基于信息科技課標(biāo)指導(dǎo)的程序設(shè)計(jì)教法探究

錢文靜 江蘇省蘇州市振華中學(xué)校

顧衛(wèi)（通訊作者） 江蘇省蘇州市第二十四中學(xué)校

在信息科技課程教學(xué)中，程序設(shè)計(jì)是十分重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，它是開拓學(xué)生計(jì)算思維能力、掌握創(chuàng)新實(shí)踐技能是不可或缺的部分，更是培育學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)開展創(chuàng)意智造的重要基礎(chǔ)。因此，如何有效開展教學(xué)，一直是教師關(guān)注的重點(diǎn)。但僅依照教材上程序設(shè)計(jì)章節(jié)展開教學(xué)，常常是教師教得累、學(xué)生學(xué)得乏，原因在于教學(xué)內(nèi)容枯燥。

那么，能否通過重組學(xué)科教材、重塑教學(xué)形態(tài)、重建學(xué)習(xí)方式、重述學(xué)程目標(biāo)來扭轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)教學(xué)面臨的窘境呢？為此，筆者在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）的指導(dǎo)下，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試將程序設(shè)計(jì)、學(xué)生機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)與“創(chuàng)意智造”實(shí)踐課程等知識(shí)進(jìn)行教材重組，獲得了較好的成效。

● 教法創(chuàng)新，從課內(nèi)到課外實(shí)施多學(xué)科知識(shí)交叉融合

在以往的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師常以知識(shí)點(diǎn)為源選取案例組織教學(xué)，但教材中的案例是為教編程而準(zhǔn)備的，學(xué)生通過機(jī)械模仿來完成學(xué)習(xí)任務(wù)，往往缺乏主動(dòng)思考意愿和對(duì)知識(shí)點(diǎn)遷移運(yùn)用能力。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“真實(shí)性學(xué)習(xí)”。為此，筆者引入Arduino開源系統(tǒng)軟硬件，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生生活相結(jié)合，構(gòu)建真實(shí)性學(xué)習(xí)情境，在實(shí)踐過程中建構(gòu)知識(shí)，教會(huì)學(xué)生解決問題的方法。

例如，筆者以學(xué)生們熟悉的小區(qū)“人臉識(shí)別門禁”為切入點(diǎn)，構(gòu)建自動(dòng)門程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目。由于所構(gòu)情境符合眾多學(xué)生的求知需求，所以，當(dāng)引入人工智能視覺傳感器（簡(jiǎn)稱“二哈識(shí)圖”）知識(shí)時(shí)，很快獲得學(xué)生的響應(yīng)，雖然人臉識(shí)別原理與操作過程復(fù)雜，但是借助開源硬件二哈識(shí)圖和LED顯屏，識(shí)別技能很快被學(xué)生掌握。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書輔助下，學(xué)生經(jīng)過反復(fù)測(cè)試學(xué)會(huì)了以下編程技術(shù)：①當(dāng)二哈識(shí)圖沒有識(shí)別到人時(shí)，無顯示；②當(dāng)識(shí)別到內(nèi)部人員時(shí)，顯示“自己人”；③當(dāng)識(shí)別到外來人員時(shí)，顯示“陌生人”。若用舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度表示開門、關(guān)門狀態(tài)，以此替代屏顯提示，那么學(xué)習(xí)目標(biāo)已不再是單純地讓學(xué)生學(xué)會(huì)程序設(shè)計(jì)，還應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)的意義與項(xiàng)目落地的方法。

新冠疫情的發(fā)生，影響了人們的出游。有學(xué)生提議可否制作一個(gè)智能導(dǎo)游的“云”作品，這樣想去哪里，就讓二哈識(shí)圖識(shí)別景點(diǎn)圖片，結(jié)合實(shí)時(shí)模式，在地圖上顯示出景點(diǎn)位置并鏈動(dòng)語音播報(bào)功能對(duì)景點(diǎn)景色進(jìn)行詳細(xì)介紹。同樣，若將蘇州傳統(tǒng)美食名店推介給外地游客，豈不是更妙？的確是一個(gè)好主意！學(xué)生們你一言我一語，說干就干，三周之后，一個(gè)“云游蘇州”創(chuàng)意作品在教師輔導(dǎo)下誕生了。

● 工具遴選，提供適切學(xué)習(xí)環(huán)境讓更多學(xué)生參與體驗(yàn)

新課標(biāo)提出數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是信息科技課程所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，提倡開展探究，用合適的數(shù)字設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造活動(dòng)，高效地解決問題。[1]

