培養(yǎng)計(jì)算思維的高中Python課程的教學(xué)思路

戴元聰

摘 要：計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的組成部分，更是“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代公民所應(yīng)具備的基本素養(yǎng)。Python課程是高中階段信息技術(shù)課程的不容忽視的組成部分，也是培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的有效途徑。筆者在研習(xí)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）的基礎(chǔ)上，闡述了計(jì)算思維的含義，并結(jié)合Python課程的本質(zhì)特征與班級(jí)內(nèi)學(xué)生的認(rèn)知需求，探討了高中Python課程的教學(xué)思路，推動(dòng)計(jì)算素養(yǎng)切實(shí)貫穿Python課程課堂的各環(huán)節(jié)，為學(xué)生成長為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： ? 計(jì)算思維;高中Python課程;教學(xué)思路

Python課程是高中階段信息技術(shù)課程的重要組成部分，也是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑。然而，傳統(tǒng)的“灌輸式”的教學(xué)模式下，課堂上師生的“教”與“學(xué)”都傾向于機(jī)械化，不能夠滿足計(jì)算思維培養(yǎng)的需求，所以要想促進(jìn)計(jì)算思維落實(shí)在Python課程的課堂上，就必須要圍繞計(jì)算思維的含義，結(jié)合高中生的認(rèn)知特征與需求進(jìn)行教學(xué)思路研究，促進(jìn)Python課堂上師生“教”與“學(xué)”的改變，使學(xué)生學(xué)習(xí)掌握理論知識(shí)的同時(shí)形成計(jì)算思維，更好地推動(dòng)高中生信息技術(shù)素養(yǎng)的提升與發(fā)展。為此，筆者在研習(xí)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）的基礎(chǔ)上，闡述了計(jì)算思維的含義，并結(jié)合實(shí)例探討了高中Python課程的教學(xué)思路。

一、計(jì)算思維的含義

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，計(jì)算思維不再是信息技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)具備的基本思維，而是當(dāng)代公民皆應(yīng)具備的思維模式，尤其隨著2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，計(jì)算思維培養(yǎng)已經(jīng)成為當(dāng)代一線信息技術(shù)教師亟待解決的問題。計(jì)算思維，是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生一系列思維活動(dòng)，其具有較強(qiáng)的抽象性，具體來講就是：面對問題時(shí)能夠?qū)⒋我獌?nèi)容剝離出去，關(guān)注問題的核心，促進(jìn)問題從“煩瑣”轉(zhuǎn)向?yàn)椤昂唵巍?。?jì)算思維走進(jìn)高中Python課程，很大程度上提升了計(jì)算思維的針對性，尤其結(jié)合具體的問題，促進(jìn)學(xué)生自然而然地聯(lián)想、建立模型，水到渠成地動(dòng)手實(shí)際操作，使學(xué)生在“想象”“建立”“操作”的過程中潛移默化地培養(yǎng)計(jì)算思維。

二、Python

（一）什么是Python

Python是一種高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語言，不僅可以用Python編程，還可以閱讀源代碼。與一些計(jì)算機(jī)程序不同，Python更注重解決問題的計(jì)算，弱化了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序規(guī)則。這樣的好處是學(xué)生在學(xué)習(xí)Python的同時(shí)可以更專注于計(jì)算和程序本身，不會(huì)在程序的規(guī)則和語法上浪費(fèi)太多時(shí)間。畢竟高中生時(shí)間緊，又不是專門學(xué)計(jì)算機(jī)的。Python更有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。Python本身不是目的，只是提高高中生計(jì)算思維的工具。

（二）Python的特點(diǎn)

Python語法簡單，程序簡單，容易理解。高中生在學(xué)習(xí)中可以提高計(jì)算效率，減少代碼的使用，這樣學(xué)習(xí)Python就不是一件很難的事情。例如：在Python中，你不需要程序強(qiáng)制縮進(jìn)。Python有很多功能，可以滿足高中學(xué)習(xí)中的基本運(yùn)算，讓教師和同學(xué)不需要額外花時(shí)間去補(bǔ)充其他程序。Python是最接近人類自然語言的編程，提高了教學(xué)中的便利性，更便于高中生學(xué)習(xí)和使用。另外Python比C++和JAVA簡單，直接編程計(jì)算。Python的許多特點(diǎn)表明，在高中信息技術(shù)課程中選擇Python語言進(jìn)行教學(xué)是明智的。高中生通過學(xué)習(xí)Python，可以輕松掌握這門學(xué)科，培養(yǎng)計(jì)算思維，這也是開設(shè)這門學(xué)科的目的。高中生成就感和計(jì)算思維的達(dá)成，預(yù)示著一舉多得目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（三）Python和計(jì)算思維之間的聯(lián)系

