基于計(jì)算思維的初中程序設(shè)計(jì)課堂實(shí)踐

凌志鵬 劉翠霞

【摘要】2017年的新課程標(biāo)準(zhǔn)凝練了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，并更新了部分教學(xué)內(nèi)容，對(duì)程序設(shè)計(jì)更為重視了。以《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》為標(biāo)志，程序設(shè)計(jì)教育在我國(guó)進(jìn)入第二次發(fā)展。在中小學(xué)信息技術(shù)教育領(lǐng)域也提出了python程序設(shè)計(jì)這一內(nèi)容。本文主要探討以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維為目的python程序設(shè)計(jì)課堂。首先分析計(jì)算思維與程序設(shè)計(jì)的聯(lián)系，再分享for循環(huán)教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略。

【關(guān)鍵詞】python程序設(shè)計(jì);計(jì)算思維;培養(yǎng)策略

一、計(jì)算思維與程序設(shè)計(jì)

陳國(guó)良院士指出，理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)是人類科學(xué)發(fā)展的三大支柱，相對(duì)應(yīng)的三種思維方式是理論思維、實(shí)驗(yàn)思維和計(jì)算思維。計(jì)算思維是指使用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的思想方法，建立模型、組織數(shù)據(jù)、選擇信息資源、形成解決方案的過(guò)程中生成的一系列思維活動(dòng)，《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》確定了計(jì)算思維水平等級(jí)。

表1 計(jì)算思維等級(jí)

筆者使用python程序設(shè)計(jì)針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，原因有四：其一，程序設(shè)計(jì)以算法為橋梁培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。其二，程序設(shè)計(jì)在語(yǔ)言層面詮釋計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的方式。其三，基于核心素養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)課堂更關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展。其四，python的簡(jiǎn)潔性、易讀性、開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝簡(jiǎn)單、豐富的擴(kuò)展庫(kù)等特點(diǎn)，更適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。

二、在python程序設(shè)計(jì)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

（一）學(xué)生分析

本文教學(xué)對(duì)象為八年級(jí)學(xué)生。學(xué)生對(duì)使用計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題的一般過(guò)程不了解，計(jì)算思維還未達(dá)到預(yù)備級(jí)水平，但敢于嘗試新事物。

（二）教材分析

本課內(nèi)容是for循環(huán)。本課教學(xué)重點(diǎn)是理解for的語(yǔ)法和用途。難點(diǎn)是使用for循環(huán)編程加速問(wèn)題解決，會(huì)用計(jì)算機(jī)的方式解決問(wèn)題。

（三）基于計(jì)算思維的教學(xué)實(shí)踐

表5 教學(xué)流程與策略表

三、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略

從計(jì)算思維的解決問(wèn)題的一般過(guò)程出發(fā)，結(jié)合python程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容和先進(jìn)的教學(xué)方法，筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的策略。

（一）有效預(yù)設(shè)，針對(duì)性培養(yǎng)計(jì)算思維

有效預(yù)設(shè)是指以培養(yǎng)計(jì)算思維為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.預(yù)設(shè)符合學(xué)生認(rèn)知的情境

提高趣味性和吸引力，在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)多從學(xué)生的認(rèn)知興趣設(shè)置情境幫助學(xué)生理解問(wèn)題。本課中使用杰米和韋伯的合同故事情境引入課堂。且以拋棄百錢買百雞等經(jīng)典問(wèn)題為課例進(jìn)行教學(xué)，課例選擇了計(jì)算平均分。該例符合學(xué)生認(rèn)知，能讓學(xué)生快速抽象出問(wèn)題的核心要素。

2.預(yù)設(shè)問(wèn)題

本課深入學(xué)習(xí)for循環(huán)語(yǔ)法時(shí)提問(wèn)range（ ）函數(shù)的作用，恰好能啟發(fā)學(xué)生剖析循環(huán)語(yǔ)句的含義，也讓學(xué)生關(guān)注變量X，使學(xué)生確定信息的關(guān)鍵要素，幫助學(xué)生在建構(gòu)模型的時(shí)候獲取問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)、建構(gòu)模型、設(shè)計(jì)算法。

（二）計(jì)算思維需要長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)、有效的訓(xùn)練

計(jì)算思維的養(yǎng)成要廣泛接觸計(jì)算領(lǐng)域思想方法，多次利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的方法解決問(wèn)題方能形成。且在訓(xùn)練中不能過(guò)于強(qiáng)調(diào)結(jié)果、追求完美，應(yīng)重視思維培養(yǎng)，主要以學(xué)生多接觸計(jì)算機(jī)思想，形成計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的系列思維為目的。

（三）信息技術(shù)核心素養(yǎng)各要素相輔相成

信息技術(shù)核心素養(yǎng)包含了信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等四個(gè)要素，這四個(gè)要素是相輔相成的。

1.信息意識(shí)幫助分析建模

例如，在抽象特征、建構(gòu)模型時(shí)需要學(xué)生的信息意識(shí)達(dá)到一定水平，對(duì)信息敏感、能夠準(zhǔn)確判斷信息的價(jià)值、主動(dòng)獲取信息。

2.多接觸數(shù)字化學(xué)習(xí)資源有利于遷移和創(chuàng)新

計(jì)算思維要求學(xué)生能把利用計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題形成的一系列思維應(yīng)用于解決其它問(wèn)題，也就是遷移。筆者認(rèn)為，多接觸數(shù)字化資源，重視數(shù)字化創(chuàng)新有助于提升學(xué)生的遷移能力;提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此，信息技術(shù)課程更應(yīng)該有效地利用數(shù)字化資源的優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)思想，培養(yǎng)計(jì)算思維。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈賢.有效預(yù)設(shè)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的實(shí)踐研究——以初中信息技術(shù)學(xué)科為例[J].中國(guó)教育信息化，2019.

[2]陳國(guó)良，董榮勝.計(jì)算思維的表述體系[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2013.

[3]王立翔.基于計(jì)算思維的python語(yǔ)言課程教學(xué)改革芻議[J].教育現(xiàn)代化，2017.

[4]鄒仲杰.初中信息技術(shù)課程教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)策略探究[J].發(fā)明與創(chuàng)新·教育信息化，2018.