計算思維視域下初中Python程序設(shè)計教學(xué)策略

陳瀾

開展和普及中學(xué)生程序設(shè)計教育，是教育信息化2.0的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和計算思維的重要載體。2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出要在中小學(xué)階段逐步推廣編程教育，隨后在教育部發(fā)布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版中至少有六個模塊涉及編程內(nèi)容。為了響應(yīng)國家號召，為國家未來人工智能的發(fā)展建立后備人才基礎(chǔ)，需要一線信息技術(shù)教師積極主動地對被廣泛應(yīng)用于人工智能研發(fā)的Python語言進行教學(xué)研究，通過開展Python程序設(shè)計的教學(xué)實踐培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

● 對培養(yǎng)學(xué)生計算思維的理解

第一，計算思維是中學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的學(xué)生所需要形成的核心素養(yǎng)之一，與信息意識、信息社會責(zé)任以及數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新這三項核心素養(yǎng)相比較，它最能體現(xiàn)信息技術(shù)課程的學(xué)科本質(zhì)。同時，計算思維作為一種思維方法，可以在運用計算思維解決問題的過程中與其他三種核心素養(yǎng)緊密結(jié)合，對它的培養(yǎng)可以促進信息技術(shù)核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

第二，在初中階段對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)應(yīng)該包含兩個層面，即計算思維的形成與計算思維能力的發(fā)展。和其他類型的思維一樣，計算思維不是某種具體的知識或操作技能，無法由教師“教給”學(xué)生，它的形成需要學(xué)生個體在解決問題的過程中通過不斷的訓(xùn)練、內(nèi)化、運用進而逐步形成、生發(fā)、發(fā)展。

第三，計算思維包含于學(xué)生核心素養(yǎng)中的“關(guān)鍵能力”，其對學(xué)生終身發(fā)展的價值與意義不言而喻。“從信息技術(shù)教學(xué)的總體進程來看，計算思維主導(dǎo)的教學(xué)不失為一種可行的實施思路?！彼季S的培養(yǎng)需要借助一定的知識作為媒介，對計算思維運用最直觀的表現(xiàn)之一就是程序設(shè)計，選擇Python程序設(shè)計作為培養(yǎng)學(xué)生計算思維的載體，既是響應(yīng)國家相關(guān)政策，也符合信息技術(shù)學(xué)科課程建設(shè)的需求。

● 計算思維視域下程序設(shè)計的教學(xué)策略

學(xué)生的學(xué)是課堂教學(xué)的出發(fā)點和歸宿，課堂教學(xué)應(yīng)圍繞學(xué)生如何學(xué)展開，這是以人為本教學(xué)觀的基本要求，是學(xué)科核心素養(yǎng)形成的必要前提，也是計算思維視域下的教學(xué)策略選擇與使用的根本導(dǎo)向。Python程序設(shè)計與初中信息技術(shù)課程其他板塊的內(nèi)容區(qū)別很大，在教學(xué)的起始階段會涉及大量的陳述性知識，并逐步由以陳述性知識為主過渡到以程序性知識為主。因此，Python程序設(shè)計課堂教學(xué)策略的選擇要從學(xué)情分析、教材分析、教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容等多方面因素進行思考。

1.先學(xué)后教策略

與其他學(xué)科相比較，初中信息技術(shù)學(xué)科課時少并且一般情況下是不允許布置課后作業(yè)的，以至于在Python程序設(shè)計課程的實施階段，學(xué)生課前沒有預(yù)習(xí)，課后沒有復(fù)習(xí)，這就意味著學(xué)生在上課時沒有疑問、沒有目標(biāo)也沒有方向。然而，學(xué)生是解決課堂教學(xué)中矛盾的主體力量，教師則應(yīng)處于輔助學(xué)生解決這種主要矛盾的主導(dǎo)性地位。因此，教師需要在課堂教學(xué)的過程中讓學(xué)生充分與“物”進行對話（本文指的是閱讀、學(xué)習(xí)教材），激發(fā)其中的矛盾，協(xié)助學(xué)生解決矛盾，這樣才能真正體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體性地位，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，進而落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)這一教學(xué)目標(biāo)。筆者認為，在程序設(shè)計的課堂教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)也應(yīng)該是從閱讀教材開始，回歸“讀書學(xué)習(xí)”這一質(zhì)樸的語境，給予學(xué)生足夠的時間對教材進行自學(xué)，在學(xué)生完成自學(xué)的基礎(chǔ)上開展程序設(shè)計教學(xué)。