高中學(xué)習(xí)Python課程的目的是培養(yǎng)計(jì)算思維，所以Python課程是計(jì)算思維的載體。高中生通過Python課程的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中閱讀和計(jì)算相關(guān)資料，在一步步解決問題的路上，自然在Python程序的計(jì)算中提高了計(jì)算思維。在Python課程中，學(xué)生以抽象的方式解決實(shí)際問題，在這個(gè)過程中，進(jìn)行計(jì)算、歸納、總結(jié)并得出結(jié)論，這整個(gè)過程就是計(jì)算思維的體現(xiàn)。由此可見，Python是計(jì)算思維的載體，體現(xiàn)在Python計(jì)算中。正是Python與計(jì)算思維有著密不可分的關(guān)系，在高中新課改中使用Python程序來提高學(xué)生的計(jì)算思維。信息技術(shù)教學(xué)需要質(zhì)量和效率，兩者缺一不可[1]。

三、計(jì)算思維在高中教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）課堂教學(xué)模式過于古板

與其他類型的教學(xué)相比，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)法要求教師準(zhǔn)確確定計(jì)算機(jī)知識(shí)的方向，引入新的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，并采用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)方法。但在高中，課堂教學(xué)已經(jīng)過時(shí)，嚴(yán)重制約了學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的發(fā)展。在我國大多數(shù)高中，計(jì)算機(jī)課程在教學(xué)上還比較落后，仍然是按照教師在傳統(tǒng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的內(nèi)容和方法進(jìn)行的，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響也制約了學(xué)生計(jì)算機(jī)思維的形成。

（二）教師的教育水平需要提高

教師的教育水平對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和思維有很大的影響，高素質(zhì)的教師能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，而相對較弱的教師卻不能培養(yǎng)學(xué)生高質(zhì)量的知識(shí)和科學(xué)思維。我國還有很多學(xué)校缺乏符合計(jì)算機(jī)技術(shù)教師選拔的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在非專業(yè)或低技能教師的情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果明顯下降，也在一定程度上影響了學(xué)生計(jì)算思維技能的培養(yǎng)。

四、基于計(jì)算思維的高中Python課程的教學(xué)思路

Python是一種計(jì)算機(jī)語言，相對比其他計(jì)算機(jī)語言來講，Python語言的功能強(qiáng)大、語法簡單、類庫豐富，尤其對于高中階段學(xué)生來講，Python語言更容易上手，尤其學(xué)生用Python語言編寫程序的過程中強(qiáng)化解決問題能力的提升，滿足高中生認(rèn)知與學(xué)習(xí)的需求，真正地讓計(jì)算思維扎根于課堂，有效地避免計(jì)算思維淪為課堂包裝的感染。這就需要，教師明確“灌輸式”教學(xué)模式與計(jì)算思維培養(yǎng)的“不適用”與“不實(shí)用”，更要結(jié)合Python課程的本質(zhì)特征與班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知需求，對高中Python課程的教學(xué)思路進(jìn)行研究，構(gòu)建“素養(yǎng)”與“知識(shí)”協(xié)同發(fā)展的課堂，助力計(jì)算思維的培養(yǎng)。

（一）合理設(shè)計(jì)內(nèi)容

Python語言的難度不高，但對于高中生來講，其仍舊較為陌生，所以絕大部分學(xué)生對Python課程的興趣缺缺，更遑論積極主動(dòng)地利用Python語言解決實(shí)際問題，且解決問題的過程中促成計(jì)算思維培養(yǎng)的落實(shí)。因而在Python語言的課程上，教師不能生硬地按照教科書進(jìn)行講授，而是要結(jié)合班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知程度與學(xué)習(xí)實(shí)況，對Python的內(nèi)容進(jìn)行合理的安排、科學(xué)的調(diào)整，確保學(xué)生跟上課堂教師“教”的步伐，進(jìn)而更好地理解、掌握課堂的目標(biāo)內(nèi)容。Python課堂的內(nèi)容大致分為三維度，依次為：

一是，Python語言的含義、作用以及基本操作。該維度的內(nèi)容也就是日常提到的理論知識(shí)，其難度較低，但如若不能合理地安排，較容易讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣“低迷”，導(dǎo)致學(xué)生對含義理解不精準(zhǔn)、作用知道不全面、操作了解不客觀，進(jìn)而影響接下來操作性內(nèi)容的學(xué)習(xí)。所以理論知識(shí)學(xué)習(xí)階段，教師要貫徹“以生為本”的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生分析、思考，為學(xué)生提供“看”含義、“見”作用的平臺(tái)，很大程度上確保學(xué)生“知”理論的過程中處于“思”的狀態(tài)。

