“一例貫通”為高一編程教學減負增效

江蘇省太倉高級中學（215411） 陳 英

一、主要矛盾

Python 走進教材是高中信息技術(shù)新課程改革的一大亮點，也是高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學生計算思維的有力舉措。當下，在高中開展編程教學是否可行的問題已無須討論，關鍵是如何有效開展編程教學。是否可以參考大學編程教學的做法？如何讓高中生了解編程，愛上編程？要厘清這些問題，教師必須靜下心來，仔細剖析高一編程教學的“天時”“地利”“人和”，分析高一編程教學的現(xiàn)實問題和主要矛盾，只有這樣，才能做到有的放矢，真正實現(xiàn)減負增效。

高一編程教學主要存在以下矛盾：

（一）教學難度大與課時不足之間的矛盾

編程是數(shù)學知識與計算機知識的綜合體，相關知識點具有高度抽象性，對學生的推理能力、分析綜合能力要求很高，因此，編程教學難度大就成為不可回避的現(xiàn)實問題。學生要想學好編程，不僅要在課堂上全身心地投入學習，還要在課后消化和鞏固。但是，要在高一開足編程教學課時幾乎是奢望，學生的課后消化和鞏固更是難以實現(xiàn)?？梢姡虒W難度大和課時不足的矛盾很難調(diào)和。

（二）教學知識點的嚴謹性與學生對教學內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾

編程是一門具有鮮明特色的課程，其教學知識點非常嚴謹。雖然高一編程教學考慮到了高中生的能力水平和認知特點，對教學內(nèi)容進行了適當刪減和調(diào)整，但是對高一學生來說仍然是巨大的挑戰(zhàn)，如果照搬照抄大學編程教學的方法顯然不合適。高中生既理性又感性，他們既希望所學的知識點科學而嚴謹，又希望它有趣而生動。教學知識點的嚴謹性和學生對教學內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾日益突出。

（三）單元知識點的獨立性和現(xiàn)實問題的復雜性之間的矛盾

放眼編程教材，為了能很好地詮釋單元知識點，各單元例題均選擇具有鮮明特點的經(jīng)典案例，比如在講解單分支結(jié)構(gòu)時會選擇絕對值案例，在講解多分支結(jié)構(gòu)時則使用學生成績等第的例子。從單元知識點的角度看，這兩個例子非常經(jīng)典，也便于上手，非常適合單元教學，但是，如果放眼整本教材，從課程整體知識脈絡看，則有“獨立”的意味。程序設計的目的是解決生活實際問題，不能只停留在單個知識點問題的理解和應用上。編程人員如果不能根據(jù)實際情境，靈活運用知識解決問題，則不能算是一個合格的編程者。而現(xiàn)實問題往往是復雜多變的，因此單元知識點的獨立性和現(xiàn)實問題的復雜性之間的矛盾亟待解決。

二、化解矛盾

如此看來，在高中進行編程教學需要勇氣，更需要智慧。那么，如何化解上述三個矛盾呢？筆者認為，可以從以下思路入手。

（一）大刀闊斧，去粗取精

要化解教學難度大與課時不足的矛盾，唯有在“精簡”上做文章。從課程培養(yǎng)目標看，高中階段只需培養(yǎng)學生的編程素養(yǎng)和計算思維，讓學生對程序設計有個總體的感性認識；從教學知識點看，只需學生掌握3 種基本程序設計結(jié)構(gòu)：順序、分支、循環(huán)，并能夠解決簡單問題。因此，教師應重新梳理高中編程教學的核心知識點，并對其做“減法”，大刀闊斧，去粗取精。

（二）選擇案例，逐步求精

要化解教學知識點的嚴謹性與學生對教學內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾，需要在案例上下功夫。一個好的案例，必須與學習者的生活經(jīng)驗相關聯(lián)，而且必須是豐富的、有趣的關聯(lián)。高中生的學習注意力不能長久集中，學習注意力的持久度與案例的趣味性正相關，因此，選擇的案例須貼近生活且有趣，并且采取小步子、逐步求精的方式呈現(xiàn)。