2.情境化策略

為了有效開展Python程序設(shè)計課堂教學(xué)，教師需要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)貼切學(xué)生生活實際并能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與熱情的教學(xué)情境。在創(chuàng)設(shè)情境時，需要注意所創(chuàng)設(shè)的情境要與學(xué)生當(dāng)下的學(xué)習(xí)經(jīng)歷、家庭生活、社會環(huán)境產(chǎn)生緊密直接的聯(lián)系。情境的創(chuàng)設(shè)有哪些具體的要求？筆者以Python程序設(shè)計中的條件語句為例進行說明。

首先，情境的創(chuàng)設(shè)要能貼合學(xué)生的日常生活實際并且生動形象，在架設(shè)形象思維與抽象思維的橋梁的同時，使學(xué)生知道所學(xué)習(xí)的內(nèi)容是什么，有什么實際用處，如在上課伊始，請同學(xué)們觀看學(xué)生每日進校時刷臉通過閘機的視頻，提問在此過程中人臉識別程序是如何工作的，如何用流程圖進行描述。

其次，情境的創(chuàng)設(shè)要能體現(xiàn)Python程序設(shè)計的特質(zhì)，要能體現(xiàn)本節(jié)課學(xué)生所學(xué)習(xí)的內(nèi)容在生活中的使用條件以及存在價值與意義，要能內(nèi)含課堂教學(xué)中要解決的問題并能有效地促使學(xué)生積極思考，如在授課中，為增加學(xué)生對條件語句的理解，教師提前設(shè)置好在體驗的過程中出現(xiàn)的與條件語句相關(guān)的異常情況，請學(xué)生上講臺體驗可進行人臉識別的簡化版閘機系統(tǒng)，感受條件語句執(zhí)行的特點。

最后，情境的創(chuàng)設(shè)要能使學(xué)生的情感有效地融入到學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生積極情感的介入能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”。如在學(xué)生完成程序編寫之后，用他們自己編寫的程序在簡化版閘機系統(tǒng)中運行，檢驗其程序是否編寫正確，正確的程序能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識別并打開閘機。

3.整體化策略

計算思維視域下Python語言教學(xué)設(shè)計的整體化策略要求我們在課堂教學(xué)中需要從教學(xué)內(nèi)容的整體化和學(xué)生學(xué)習(xí)的整體化兩個方面進行考量。

①教學(xué)內(nèi)容的整體化策略。Python語言教學(xué)內(nèi)容的整體化需要通盤考慮Python語言各個知識點與整體之間的聯(lián)系，既要預(yù)防部分與整體之間的割裂，又要防止部分與整體的含混不清，不能突出課堂教學(xué)的重點;既要明確部分內(nèi)容的教學(xué)可以對計算思維的培養(yǎng)起到作用，也要明確部分教學(xué)內(nèi)容所能起到的對計算思維培養(yǎng)的作用在整個計算思維能力形成過程中所處的地位、價值、意義以及局限性。以Python程序設(shè)計的循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，首先，教師既要幫助學(xué)生明確循環(huán)結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計中三大基本結(jié)構(gòu)之一，循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以使程序的編寫化繁為簡，可以有效控制程序的結(jié)構(gòu)并可以與其他兩種程序設(shè)計結(jié)構(gòu)相結(jié)合處理復(fù)雜的問題，也要確保通過學(xué)習(xí)后學(xué)生能夠掌握Python循環(huán)語句for循環(huán)、while循環(huán)各自的語法規(guī)則和適用范圍;其次，循環(huán)結(jié)構(gòu)教學(xué)對計算思維中的“分解”（分解、有序、遞歸）、“抽象”（刪除、過濾、提取、符號化）、算法描述等方面具有重要的培養(yǎng)作用，但是對計算思維中的“概括”與“評估”所能產(chǎn)生的培養(yǎng)作用就非常有限。

②學(xué)生學(xué)習(xí)的整體化策略。學(xué)生學(xué)習(xí)的整體化策略是指在全面考慮初二學(xué)生智能特征、信息技術(shù)課時安排計劃以及Python程序設(shè)計的特性后，在課程實施時采取先分后總的教學(xué)策略。先分——教師采用教學(xué)內(nèi)容的整體化策略，選擇探究式教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，按照章節(jié)知識點的邏輯順序幫助學(xué)生完成Python程序設(shè)計的學(xué)習(xí)，學(xué)生在此過程中了解了Python程序設(shè)計的基本概念，掌握了Python程序設(shè)計的基本方法，鍛煉了計算思維各組成部分的應(yīng)用能力并可以獨立地編寫簡單的Python程序。后總——教師采用活動化策略和自主化策略，選擇小組合作教學(xué)法以及項目式教學(xué)法，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，在與教材的對話、與學(xué)習(xí)伙伴的探討中，利用已有的Python的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，充分鍛煉、內(nèi)化、運用計算思維，借助Python語言逐步、系統(tǒng)、科學(xué)地編寫代碼，實現(xiàn)目標(biāo)項目。