但是，在眾多的程序設(shè)計(jì)工具中，尋找到能適合初中段學(xué)生認(rèn)知水平且可實(shí)現(xiàn)大班化教學(xué)的編程工具絕非易事。Mind+是一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)青少年編程軟件，支持Arduino、Micro:bit、掌控板等上百種智能開源硬件。積木化的編程環(huán)境，為學(xué)生“直觀”編程提供了易上手的平臺(tái)，Mind+提供的由圖形化狀態(tài)過渡到純代碼的編輯功能，又為后期有潛在學(xué)習(xí)能力的學(xué)生提供了可拓展的途徑。

因此，為適應(yīng)不同基礎(chǔ)條件的學(xué)生學(xué)習(xí)需求，筆者提供了不同的學(xué)習(xí)梯度。梯度一：借助Micro:bit主控板、掌控板和加速度計(jì)，磁力計(jì)、溫度、光線、藍(lán)牙等板載傳感器開展編程教學(xué)。梯度二：借助與Micro:bit主控板類似的Arduino主控板開展教學(xué)，利用其擴(kuò)展板接口比Micro:bit強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，連接更多傳感器、執(zhí)行器，完成較復(fù)雜項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。

例如，在制作提醒老人按時(shí)吃藥的“輔助服藥”智能項(xiàng)目中，筆者根據(jù)學(xué)生能力，設(shè)置不同目標(biāo)任務(wù)。目標(biāo)一：制作一個(gè)定時(shí)服藥的提醒功能，到設(shè)定時(shí)間，在點(diǎn)陣屏上顯示服藥提醒。設(shè)備選用：Micro:bit主控板。目標(biāo)二：在目標(biāo)一的基礎(chǔ)上，到設(shè)定時(shí)間，使用語音合成模塊播報(bào)提醒藥名和藥量。設(shè)備選用：Micro:bit主控板+擴(kuò)展板，加接語音合成模塊。目標(biāo)三：在目標(biāo)二的基礎(chǔ)上，到設(shè)定時(shí)間，除語音播報(bào)提醒服藥的藥名外，老人還可將藥品盒子通過二哈識(shí)圖識(shí)別拿藥是否正確，如果正確，則繼續(xù)播報(bào)服用劑量，否則提示拿錯(cuò)了，需更換。設(shè)備選用：Micro:bit主控板+擴(kuò)展板或Arduino主控板+擴(kuò)展板，再加接人工智能視覺傳感器。

程序功能可以不斷迭代、不斷完善，對(duì)不同能力的學(xué)生，設(shè)置不同的層次目標(biāo)，既能讓基礎(chǔ)相對(duì)較弱的學(xué)生不失去信心，有事可做，有項(xiàng)目可研，也能讓基礎(chǔ)較好的學(xué)生找到適合舞臺(tái)施展拳腳，從而使每一位學(xué)生在“既動(dòng)腦又動(dòng)手”實(shí)踐中學(xué)得、習(xí)得、有所得。

● 支架配置，引導(dǎo)學(xué)生由想學(xué)到思學(xué)直至?xí)W(xué)以致用

信息科技學(xué)科課標(biāo)主張由知識(shí)導(dǎo)向轉(zhuǎn)為素養(yǎng)導(dǎo)向，由偏重技術(shù)轉(zhuǎn)向“科”“技”并重。[2]因此，程序設(shè)計(jì)教學(xué)不再是僅教會(huì)學(xué)生掌握語法格式，會(huì)編幾個(gè)小程序，會(huì)用幾種軟件，而是注重讓學(xué)生理解科學(xué)原理，體驗(yàn)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)來探究問題解決的方法，最終內(nèi)化為自己的認(rèn)知并驗(yàn)證所做的猜想。所以，搭好支架幫助學(xué)生掌握用程序設(shè)計(jì)方法解決問題，觸類旁通地學(xué)會(huì)知識(shí)應(yīng)用遷移也就十分有意義了。

以最常見的照明燈為例，筆者運(yùn)用如下支架展開教學(xué)，一步步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)技能。

支架一：“每當(dāng)夜幕降臨，校園里的路燈就亮起來了，這些燈每天是怎樣進(jìn)行開/關(guān)控制的呢？”學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，不難得出控制燈的方式有人為或自動(dòng)。在此，筆者以光控?zé)魹槔龑?dǎo)學(xué)生分析其工作原理和實(shí)現(xiàn)方式，并用程序設(shè)計(jì)語言模擬其效果。由于單純用代碼展示難以讓學(xué)生獲得真實(shí)感受，筆者便結(jié)合開源硬件（主板+光線傳感器+LED燈），讓學(xué)生讀取光線強(qiáng)度的值，通過對(duì)光線強(qiáng)度的判斷，決定LED燈亮或滅，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的控制。