（三）破除壁壘，打散重構(gòu)

要化解單元知識點的獨立性與現(xiàn)實問題的復雜性之間的矛盾，必須打破單元壁壘，對教學知識點進行打散重構(gòu)。我們要先思考：一個案例只能承載一個知識點嗎？各個單元之間能否融合重構(gòu)？很顯然，通過精挑細選，一個合適的案例完全可以承載多個知識點，一個合適的案例也可以打破單元間的壁壘。通過對教學知識點進行打散重構(gòu)，可將多個單元的知識點融合為一個整體。

三、一例貫通，減負增效

通過打散重構(gòu)操作，將多個單元知識點融入一個案例中，并將這個案例做大做精，這種方法我們把它形象地稱為“一例貫通”教學法。實踐表明，基于高中生的學習能力和學習特點，采用“一例貫通”教學法開展高一編程教學切實可行，且能減負增效。下面，筆者結(jié)合自身的編程教學實踐，分享一個“一例貫通”的教學案例，以供大家參考。

［案例］四則運算出題器。

高一編程教學涉及程序設計的基礎部分，要求學生掌握基本輸入與輸出語句，變量定義以及順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本用法，模塊化編程（函數(shù)）略有涉及。綜合考慮以上教學要求，“四則運算出題器”是一個極好的跨單元融合案例。下面從知識點覆蓋范圍、所需課時、思維深度等方面進行說明（如表1）。

表1

（一）單元模塊教學法

傳統(tǒng)的單元模塊教學法，按知識點來劃分教學單元，組織教學。雖然清晰、易于開展，但是容易造成知識點之間的孤立，使知識點之間的關聯(lián)意識和關聯(lián)行動不易發(fā)生，學生更多的是對單個孤立知識點進行學習和應用，這樣的學習是機械的、低效的。如何讓學習真正發(fā)生？這就是需要教師打破單元間的壁壘，從整本教材角度，重新思考和構(gòu)建知識點，以“大單元”的視角組織教學。

教科版必修1 教材第二章的內(nèi)容是編程計算，共分為4 個子單元，涉及“分支結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”“函數(shù)”三個重要知識點。按照傳統(tǒng)的教學方式，教師會按順序逐個擊破。如在教學分支結(jié)構(gòu)時，教師會從單分支結(jié)構(gòu)過渡到多分支結(jié)構(gòu)，如例題選擇方面，常選擇BMI、成績等第等經(jīng)典實例。在教學循環(huán)結(jié)構(gòu)時，教師較多的是選擇累加、累乘、存款計算、九九乘法表等經(jīng)典實例。不可否認，這些經(jīng)典實例對于單個知識點的理解非常有用，但與前后知識點間的聯(lián)系不夠密切。本章的教學難點是函數(shù)。函數(shù)是模塊化編程的起點，對學生計算思維的培養(yǎng)、編程能力的提升有重要作用。按照傳統(tǒng)做法，教師多是讓學生模仿，對函數(shù)有個初步的認識，很少讓學生真正體驗函數(shù)在高階編程中的重要作用?！昂瘮?shù)”內(nèi)容的教學應該以更直觀的方式，讓學生自己分解問題，運用函數(shù)的思想解決較復雜的實際問題。

（二）“一例貫通”教學法

針對單元模塊教學存在的問題，教師對多個知識點進行整合、重構(gòu)，進行“大單元”教學。從SOLO思維評價模型看，這種教學法能讓知識點之間產(chǎn)生更多的關聯(lián)，把零散的、孤立的知識點組合起來，更切合具體情境復雜性、實際問題靈活性的特點。