● 計算思維視域下程序設(shè)計的教學(xué)評價策略

1.教學(xué)前的評價

此環(huán)節(jié)教學(xué)評價的目的是：了解在進行Python程序設(shè)計教學(xué)之前，學(xué)生對預(yù)備知識和技能掌握的程度;評估學(xué)生已具備的分解、抽象、算法、概括以及評估等五方面能力;發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣、愛好、思維特點等。通?？刹捎迷L談、網(wǎng)絡(luò)問卷以及思維測試等形式進行此環(huán)節(jié)的教學(xué)評價。

2.教學(xué)中的評價

在教學(xué)過程中及時地開展評價活動，既可以幫助教師了解學(xué)生對教學(xué)目標(biāo)的達成情況，也可以使學(xué)生及時了解自己對學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況?，F(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)上有很多開源的在線測評系統(tǒng)（Online Judge），教師可以在校內(nèi)搭建一個內(nèi)含Python在線評測系統(tǒng)的主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站，充分利用主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站開展多維度的教學(xué)評價。

①即時反饋策略。教師將課堂教學(xué)中的程序設(shè)計練習(xí)題發(fā)布在主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，學(xué)生完成代碼編寫后直接提交到在線測評系統(tǒng)中，在線測評系統(tǒng)自動對代碼進行測試、反饋。這種即時反饋既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的效率，也可以方便教師及時了解學(xué)生對課堂教學(xué)目標(biāo)的掌握情況，為課堂教學(xué)進度的動態(tài)調(diào)整和教學(xué)方法的選擇提供參考。

②“消題”積分升級策略。目前，積分升級策略在社會生活中的多個領(lǐng)域得到了廣泛的使用，它對激發(fā)用戶參與熱情有著強勁的推動作用，如游戲中的積分升級、QQ號的積分升級等。將積分升級策略引入到教學(xué)評價中，有利于營造積極競爭的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。在實施“消題”積分升級策略時，要注意明確級別的梯度、積分的規(guī)則、升級規(guī)則以及獎勵規(guī)則等。

③學(xué)習(xí)共同體策略。主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站不應(yīng)只是一個Python在線測評系統(tǒng)和積分升級平臺，它應(yīng)該承載更多的應(yīng)用，發(fā)揮更大的價值。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生可利用主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站建立線上學(xué)習(xí)共同體。在網(wǎng)站上，教師可以提供給學(xué)生參考資料、學(xué)法指導(dǎo)、教學(xué)視頻、疑難解答等;學(xué)生可以記錄自己的Python程序設(shè)計學(xué)習(xí)經(jīng)歷、發(fā)布學(xué)習(xí)感悟、討論學(xué)習(xí)方法、召集項目成員、發(fā)布懸賞任務(wù)等。通過主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站開展的教與學(xué)，學(xué)生對Python程序設(shè)計的學(xué)習(xí)突破了課堂教學(xué)的時空限制，可線上與教師、同學(xué)展開充分的協(xié)作學(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)可以隨時隨地發(fā)生，這樣既有利于學(xué)習(xí)積極性，也有利于知識的建構(gòu)。

3.總結(jié)性評價

總結(jié)性評價的主要目的是對學(xué)生完成自選程序設(shè)計項目的過程以及項目成果進行評價，其中包含了學(xué)生的自我評價、同學(xué)評價以及教師評價。在實施總結(jié)性評價時，需注意評價量表設(shè)計的易用性、客觀性以及貼合性。評價量表要體現(xiàn)出對學(xué)生計算思維技能（分解、抽象、算法、概況、評估等五方面的發(fā)展水平）的評價、對學(xué)生項目成果（主題、功能、程序、界面、創(chuàng)造性）的評價以及對學(xué)生在項目實施過程中的學(xué)習(xí)意志品質(zhì)（好奇心、承受力、自信心、毅力）的評價。

● 結(jié)束語

在日常教學(xué)中，教師必須認識到計算思維有“廣義”與“狹義”之分，利用Python程序設(shè)計教學(xué)以及初中階段信息技術(shù)學(xué)科所培養(yǎng)的計算思維較易偏向于“狹義計算思維”的范疇，所以在日常的教學(xué)工作中教師應(yīng)該有意識地拓展學(xué)生對計算思維認識、理解與應(yīng)用的廣度，避免管中窺豹、一葉障目。