科技應用場景關聯(lián)，體現科學原理與實踐應用的統(tǒng)一。為提高問題設計的科學性和合理性，教師利用在線調查問卷了解學生前備知識與技能，鼓勵學生提出問題，并構建在線問題資源庫，為設計單元核心問題提供參考。單元主題來源于學生的好奇心、興趣點、活動中遇到的問題、學習過程中遇到的挑戰(zhàn)。教師依據課標遴選出探索性較強、富于時代特色的問題，形成單元核心問題，以達到激發(fā)學生對知識深度思考和探索的目的。例如，問題“為什么二維碼可以收付款”可形成單元主題“探究信息編碼”；問題“為什么會收到詐騙信息”可形成單元主題“探究信息安全”；問題“為什么輸入提示詞就能生成一張圖片”可形成單元主題“探究生成式人工智能”。這些問題反映了學生對信息科技領域的好奇心和探索欲，教師可以用來作為教學的起點，形成單元核心問題，進而將相關的學科核心素養(yǎng)滲透在單元教學目標中，并構建單元教學內容知識框架，引導學生進行深入的學習和討論。

（二）構思單元問題鏈——以問題為線索，讓課程具有引導性

單元涉及的相關知識點較多，教師以單元核心問題為基石引導學生層層分析與思考，并通過構建學習平臺和更新學習資源，為學生提供實時學習渠道，形成自主探索、主動思考的良好氛圍。教師根據學生提出的問題構建一系列連貫、深入的子問題，形成問題鏈。例如，單元主題“探究生成式人工智能”內可產生“生成式人工智能基本原理是什么”“如何生成文本、圖像、視頻、音樂”“使用生成式人工智能存在什么倫理與安全挑戰(zhàn)”“如何利用生成式人工智能進行創(chuàng)意設計”等問題。這些問題既要緊扣學習目標、展現邏輯聯(lián)系，又要遵循教學規(guī)律、考慮學情，以激發(fā)學生對知識的深度思考和探索。

（三）規(guī)劃課時問題鏈——以問題為主導，讓課程具有條理性

教師應根據學生的思維特點和個性需求，從整體出發(fā)設計課時問題鏈教學活動，引導學生在問題的驅動下積極參與，在學習知識、技能的同時發(fā)展核心素養(yǎng)。為確保問題既符合學生的認知水平，又不過度超出他們的思維能力，教師需要針對單元問題鏈引導學生開展頭腦風暴，通過思維導圖、在線討論板等工具，幫助學生的思維過程外顯。學生解答問題的過程也是思維碰撞、知識更新的過程。這不僅有助于教師更準確地把握學生的學習狀態(tài)，也促進了學生之間的相互學習和啟發(fā)。比如“探究生成式人工智能”這一單元主題，圍繞“基本原理”這一核心，學生提出問題“生成式人工智能是如何生成新內容的”“生成式人工智能依賴哪些核心算法”“什么是生成對抗網絡”“生成式人工智能主要使用了哪些技術”“深度學習在生成式人工智能中扮演了什么角色”“生成式人工智能模型是如何訓練的”“訓練過程中的優(yōu)化算法有哪些”。這些問題構成的問題鏈可以幫助學生從不同角度更好地了解生成式人工智能，并且促進他們對這一領域深入地思考和研究，引導學生在一個個問題的思考中體會知識的內涵、掌握知識的本質。

（四）開展課時教學——技術支持下的教學流程設計與分析

評價與反思是信息科技教學不可或缺的組成部分，是貫徹教學評一致性的重要鏈條。通過在線測試和課堂分析系統(tǒng)，教師可以快速收集學生的學習反饋，及時調整教學策略。大數據系統(tǒng)可以深入分析學生的學習行為，從而幫助教師更精確地定位教學中的薄弱環(huán)節(jié)，實現個性化教學、循證分析評價。

信息技術支持下的問題鏈單元教學，通過交互式平臺、可視化工具、數據驅動等信息技術工具與方式，幫助學生思維的可視化，并激發(fā)學生的問題意識，幫助學生完成知識建構，形成整體性思維，實現淺層學習到深度學習的跨越，提升課堂教學效果。

三、信息技術賦能基于問題鏈的單元教學實踐案例

下面筆者以“數智博物館：如果國寶會說話”為例，闡述信息技術支持下基于問題鏈的單元教學設計實踐與探索。

（一）設計單元核心問題

1.主題確立

學生參加博物館研學活動后，教師引導他們通過在線平臺分享、交流收獲與疑惑。面對問題“為什么有的博物館環(huán)境比較昏暗”，學生通過生成式人工智能平臺得出原因“很多文物有光敏性”。此時，針對學生發(fā)現的博物館中總有閃光燈亮起的問題，教師圍繞課標中“物聯(lián)網實踐與探索”模塊的要求，引導學生思考“如何利用技術的手段助力文物保護”。接著，教師引出本單元的核心問題：如何構建一個數智博物館。該過程將“物聯(lián)網實踐與探索”和“文物預防性保護”場景關聯(lián)，構建起“場景分析（文物保護遇到的難題）—原理認知（物聯(lián)網基本原理與功能）—應用遷移（應用物聯(lián)網技術解決文物保護的難題）”的教學模式，激發(fā)學生學習本單元的興趣，以大任務“科技助力文物保護”統(tǒng)領，讓學生體驗自主學習、合作探究、科學實踐的全過程。