在進行“大單元”教學時，教師可以試著尋找一種方式，把“大單元”知識點融合到一個綜合案例中。這個案例最好來源于生活，與生活經(jīng)驗相關聯(lián)，以更好地激發(fā)學生的學習熱情，實現(xiàn)經(jīng)驗遷移。而“四則運算出題器”就是一個有效整合案例。在設計“四則運算出題器”時，可從最簡單的順序結(jié)構(gòu)入手，首先完成手動出題的簡易加法器，接著進行對錯判斷，融入分支結(jié)構(gòu)知識點，然后實現(xiàn)自動出多道題，滲透循環(huán)結(jié)構(gòu)知識點，升級程序，從簡易加法器升級為四則運算出題器。此處要運用函數(shù)思想，繼續(xù)升級程序，使之能夠提示正確率，甚至能夠?qū)⒔Y(jié)果通過Python的Matlab庫進行數(shù)據(jù)可視化……本案例整合了“順序結(jié)構(gòu)”“分支結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”“函數(shù)”等知識點。學生在“認知—實踐—認知”的過程中不斷豐富自己的學科知識，提升自身的編程素養(yǎng)和計算思維。

1.“四則運算出題器”需求進階分析

簡易加法器（手動出1 道題）—簡易加法器（自動出1 道題、判斷對錯）—四則運算出題器（自動出1 道題、判斷對錯）—四則運算出題器（自動出多道題、判斷對錯）—四則運算出題器（自動出多道題、判斷對錯、提示正確率）—四則運算出題器（實現(xiàn)四則運算模塊化）

2.“四則運算出題器”的功能與知識點的對應關系

簡易加法器（手動出1 道題）——定義變量、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型、輸入與輸出語句

簡易加法器（自動出1 道題、判斷對錯）——引入隨機數(shù)模塊、多分支結(jié)構(gòu)

四則運算出題器（自動出1道題、判斷對錯）——多分支結(jié)構(gòu)（加、減、乘、除四種情況的分類處理）

四則運算出題器（自動出多道題、判斷對錯）——循環(huán)結(jié)構(gòu)

四則運算出題器（自動出多道題、判斷對錯、提示正確率）——循環(huán)結(jié)構(gòu)（循環(huán)嵌套、被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)問題、統(tǒng)計計算）

四則運算出題器（實現(xiàn)四則運算模塊化）——函數(shù)的運用

3.“四則運算出題器”的功能實現(xiàn)

“簡易加法器”樣例1：手動出1道題。

“簡易加法器”樣例2：引入隨機數(shù)模塊，自動出1道題，判斷對錯。

“四則運算出題器”樣例3：選擇加、減、乘、除其中之一，自動出1道題，判斷對錯。

BUG 修正：除法運算，被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)的控制。

“四則運算出題器”樣例4：自動出多道題，判斷對錯。

“四則運算出題器”樣例5：

BUG 修正：除法運算，被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)的控制，并統(tǒng)計練習的正確率。

“四則運算出題器”樣例6：運用函數(shù)，實現(xiàn)四則運算模塊化。

以除法模塊為例，加、減、乘代碼類似。

至此，一個功能相對完善的四則運算出題程序的代碼編寫完成。通過此例，將教科版必修1 教材第二章的知識點成功融合到一個樣例之中。學生親歷了一個小程序的完整誕生過程，從簡單到復雜，從頂層分解到局部實現(xiàn)。在整個學習過程中，學生的前期學習內(nèi)容是后期學習內(nèi)容的基礎和素材，后期學習內(nèi)容是對前期學習內(nèi)容的拓展和提升，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，使得學生能夠不斷體會學習后續(xù)知識點的意義和程序設計要精益求精，以及程序在解決實際問題方面的魅力。

從程序設計基礎知識點覆蓋范圍看，本案例涵蓋了Python 編程的全部基礎內(nèi)容；從教學課時量看，采用“一例貫通”教學法能夠節(jié)省30%左右的教學時間；從學生思維活動深度看，“一例貫通”教學法更能有效培養(yǎng)學生的高階思維。“一例貫通”教學法在知識的起承轉(zhuǎn)合方面更符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，它從一個最簡單的知識點開始，不斷地引發(fā)學生的認知沖突，從學生已有的生活經(jīng)驗和學習基礎出發(fā)，讓學生在完善程序功能的過程中明了新知識的學習意義，主動建構(gòu)和豐富新知識，讓學習真正發(fā)生，真正讓高一編程教學減負增效。