二是，Python程序設(shè)計(jì)的基本語句及結(jié)構(gòu)。無論是基本語句還是基本結(jié)構(gòu)，都是學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作的基礎(chǔ)，所以學(xué)習(xí)該維度內(nèi)容時(shí)，教師不能言簡意賅、單刀直入地告知，而是要為學(xué)生提供思考、交流的空間與平臺(tái)，讓學(xué)生對基本語句與基本結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)從“知道”轉(zhuǎn)向“消化”，促使學(xué)生產(chǎn)生用“語句”、用“結(jié)構(gòu)”進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造的欲望，為接下來的實(shí)際操作奠定基礎(chǔ)。

三是，運(yùn)用各種算法知識(shí)進(jìn)行Python設(shè)計(jì)。算法知識(shí)的理解難度較高，因此課堂上，教師不能照本宣科，而是要靈活地運(yùn)用各種算法知識(shí)進(jìn)行Python的設(shè)計(jì)，使學(xué)生“看”算法知識(shí)靈活運(yùn)用的基礎(chǔ)上理解掌握各算法知識(shí)，進(jìn)而讓學(xué)生結(jié)合自己掌握的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)與編寫，助力學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)[2]。

學(xué)習(xí)三維度內(nèi)容過程中，教師要始終貫徹“以生為本”的教學(xué)理念，引領(lǐng)學(xué)生從簡及難、從表及里、從理論到實(shí)踐掌握Python，一方面有助于消除學(xué)生與Python的陌生感，很好地解決學(xué)生學(xué)習(xí)Python時(shí)帶有的消極情緒，如恐懼、厭惡等，另一方面也能夠促使計(jì)算思維真正地滲透于Python課堂，更好地推動(dòng)對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

（二）改進(jìn)教學(xué)方法

眾所周知，“好”的教學(xué)方法不僅能夠提高課堂中師生“教”與“學(xué)”的質(zhì)量，構(gòu)建高效率的課堂，還能夠豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容、活躍課堂的教學(xué)氛圍，構(gòu)建富有生命力的課堂，因而面對傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)模式在培養(yǎng)計(jì)算思維的不足時(shí)，教師要有意識(shí)地改進(jìn)課堂上采用的教學(xué)方法，尤其培養(yǎng)計(jì)算思維的Python課堂上，教師要立足于學(xué)生的思維水平與認(rèn)知需求，著眼于Python語言的本質(zhì)特征，逐步形成具有班級(jí)學(xué)生認(rèn)知特性的教學(xué)方式，促進(jìn)計(jì)算思維與課堂教學(xué)的深度融合。

Python語言對于高中生來講較為陌生，而其具有的抽象性，更使部分學(xué)生談“Python”色變。作為一線的信息技術(shù)教師，如若未能及時(shí)地“看到”班級(jí)學(xué)生的談“Python”色變，隨著時(shí)間的推移學(xué)生定然會(huì)產(chǎn)生厭惡、恐懼等不良情緒，進(jìn)而影響課堂上師生“教”與“學(xué)”的質(zhì)量與效率，同時(shí)也不利于計(jì)算思維在Python課堂上的滲透。因而，如何讓學(xué)生接受并愛上Python語言？則是當(dāng)代一線信息技術(shù)教師改進(jìn)教學(xué)方法的基本目標(biāo)，而為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培育，教師可以借助現(xiàn)代化信息技術(shù)將抽象性的具體知識(shí)、內(nèi)容轉(zhuǎn)化為形象性的模型結(jié)構(gòu)，降低學(xué)生對知識(shí)理解、掌握的難度，促使學(xué)生自覺主動(dòng)地進(jìn)行深刻的思考、靈活的運(yùn)用，在學(xué)生“思考”與“運(yùn)用”的過程中促成計(jì)算思維的培養(yǎng)。如，教師可以將算法（結(jié)構(gòu)）等內(nèi)容與生活中的具象事物聯(lián)系起來，引領(lǐng)學(xué)生于腦海中建立一個(gè)生動(dòng)又具體的形象意義，而建立的過程中，學(xué)生的大腦始終處于“思”的狀態(tài)，更重要的是，潛移默化地將“算法”與“生活”聯(lián)系起來，促使學(xué)生逐步具備利用算法解決實(shí)際問題的技能，助力計(jì)算思維的培養(yǎng)、形成以及發(fā)展[3]。

（三）創(chuàng)新教學(xué)模式

“灌輸式”教學(xué)模式不能滿足信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的需求，這是眾所周知、毋庸置疑的，所以要想實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)，教師理當(dāng)在認(rèn)知傳統(tǒng)教學(xué)模式弊端的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。結(jié)合Python課程的本質(zhì)特征，教師對課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)，以及課后深化三個(gè)階段進(jìn)行了研究，具體如下：

