面向計算思維培養(yǎng)的初中《Python程序設(shè)計》教學(xué)策略

朱伏波 華永蘭

摘要：計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)相關(guān)知識解決實(shí)際問題的重要思維，已成為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。Python語言是目前最流行且受歡迎的程序語言之一。作者提出，在初中階段利用Python語言開展程序設(shè)計教學(xué)，有利于學(xué)生在掌握編程知識的同時，培養(yǎng)計算思維，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：計算思維;Python語言;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）13-0042-03

● 計算思維的培養(yǎng)是信息技術(shù)教育的核心任務(wù)

2006年，周以真教授首次提出“計算思維”的概念，指出計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。周以真教授同時提到對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，可以讓學(xué)生用信息技術(shù)學(xué)科思維方式理解信息世界，促進(jìn)學(xué)生綜合發(fā)展，并且對學(xué)生終身的學(xué)習(xí)、生活、工作等能力都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。[1]《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)由信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任這四部分組成[2]，進(jìn)一步明確了計算思維的培養(yǎng)在信息技術(shù)教學(xué)中的重要作用。

● Python程序設(shè)計有利于初中生計算思維的培養(yǎng)與提高

對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)廣泛滲透在信息技術(shù)教學(xué)中，“算法與程序設(shè)計”模塊是最能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握計算思維運(yùn)用過程的內(nèi)容。而初中生正處于具體形象思維向邏輯思維過渡的階段，思維具有片面性與表面性，所以，在程序語言的選擇上，不應(yīng)選擇難懂且繁雜的程序語言，否則會引起學(xué)生的反感及畏難情緒。而Python語言語法簡潔易懂，極易上手，具有功能強(qiáng)大、高效靈活、跨平臺等特點(diǎn)，有利于促進(jìn)學(xué)生對計算機(jī)思維的理解和領(lǐng)悟。

● 面向計算思維培養(yǎng)的初中Python程序設(shè)計教學(xué)策略

1.依托“項(xiàng)目教學(xué)”，建構(gòu)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，助力計算思維的發(fā)展

項(xiàng)目教學(xué)法就是在教師的指導(dǎo)下，將一個相對獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計、項(xiàng)目實(shí)施及最終評價，都由學(xué)生自己負(fù)責(zé)，學(xué)生通過該項(xiàng)目可以了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)的基本要求。[3]在程序設(shè)計中開展項(xiàng)目教學(xué)，通過建構(gòu)真實(shí)的項(xiàng)目情境，可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與求知欲，讓每個學(xué)生都樂于參與到項(xiàng)目中來，這樣學(xué)生既學(xué)習(xí)到了Python編程的有關(guān)知識，也發(fā)展了計算思維，同時鍛煉了自主探究與合作學(xué)習(xí)等綜合能力。

例如，筆者根據(jù)所在學(xué)校學(xué)生學(xué)習(xí)能力與特點(diǎn)及以往VB程序教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，確立了設(shè)計與制作“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”這一項(xiàng)目，上表為教學(xué)設(shè)計計劃表。

該項(xiàng)目計劃通過10次項(xiàng)目活動來完成，每次活動大約1節(jié)課的時間。設(shè)計原則：結(jié)合學(xué)校學(xué)生的學(xué)情與真實(shí)需求——“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”設(shè)計開展。為解決“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”的設(shè)計問題，學(xué)生在各項(xiàng)目組長的帶領(lǐng)下，分組進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作探究，小組間則開展設(shè)計競爭。在此過程中，學(xué)生始終是學(xué)習(xí)的主體，教師成為引導(dǎo)者與輔助者，而程序的算法與Python語言相關(guān)知識的滲透則隨著項(xiàng)目的進(jìn)行逐漸展開。隨著項(xiàng)目的實(shí)施與深入，學(xué)生對程序算法以及Python的編程方法的理解由無到有、由淺入深。學(xué)生的計算思維能力以及自學(xué)能力、觀察能力、動手能力、研究和分析問題等綜合能力得到了發(fā)展，并開始學(xué)會運(yùn)用計算思維來分析與解決所遇到的實(shí)際問題。

2.以“任務(wù)驅(qū)動”為抓手，分化知識難點(diǎn)，幫助提升計算思維

“任務(wù)驅(qū)動”就是在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在強(qiáng)烈的問題動機(jī)的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時，產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實(shí)踐活動。[4]

“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”的設(shè)計與制作會涉及許多算法及Python編程知識，學(xué)生要通過學(xué)習(xí)運(yùn)用這些知識來解決項(xiàng)目活動中遇到的問題，其中有很多知識對初中生來說具有一定的難度。對于這種情況，可以在項(xiàng)目開展過程中，把每次活動所要學(xué)習(xí)到的知識分解成若干任務(wù)，以“任務(wù)驅(qū)動”為抓手，讓學(xué)生通過完成任務(wù)來掌握算法及編程知識，以此來分化學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，幫助他們盡快地達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，活動5：修飾“成長檔案上系統(tǒng)”—繪制圖形，學(xué)生需要用Python語言完成圖形的繪制（如下圖）。

