自制教具在高一編程教學(xué)中的案例研究

陳英

[摘? ?要]隨著《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》文件的頒布，我國(guó)吹響了搶占人工智能全球制高點(diǎn)的號(hào)角。教育部頒布的2017年版新課標(biāo)，大幅提升了在編程、計(jì)算機(jī)思維、算法等方面的思維要求。如何上好高中編程課，如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，關(guān)鍵在提高課堂有效性。抓手何在？教師可以在教具上做文章。

[關(guān)鍵詞]自制教具;高一;編程教學(xué);案例研究

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.67? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）30-0062-02

一、新課改背景下教具的價(jià)值確認(rèn)

隨著《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》文件的頒布，我國(guó)吹響了搶占人工智能全球制高點(diǎn)的號(hào)角。該規(guī)劃指出，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。2018年1月，教育部頒布2017版新課標(biāo)，其大幅降低了對(duì)基本軟件使用的要求，大幅提升了在編程、計(jì)算機(jī)思維、算法等方面的思維要求。

如何上好高中編程課？如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維？關(guān)鍵在提高課堂有效性。而如何構(gòu)建高效課堂，關(guān)鍵在“四到”，即眼到、口到、手到、心到。

如何開(kāi)啟深度學(xué)習(xí)模式？抓手何在？教師或許可以在教具上做文章。

1.豐富教材，提升教師素養(yǎng)的添加劑

廣義的教材，包括課本及與課程有關(guān)的豐富的學(xué)習(xí)資源，從形式上看，有紙質(zhì)的，也有數(shù)字的;從內(nèi)容上看，有課程內(nèi)的，也有課程外的;從開(kāi)發(fā)主體看，有專(zhuān)家的，也有教師的。蒙氏數(shù)學(xué)通過(guò)“游戲”讓孩子對(duì)復(fù)雜、抽象的數(shù)學(xué)產(chǎn)生濃濃的興趣，其抓手就是豐富的教具資源。而教師要設(shè)計(jì)這樣高效的教具，必須具備扎實(shí)的學(xué)科基本功和學(xué)科素養(yǎng)。只有對(duì)本學(xué)科的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、大概念信手拈來(lái)，才能設(shè)計(jì)出大道至簡(jiǎn)的教具。

2.點(diǎn)亮課堂，激發(fā)學(xué)生興趣的催化劑

良好的開(kāi)端，是成功的一半。興趣是學(xué)生最好的老師。只有上課后5分鐘，牢牢抓住學(xué)生的眼睛、耳朵、嘴巴，才能最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)學(xué)習(xí)助力。自制教具結(jié)合學(xué)生身邊的問(wèn)題，利用生活中常見(jiàn)材料進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，取材容易，制作簡(jiǎn)單，生動(dòng)有趣，能自然地引起學(xué)生濃厚的興趣，激發(fā)他們的探究欲望。

3.突破難點(diǎn)，破解學(xué)習(xí)障礙的助推劑

在教學(xué)實(shí)踐中，很多知識(shí)點(diǎn)的概念和特征都非常抽象，通過(guò)傳統(tǒng)的講授方法很難讓學(xué)生真正理解。如何突破教學(xué)難點(diǎn)？我們必須另辟新徑，讓知識(shí)點(diǎn)自己“說(shuō)話”。教師可采用各種手段化抽象為直觀，讓學(xué)生在輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍中，不知不覺(jué)地掌握了核心知識(shí)點(diǎn)。

二、高一編程教學(xué)之“困”

筆者曾對(duì)高一兩個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行了編程學(xué)習(xí)方面的問(wèn)卷調(diào)查，共回收有效問(wèn)卷74份，其結(jié)果如下：

從題1和題5可以看出，對(duì)于編程學(xué)習(xí)，學(xué)生有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，也能意識(shí)到編程學(xué)習(xí)對(duì)自身計(jì)算機(jī)思維等方面的重要作用。

從題2可以看出，學(xué)生更傾向于探究和討論后的“頓悟”和“理解”。在編程教學(xué)中，教師的作用是“啟”和“發(fā)”，學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體是學(xué)生。

題3和題4反映出在編程學(xué)習(xí)中，學(xué)生想學(xué)，但存在較大的困難，呈現(xiàn)出明顯的矛盾心理：思考不動(dòng)，教師講解，模仿為主;自己探究，能力不夠，失敗居多。

要解決上述問(wèn)題，路在何方？教師又該如何作為？也許可以在“啟發(fā)”教學(xué)上下功夫！

三、自制教具在高一編程教學(xué)中的應(yīng)用案例

在編程教學(xué)中，使用自制教具提升課堂的有效性，從使用目標(biāo)上看，大致可以分為以下三種情況：一為激趣導(dǎo)入類(lèi);二為過(guò)程演示類(lèi);三為推理驗(yàn)證類(lèi)。

案例1：二進(jìn)制猜數(shù)字游戲類(lèi)教具

1.設(shè)計(jì)意圖

猜數(shù)字游戲主要演示二進(jìn)制—十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換過(guò)程，將抽象問(wèn)題形象化。設(shè)計(jì)4張卡片，游戲者隨機(jī)選擇0—15中的任意一個(gè)數(shù)字，只回答4個(gè)問(wèn)題，你就能猜出他選擇的數(shù)字。

