中學(xué)編程教學(xué)的深度和廣度

曾志勇

摘 要：現(xiàn)在的數(shù)字化趨勢不可逆轉(zhuǎn)，發(fā)達(dá)國家都在開展兒童編程教育，如美國的“Hour of Code”和英國的“Year of Code”，體現(xiàn)了在全球?qū)幊探逃闹匾?。我國也提出了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，用“計(jì)算思維”培養(yǎng)未來人才，并在全國范圍內(nèi)逐步實(shí)施中學(xué)編程教學(xué)。

關(guān)鍵詞：中學(xué);信息技術(shù);編程;教學(xué);深度;廣度

一、什么是編程，為什么要學(xué)編程。

在人類復(fù)雜的社會(huì)體系中，人們需要通過自然語言來進(jìn)行相互溝通和知識(shí)傳播，而數(shù)學(xué)是人與自然、宇宙溝通的語言，伽利略說：“自然界這部偉大的書是用數(shù)學(xué)語言寫成的”。它是一切科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。編程語言，則是人與計(jì)算機(jī)交流溝通的語言。由于社會(huì)發(fā)展的需要、科技發(fā)展的推動(dòng)，掌握一門編程語言已經(jīng)變成一項(xiàng)基本技能，可以有效地指揮計(jì)算機(jī)去解決實(shí)際問題，達(dá)到事半功倍的效果。

二、如何學(xué)習(xí)編程語言——代碼編程與圖形編程。

從計(jì)算機(jī)被發(fā)明以來，計(jì)算機(jī)編程語言也有幾十年的發(fā)展歷史了，目前編程語言的種類繁多。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生或程序員來說，編程語言的學(xué)習(xí)模式也已經(jīng)非常成熟。但是這套教學(xué)模式顯然不適合兒童編程教育，不符合中學(xué)生的年齡特征。隨著近幾年全球范圍內(nèi)的重視，發(fā)展出一批優(yōu)秀的圖形化編程工具，用來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行編程入門學(xué)習(xí)，取得了一定的發(fā)展。由于圖形化編程以游戲化教學(xué)，興趣教學(xué)、培養(yǎng)思維為主要特點(diǎn)，大大降低了學(xué)習(xí)門檻，使之最近幾年在學(xué)校進(jìn)行快速的推廣普及。

三、如何更好地推廣Scratch普及性編程教學(xué)——深度

在眾多的圖形化編程語言中，Scratch在國內(nèi)推廣普及做得最好。Scratch與傳統(tǒng)的編程軟件不同，不再是枯燥的代碼命令組合的集成，而是像搭積木一樣拖曳圖形化的指令，就能創(chuàng)作屬于自己的故事、動(dòng)畫、游戲和音樂等作品。在創(chuàng)作過程中一邊玩一邊學(xué)，對(duì)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力以及解決問題能力的培養(yǎng)有著積極的意義。目前國內(nèi)的Scratch編程以功能模塊教學(xué)、案例化教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)為主，開展得非常成功。在結(jié)構(gòu)化編程中，任何算法都可以通過由順序、選擇和循環(huán)的三種基本程序結(jié)構(gòu)的組合來實(shí)現(xiàn)。我嘗試在教學(xué)中以三種基本程序結(jié)構(gòu)為主線，將功能模塊嵌入三個(gè)結(jié)構(gòu)教學(xué)，以游戲或案例為載體，把教學(xué)的重點(diǎn)放在程序結(jié)構(gòu)上，而不是功能模塊。在Scratch教學(xué)中，將程序結(jié)構(gòu)和模塊代碼巧妙地結(jié)合在一起，兼顧趣味性和知識(shí)的系統(tǒng)性。第一節(jié)課就是讓學(xué)生初識(shí)這個(gè)軟件，先讓學(xué)生體驗(yàn)利用代碼塊讓小貓動(dòng)起來、或者外觀中的說話，并且重點(diǎn)要讓學(xué)生理解舞臺(tái)、角色的概念、事件驅(qū)動(dòng)的理念。在教學(xué)實(shí)施中，使用大家所熟悉的貓狗對(duì)話可以幫助學(xué)生很好的理解順序結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程。如果我們對(duì)順序結(jié)構(gòu)的案例進(jìn)行再升級(jí)，可以引導(dǎo)學(xué)生利用聲音功能模塊、引入消息機(jī)制去做古詩朗讀或者鋼琴演奏，這樣的案例相對(duì)來說實(shí)用性就比較強(qiáng)了。在單向分支的結(jié)構(gòu)中，可以引入小貓過馬路或者章魚過河的案例。通過上下左右鍵控制角色移動(dòng)并讓條件語句去判斷角色是否碰到哪種顏色是否走出邊界。在雙向分支的結(jié)構(gòu)中，引入數(shù)學(xué)口算的題目，用戶答對(duì)了提示答題成功，答錯(cuò)了提示答題錯(cuò)誤。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，分為計(jì)數(shù)循環(huán)、條件循環(huán)和無限循環(huán)，在某各意義上循環(huán)結(jié)構(gòu)起到一個(gè)優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)的功能。鼓勵(lì)學(xué)生使用循環(huán)，通過小貓走路多個(gè)重復(fù)動(dòng)作和口算出多個(gè)題目，顯示循環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性和程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)美簡潔性。