2.目標設計

確立主題后，教師根據課標確定以下單元目標，并上傳到在線學習平臺發(fā)布給學生。

（1）通過簡易物聯(lián)系統(tǒng)的設計與搭建，理解物聯(lián)網實現萬物互聯(lián)的基本原理，探索物聯(lián)網中數據采集、處理、反饋控制等基本功能，體驗物聯(lián)網、大數據及人工智能的關系。

（2）通過參與項目的創(chuàng)意、設計、制作、調試、展示評價的完整過程，根據設計方案實現具有簡單物聯(lián)功能的數字系統(tǒng)，增強動手實踐能力，強化計算思維，提升數字素養(yǎng)與技能。

（3）體驗運用信息科技手段助力文物保護的過程，具有運用數字化手段保護和傳承文化遺產的意識。

（4）了解物聯(lián)網中發(fā)展自主可控技術的意義，認識到自主可控生態(tài)體系對我國國家安全的重要作用。

3. 搭建單元內容框架

基于問題鏈的單元教學更關注知識之間邏輯關系的設計，教師精準提煉教學內容以幫助學生深入理解和掌握特定主題至關重要。知識框架幫助教師明確單元問題鏈中涉及的核心概念。教師通過在線學習平臺展示不同概念之間的邏輯關系，幫助學生理解問題鏈中的因果和依賴關系，使得學生能夠更加高效地處理和記憶知識點。因此，在構建單元問題鏈前，教師需要根據主題梳理出單元核心問題涉及的知識框架（如圖2）。

（二）構思單元問題鏈

接下來，教師依據課標、學生的認知發(fā)展水平以及生活情境來設計本單元的問題鏈。學生通過在線學習平臺及生成式人工智能工具查找資料，并采用新穎的視角圍繞單元核心問題思考和分析，利用軟件繪制思維導圖。在每一個與物聯(lián)網相關的重要概念都有相應的問題被提出后，教師再次篩選，以使單元教學目標、評估、活動保持一致。例如，學生進一步探究除閃光燈外的影響文物存放的環(huán)境因素，并繪制相應的思維導圖（如圖3）?；谶@些分析，教師引導學生深入探討如何構建系統(tǒng)以助力文物保護，并設計六個具有全局意識的單元問題，形成問題鏈“如何應對光線過亮”“如何降低噪聲”“如何實現溫濕度的遠程實時監(jiān)測”“如何處理過高的溫濕度”“如何應對CO濃度過高”“如何防止文物被盜”。學生嘗試通過設計開發(fā)“閃光燈報警裝置”“噪聲提醒系統(tǒng)”“溫濕度遠程查看、控制系統(tǒng)”“CO監(jiān)測系統(tǒng)”“監(jiān)控遠程報警系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)解決這些難題，在這個過程中他們掌握了利用物聯(lián)網解決實際問題的基本思想、方法及流程。

雖然上述六個子問題對應的教學內容相對獨立，但從單元整體結構看，它們可以分為三類：一是如何實現自動控制，二是如何實現遠程控制，三是如何實現“物”對“物”的控制（如圖4）。這些內容呈螺旋上升的遞進關系，符合學生的認知邏輯，有助于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

（三）規(guī)劃課時問題鏈

接下來，教師根據單元問題鏈將本單元規(guī)劃為六個課時，每課時前后銜接、層層遞進：從設備本身的自動控制，過渡到SIoT物聯(lián)網平臺的遠程控制，最后發(fā)展到設備間的遠程控制，學生逐步體驗萬物互聯(lián)的場景；從對MQTT協(xié)議及SIoT物聯(lián)網平臺的初步認知，到深入理解，再到靈活應用，學生逐漸掌握萬物互聯(lián)背后的技術支持和原理。在教師的指引下，學生圍繞每一課時的問題開展頭腦風暴，激活原有認知中與問題相關的知識、技能、方法，將原本的知識、信息聚攏，形成以問題為中心、相互關聯(lián)的認知網絡，并利用思維導圖呈現思考過程。學生提出的問題中有90%與預定的教學目標相吻合，教師順勢梳理出一系列相互關聯(lián)的課時問題鏈（見表1）。

（四）開展課時教學

以第二課時“噪聲提醒系統(tǒng)”為例，本課時共有六個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)對應的學生活動和技術支持如表2所示。