學(xué)生通過繪制“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”中的修飾圖形，從而掌握Python的turtle庫語法，forward、left、range命令用法以及range循環(huán)的用法。對于這部分內(nèi)容，可以把每種圖形的繪制作為一個學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，掌握Python繪制圖形的方法以及理解range函數(shù)的用法等知識。

設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：首先，任務(wù)需要圍繞項(xiàng)目教學(xué)的主題，幫助學(xué)生解決“學(xué)生成長檔案系統(tǒng)”項(xiàng)目中的實(shí)際問題。其次，任務(wù)還要有利于提升學(xué)生的計算思維，即任務(wù)應(yīng)該圍繞學(xué)生計算思維的發(fā)展與提升，可以采用“先易后難，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)”的方法，讓學(xué)生從解決簡單的學(xué)習(xí)任務(wù)開始，逐步過渡到比較復(fù)雜的任務(wù)上來。同時，任務(wù)與任務(wù)之間要有一定的關(guān)聯(lián)，在知識的傳授上要具有層層遞進(jìn)的關(guān)系。

3.構(gòu)建“主題網(wǎng)站”，開展互動學(xué)習(xí)，促進(jìn)計算思維提高

要想提高學(xué)生的編程能力，促進(jìn)學(xué)生計算思維的養(yǎng)成，僅僅依靠課堂上的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。教師應(yīng)該調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓他們利用課余時間有的放矢地學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)的結(jié)果及時與教師進(jìn)行溝通反饋，而通過構(gòu)建“主題網(wǎng)站”，開展互動學(xué)習(xí)則是解決該問題的一個好方法。

筆者為該項(xiàng)目制作了一個主題網(wǎng)站。網(wǎng)站根據(jù)“項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計計劃表”分為10個活動欄目，每個欄目都由“課前預(yù)習(xí)”“課中學(xué)習(xí)”“課后鞏固”三個部分組成。每次項(xiàng)目活動前，學(xué)生需登錄網(wǎng)站，進(jìn)行“課前預(yù)習(xí)”，預(yù)習(xí)相關(guān)知識，為即將到來的項(xiàng)目活動做好準(zhǔn)備。預(yù)習(xí)完成后，通過網(wǎng)站提交預(yù)習(xí)情況表，方便教師及時掌握預(yù)習(xí)情況，為項(xiàng)目活動的開展提供依據(jù)。網(wǎng)站的“課中學(xué)習(xí)”部分，則列出本次活動的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)單、教師的課件，以及用于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的微視頻。學(xué)生在這里借助教師的課件與微視頻，通過自主學(xué)習(xí)與合作探究，掌握編程知識，完成學(xué)習(xí)任務(wù)?！罢n后鞏固”部分，則是“課前預(yù)習(xí)”與“課中學(xué)習(xí)”知識的拓展與練習(xí)鞏固。學(xué)生在這里可以學(xué)習(xí)編程的相關(guān)拓展知識，編寫“課后鞏固”程序，鞏固所學(xué)的知識。完成鞏固練習(xí)后，學(xué)生將練習(xí)程序通過網(wǎng)站提交給教師，而教師則通過批改學(xué)生提交的練習(xí)，了解并及時評價每個項(xiàng)目小組及成員的學(xué)習(xí)情況，并在網(wǎng)上通過留言的方式與學(xué)生進(jìn)行互動交流。

構(gòu)建主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站能使學(xué)生的預(yù)習(xí)有方向、學(xué)習(xí)有重點(diǎn)、反饋有評價、評價有互動，幫助學(xué)生提高了計算思維能力。

● 結(jié)語

譚浩強(qiáng)教授在《研究計算思維，堅持面向應(yīng)用》一文中說：“計算思維主要不是靠講課得來的，而是在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計算機(jī)過程中培養(yǎng)的。學(xué)生對計算機(jī)應(yīng)用越深入，對計算思維的認(rèn)識就越深刻。”[5]實(shí)踐證明，在《Python程序設(shè)計》中，依托“項(xiàng)目教學(xué)”，以“任務(wù)驅(qū)動”為抓手，構(gòu)建“主題網(wǎng)站”，開展互動學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)初中生的計算思維，提高他們解決生活中的實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jeannette，M.Wing.Computational Thinking[J].Communications of ACM，2006，49（03）：33-35.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]項(xiàng)目教學(xué)法[EB/OL].[2014-5-29].https：//baike.so.com/doc/56508595863504.html.

[4]任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[EB/OL].[2021-2-25].https：//baike.baidu.com/item/%E4%BB%BB%E5%-8A%A1%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E6%95%99%E5%AD%A6%E6%B3%95/7869947？fr=aladdi.

[5]劉向永.計算思維改變信息技術(shù)課程[J].中國信息技術(shù)教育，2013（06）：5-12.

作者簡介：朱伏波，中學(xué)高級教師，工作單位為江蘇省南京市蓮花實(shí)驗(yàn)學(xué)校，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育教學(xué)。華永蘭，中學(xué)一級教師，工作單位為南京師范大學(xué)附屬新城初級中學(xué)黃山路分校，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育教學(xué)。