2.游戲規(guī)則

卡片4—1從左到右依次放置。

請(qǐng)游戲者從0 —15之間任選一個(gè)數(shù)字，不要告訴猜數(shù)者，并依次回答4個(gè)問(wèn)題：

（1）是否在卡片4中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（2）是否在卡片3中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（3）是否在卡片2中，在則卡片上放置1，不在則放置0

（4）是否在卡片1中，在則卡片上放置1，不在則放置0

答案對(duì)照表（卡片4 —1）：

0000—00100—41000—8? 1100—12

0001—10101—51001—9? 1101—13

0010—20110—61010—10 ? ? 1110—14

0011—30111—71011—11 ? ? 1111—15

3.使用說(shuō)明

假設(shè)游戲者選的是10，必然回答如下：

在卡片4中，猜數(shù)者在卡片4下放置1;不在卡片3中，猜數(shù)者在卡片3下放置0。

在卡片2中，猜數(shù)者在卡片2下放置1;不在卡片1中，猜數(shù)者在卡片1下放置0。

如下圖所示：

猜數(shù)者很快猜出，游戲者默選的數(shù)字是10。

4.教學(xué)后記

在使用二進(jìn)制游戲教具后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專(zhuān)注度有所提高，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)也有助益。

案例2：冒泡排序程序過(guò)程演示教具

1.設(shè)計(jì)意圖

冒泡排序是編程學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)和難點(diǎn)，主要考查學(xué)生對(duì)數(shù)組和雙重循環(huán)的理解和運(yùn)用。傳統(tǒng)教法，以教師講授為主，學(xué)生參與度不高，最后的結(jié)果是聽(tīng)得懂但不會(huì)寫(xiě)。如果自制簡(jiǎn)單教具，將冒泡排序的過(guò)程完整展現(xiàn)，對(duì)學(xué)生理解冒泡排序的思想和程序?qū)崿F(xiàn)必將很有幫助。

2.使用說(shuō)明

打開(kāi)“冒泡排序.xls”，啟用宏，單擊“創(chuàng)建”按鈕隨機(jī)產(chǎn)生6個(gè)0 — 9的數(shù)，單擊“第一輪”，直觀演示一輪排序，找出最大數(shù)，并將其放置到數(shù)組末尾的過(guò)程。單擊“第二輪”再次呈現(xiàn)在剩余5個(gè)數(shù)中，找出最大數(shù)，并將其放置到數(shù)組末尾的過(guò)程。整個(gè)數(shù)組經(jīng)過(guò)5輪，最后實(shí)現(xiàn)6個(gè)數(shù)從小到大的排序。

3.教學(xué)后記

通過(guò)這個(gè)自制教具，學(xué)生對(duì)冒泡排序的核心思想有了較為深刻的理解，能夠比較輕松地完成內(nèi)層排序，最終，在教師的層層啟發(fā)下，實(shí)現(xiàn)冒泡排序的核心代碼。

案例3：字符匹配程序推理驗(yàn)證教具

1.設(shè)計(jì)意圖

遍歷是數(shù)組題知識(shí)點(diǎn)的基本技法。通過(guò)循環(huán)和判斷的密切配合，可以解決生活中大批量的數(shù)據(jù)匹配問(wèn)題。教師可使用簡(jiǎn)單材料自制教具，對(duì)該算法進(jìn)行推理驗(yàn)證。

使用硬紙卡模擬Text1中的源字符串，Text2中存放待匹配字符，Text3中顯示待匹配字符的個(gè)數(shù)。

2.使用說(shuō)明

師：請(qǐng)同學(xué)們思考解決該問(wèn)題的算法，嘗試用自己的語(yǔ)言表述出來(lái)。

生：從頭到尾一個(gè)一個(gè)取字符，與Text2中的待匹配字符比對(duì)，若相同則將計(jì)數(shù)器加1。

師：根據(jù)同學(xué)們的思路，我們使用小卡片來(lái)模擬驗(yàn)證一下該算法的可信性和正確性。

啟用小哨兵i，初始位置在第1個(gè)位置，對(duì)應(yīng)字符為“A”，與Text2中的待匹配字符比對(duì)相同，計(jì)數(shù)器K+1，小哨兵后移到第2位，不匹配，后移到第3位，不匹配，后移到第4位，不匹配，后移到第5位，匹配，計(jì)數(shù)器K+1，匹配結(jié)束！最終計(jì)數(shù)器K=2，K的值即為匹配字符個(gè)數(shù)，驗(yàn)證完畢，該算法可行。

3.教學(xué)后記

利用自制教具模擬問(wèn)題解決的完整過(guò)程，一則，可將“思維可視化”，幫助學(xué)生更好地理解和解決問(wèn)題;二則，可對(duì)算法進(jìn)行模擬驗(yàn)算，從而驗(yàn)證算法的正確性和有效性;三則，學(xué)生和教師在模擬驗(yàn)算的過(guò)程中，獲得了新的體驗(yàn)和啟發(fā)。

總之，要上好高中編程課，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，關(guān)鍵在于提升課堂有效性，通過(guò)各種途徑促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，讓理解真正發(fā)生。

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格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

（責(zé)任編輯 柳? ?紫）