一是，課前預(yù)習(xí)。該階段，教師并未讓學(xué)生走馬觀花地“看”教科書，而是利用班級(jí)微信群發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)單，讓學(xué)生有目標(biāo)地“看”教科書、有目的地查閱相關(guān)資料。這樣的預(yù)習(xí)，一方面能夠提升學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，使學(xué)生清楚自身知識(shí)的“優(yōu)”與“缺”，另一方面也能夠鍛煉、提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生今后的終身學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

二是，課中學(xué)習(xí)。該階段被教師分為“解疑答惑”與“合作探究”兩大環(huán)節(jié)。其中“解疑答惑”環(huán)節(jié)的主旨就是幫助學(xué)生解決預(yù)習(xí)過程中遇到的“問題”、產(chǎn)生的“疑惑”，在具體的課堂上，教師可以根據(jù)“問題”（疑惑）提出的遍數(shù)，判定是進(jìn)行重點(diǎn)講解還是單獨(dú)指導(dǎo)，提升了教師“教”的針對性與有效性;“合作探究”環(huán)節(jié)的關(guān)鍵就在于師生之間、生生之間溝通、交流的有效性，因此具體實(shí)施時(shí)，教師不能做“座上賓”而是要充當(dāng)“參與者”，積極地點(diǎn)撥與引導(dǎo)，保證學(xué)生探究有效性與方向性。

三是，課后深化。該階段，教師要求學(xué)生依據(jù)課堂上的意見與指導(dǎo)進(jìn)行修正與完善，更重要的是，教師要利用班級(jí)微信群提出階梯式的問題，引領(lǐng)學(xué)生對課堂內(nèi)容進(jìn)行深度掌握。

（四）開展啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)

啟發(fā)式教學(xué)是一種有效的教學(xué)干預(yù)模式，可以幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維。教師在引導(dǎo)學(xué)生解決問題的過程中，首先要讓學(xué)生進(jìn)行反思和回憶，即讓學(xué)生用寫好的代碼來對應(yīng)教師提出的問題，探究這個(gè)代碼是否能解決這些問題，幫助學(xué)生把思維變成目標(biāo)導(dǎo)向和結(jié)果導(dǎo)向的思維。其次，在解決問題的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地反思自己，并對其他團(tuán)隊(duì)成員編寫的代碼進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的回顧，探究自己的代碼與其他學(xué)生的代碼的異同，通過批判性思維探究自己的不足，這將使學(xué)生掌握循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方法。

（五）為Python教學(xué)提供充足的資源

Python課程作為一門計(jì)算機(jī)課程，需要相關(guān)的配套設(shè)施跟上，才能順利發(fā)展和學(xué)習(xí)。其中不僅硬設(shè)施需要跟上，軟設(shè)施也需要跟上。比如學(xué)校需要聘請有專業(yè)知識(shí)的教師授課，以保證高中Python教學(xué)的課堂質(zhì)量;學(xué)校需要改善相關(guān)教室和配套電腦。Python課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有硬件跟上了，學(xué)生才能動(dòng)心。只有學(xué)校重視信息技術(shù)教學(xué)，營造主動(dòng)學(xué)習(xí)、熱愛信息技術(shù)的氛圍，師生才會(huì)更加重視Python學(xué)習(xí)。只有重視了，才能提高學(xué)生的計(jì)算思維。

結(jié)束語

綜上所述，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，信息技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，且給人們的思維帶來了更新。所以作為當(dāng)代一線的信息技術(shù)教師，不能局限于信息知識(shí)的傳授，而是要在注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的同時(shí)發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維，推動(dòng)學(xué)生信息素養(yǎng)的發(fā)展。具體落實(shí)時(shí)，教師要貫徹“以生為本”理念進(jìn)行創(chuàng)新與設(shè)計(jì)，尋找“知識(shí)”與“思維”的契合點(diǎn)，構(gòu)建高效又鮮活的課堂，助力計(jì)算思維的滲透。高中信息技術(shù)課程中的Python教學(xué)是提高學(xué)生計(jì)算思維的重要途徑，Python的學(xué)習(xí)需要教師和學(xué)生的共同努力。

參考文獻(xiàn)

[1]郁曉華，肖敏，王美玲，等.基于可視化編程的計(jì)算思維培養(yǎng)模式研究：兼論信息技術(shù)課堂中計(jì)算思維的培養(yǎng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017（6）：12-20.

[2]倪俊杰.Python教學(xué)：編程如何培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維[J].中國信息技術(shù)教育，2017（19）：27-29.

[3]韓捷.從計(jì)算思維培養(yǎng)角度談高中Python課程教學(xué)模式[J].啟迪與智慧（中），2020（9）：86.