四、編程教育之國外的STEAM與國內(nèi)的學(xué)科融合——廣度

目前國內(nèi)外流行的STEAM教育理念，即科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的首字母。STEAM教育理念對(duì)學(xué)科素養(yǎng)的綜合應(yīng)用來解決實(shí)際問題，同時(shí)培養(yǎng)綜合性的人才。國內(nèi)的STEAM教學(xué)模式，主要通過游戲化編程、機(jī)器人培訓(xùn)、3D打印、創(chuàng)客教育等形式來開展。但是由于區(qū)域的差異性，技術(shù)、資金、師資、設(shè)備等投入的限制，我們想讓編程教育回到現(xiàn)實(shí)，更好地服務(wù)于學(xué)科教育，解決學(xué)科問題、進(jìn)行學(xué)科融合，讓學(xué)生能夠真真切切地體驗(yàn)到用編程來解決問題，而不是學(xué)無用武之地。因此我們?cè)诟鱾€(gè)學(xué)科的融合上，在編程教學(xué)的廣度上，下足了功夫。讓學(xué)生通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，既學(xué)習(xí)了編程如何應(yīng)用，又學(xué)習(xí)和鞏固了其他學(xué)科的知識(shí)。

五、Scratch只是起點(diǎn)，未來更精彩

盡管Scratch教學(xué)應(yīng)用非常廣泛，在中學(xué)大學(xué)都有被用來當(dāng)成學(xué)生的編程入門語言。但學(xué)生學(xué)了一兩年之后，對(duì)Scratch比較熟悉了，可以推薦孩子學(xué)習(xí)同樣的圖形化編程的APPINVENTOR，可以很容易很方便地做出實(shí)用性很強(qiáng)的手機(jī)應(yīng)用APP。

Scratch和APPINVENTOR都是圖形化編程語言，圖形化編程語言對(duì)于初學(xué)者來說都容易上手，因?yàn)槌１贿x做入門編程語言，但在解決實(shí)際問題或者邏輯較復(fù)雜的問題，代碼的可讀性、可維護(hù)性并不如代碼類編程語言。因此我們可以把Scratch理解為一門編程入門語言，在入門以后還是要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)至少一門代碼類編程語言。常見的編程語言有C，Java，C#，C++，Pascal，Python等。我個(gè)人建議初學(xué)者學(xué)習(xí)Python。Python比較適合初學(xué)者成為一門易讀、易維護(hù)，不管是程序員或者計(jì)算機(jī)普通用戶都比較容易上手。因?yàn)閾碛写罅康臉?biāo)準(zhǔn)庫和第三方庫，所以經(jīng)常被稱為實(shí)用主義，在解決實(shí)際問題時(shí)有較豐富的可復(fù)用代碼庫，讓你站在巨人的肩膀上去解決你身邊的問題。Python已經(jīng)成為目前美國頂尖大學(xué)里最受歡迎的計(jì)算機(jī)編程入門語言，目前Python在IT行業(yè)廣泛應(yīng)用，特別是在系統(tǒng)運(yùn)維、圖形處理、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、科學(xué)計(jì)算、人工智能等方面。因此，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)，不管是學(xué)生還是老師。

福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：JZ170426

（福建教育學(xué)院資助）

參考文獻(xiàn)

[1]部和廣倉本大.Scratch少兒趣味編程2

[2]鄭之婷.從Scratch入門到精通