1.創(chuàng)設物聯(lián)網問題情境

在發(fā)現問題環(huán)節(jié)，學生通過實地研學及瀏覽云端博物館等線上線下相結合的方式，了解不同文物材質的特殊性及不同環(huán)境因素對文物長期穩(wěn)定保存的影響?；趯W生提出的真實問題，教師創(chuàng)設蘊含人文情懷的問題情境。這樣的引導有助于培養(yǎng)學生主動運用信息科技解決問題的意識。有了真實問題情境的鋪墊以及人文情懷的涵養(yǎng)，學生更能深刻地體會技術對社會的價值，自然而然地形成應用技術解決問題的意識。

2.探索物聯(lián)網實現方式

在設計思路環(huán)節(jié)，教師借助頭腦風暴、流程圖等方式引導學生思考解決問題的辦法，教給他們借助軟件繪制相關流程圖，形成切實可行的解決方案，使他們解決問題的思路更清晰，在搭建系統(tǒng)時有序可循。同時，為確保硬件的安全，學生使用虛擬仿真平臺設計電子電路、進行模擬搭建、體驗過程與控制場景，發(fā)展計算思維。

3.實踐物聯(lián)網創(chuàng)新應用

在動手實踐環(huán)節(jié)，教師引導學生思考如何優(yōu)化設備，鼓勵學生優(yōu)化迭代、精益求精。學生采用新穎的視角思考和分析問題，從不同的角度提出方案，激發(fā)創(chuàng)作欲望，激活創(chuàng)新思維。有的學生設計的屏幕不僅顯示提醒信息，還能根據環(huán)境變化顯示不同表情；有的學生利用云游故宮平臺，了解清代粉彩瓷器的信息，運用三維建模軟件進行回轉建模，以便在展示設備功能時獲得更好的效果……學生像工程師一樣親身參與項目作品的開發(fā)和應用，掌握了相關知識和技能，進而設計和創(chuàng)作具有個性化的作品，踐行了工匠精神。

4.培養(yǎng)信息社會責任意識

在總結提升環(huán)節(jié)，教師引導學生樹立科技助力文物保護的意識，增強文化自信，并激發(fā)他們運用數字化手段保護和傳承文化遺產的動力，提高社會責任感。教師指出物聯(lián)網芯片扮演著連接萬物、實現智能的關鍵角色，并提及中國面臨的芯片依賴問題，以此喚起學生的愛國情懷，讓他們理解發(fā)展自主可控技術的重要性，認識到自主可控生態(tài)體系對國家安全的關鍵作用，進而堅定為國家貢獻力量的決心。在展示交流環(huán)節(jié)，學生運用生成式人工智能工具創(chuàng)作海報和文案，撰寫作品設計說明，并通過虛擬現實技術在線展示作品，創(chuàng)造性地賦予文物新生。

5.拓寬信息科技學習場域

教師組織課后研學、實地考察等活動，讓學生體驗基于虛擬現實技術的博物館沉浸式學習，感受項目作品實際應用效果，從而不斷深化項目主題。此外，學生在博物館展柜內觀察到的設備激發(fā)了他們與他人分享信息的意識，以及探究設備背后工作原理的興趣，進而思考如何改良這些設備。

6.開展信息技術支持的評價

最后，教師借助課堂分析系統(tǒng)對基于問題鏈的課堂教學開展評價并進行循證分析。通過課堂分析系統(tǒng)提供的師生互動曲線，我們可以看出，在基于問題鏈的課堂中，以學生為主體的互動行為占比較高。通過與其他課堂分析結果對比，我們得出結論：利用問題鏈引導學生探索和解決問題，可以提高他們的參與度。

依據麥卡錫4MAT（4 Mode Application Techniques）教學模式和布盧姆教學目標法對學生認知領域劃分的六個層次，課堂分析系統(tǒng)將教學過程的數據收集統(tǒng)計后得出分析結果如圖5，可以看出，本節(jié)課提問類型較為豐富，有創(chuàng)新型等高階問題，可以有效提升學生的思維品質。

五、總結反思

信息技術的賦能不僅能夠彌補傳統(tǒng)問題鏈單元教學的不足，還能提升教學質量，促進學生的全面發(fā)展，為教學帶來了創(chuàng)新與變革。借助信息技術，我們構建了一個更高效、更個性化且互動性更強的學習環(huán)境，使學生在探索知識的同時，批判性思維和創(chuàng)新能力也得到培養(yǎng)。利用數字技術，教師帶領學生根據單元主題提煉并設計核心問題，細化和拆解核心問題，整合、加工和系統(tǒng)編排子問題，形成緊扣目標、前后相連、層次遞進的單元問題鏈。另外，教師基于學生問題設計的課時問題鏈，使課程內容有機銜接，有助于教學環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，促進學生的深入學習、問題解決能力的培養(yǎng)以及跨學科思考。展望未來，我們將進一步探討如何在教學中深化信息技術支持的問題鏈單元教學，通過構建 “設計—實踐—反思—改進”的循環(huán)教學研究結構，在不斷地迭代中優(yōu)化信息科技教學，提升學生的核心素養(yǎng)。

參考文獻

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（作者系福建省廈門外國語學校湖里分校教師）

責任編輯：李媛