支架二：“校園里的路燈一般是光控的，樓道里的燈大都是聲控或紅外感應(yīng)的，用開源系統(tǒng)軟硬件是否也能通過編程模擬實(shí)現(xiàn)呢？”學(xué)生發(fā)現(xiàn)，不論是聲控?zé)暨€是紅外感應(yīng)燈，原理與光控?zé)魩缀跏且粯拥模栽诠饪責(zé)舻幕A(chǔ)上，換成聲音傳感器或人體紅外線傳感器，簡(jiǎn)單修改代碼即實(shí)現(xiàn)聲控?zé)艋蚣t外感應(yīng)燈。

支架三：“光控?zé)?，光線不足就會(huì)自動(dòng)開燈；聲控?zé)?，檢測(cè)到聲音燈便亮，如果以上兩種情況下都沒有人經(jīng)過，是否會(huì)出現(xiàn)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象？”經(jīng)過分析，學(xué)生認(rèn)為可以將兩種或三種控制方式結(jié)合起來使用，如“光線不足+聲音大+有人經(jīng)過”時(shí)燈才亮，這樣既節(jié)約了資源，也符合現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)需要。

看似一個(gè)“復(fù)雜”的實(shí)用問題，在數(shù)個(gè)教學(xué)支架的引導(dǎo)下，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了分析，理解了原理，更是找到了問題解決方案。借助支架輔助，學(xué)生越干越有勁，越學(xué)越上癮，充分體現(xiàn)了新課標(biāo)的思想：學(xué)生在掌握技術(shù)的同時(shí)，也要了解科學(xué)原理，只有掌握了科學(xué)原理，才能更好地用技術(shù)創(chuàng)造新生活。[1]

● 綜合評(píng)價(jià)，從學(xué)到做從做到創(chuàng)全面夯實(shí)教學(xué)效果

教學(xué)成效評(píng)價(jià)是程序設(shè)計(jì)課程的難點(diǎn)，依照新課標(biāo)指導(dǎo)，教學(xué)成效評(píng)價(jià)以學(xué)科素養(yǎng)為依據(jù)，堅(jiān)持過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合原則。[1]對(duì)此，筆者將終結(jié)性評(píng)價(jià)安排在學(xué)期末進(jìn)行，占比60%，過程性評(píng)價(jià)在平時(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)中展開，占比40%，采用多元評(píng)價(jià)機(jī)制跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)狀況，從而實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的目的。

（1）終結(jié)性評(píng)價(jià)：由教師提供可選擇的項(xiàng)目，學(xué)生作業(yè)以作品或研究報(bào)告的形式呈現(xiàn)，學(xué)生可通過項(xiàng)目“答辯”或成果匯報(bào)形式，對(duì)作品從創(chuàng)新性（20%）、結(jié)構(gòu)性（10%）、規(guī)范性（10%）、藝術(shù)性（10%）、實(shí)用性（10%）方面進(jìn)行展示。計(jì)分采用學(xué)生自評(píng)、同伴互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)三者結(jié)合的方式進(jìn)行。根據(jù)大家共同制訂的評(píng)價(jià)量表規(guī)則，學(xué)生在客觀自評(píng)的同時(shí)，用“欣賞+挑剔”的眼光給他人的作品打分，在經(jīng)過自評(píng)、互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)之后，每位學(xué)生既獲得了較客觀的評(píng)價(jià)分，也可從中發(fā)現(xiàn)各自存在的不足，更重要是從同伴的成果中獲得可汲取的經(jīng)驗(yàn)。

（2）過程性評(píng)價(jià)：主要考核與檢測(cè)學(xué)生在平時(shí)課堂上的學(xué)習(xí)態(tài)度或?qū)嵺`活動(dòng)中的表現(xiàn)。例如，可以結(jié)合每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，采用單選、判斷、多選、簡(jiǎn)答等理論型的題目進(jìn)行快速的隨堂小測(cè)，也可以在項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)過程中考察學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與動(dòng)手實(shí)踐能力等，從而達(dá)到對(duì)每位學(xué)生學(xué)習(xí)狀況的了解，以便實(shí)施分層輔導(dǎo)及為后續(xù)課程教學(xué)提供依據(jù)。

由此可見，這樣的評(píng)價(jià)不只關(guān)注課堂任務(wù)的完成情況，更關(guān)注學(xué)生用學(xué)科知識(shí)自主分析問題、解決問題的能力，將核心素養(yǎng)培育落實(shí)每一節(jié)課、每一次實(shí)驗(yàn)之中。

在新課標(biāo)的促進(jìn)下，筆者所在學(xué)校程序設(shè)計(jì)教法改革初見成效，廣大學(xué)生現(xiàn)在不僅喜歡上程序設(shè)計(jì)課，更是將學(xué)習(xí)的內(nèi)容與智能應(yīng)用、創(chuàng)意智造實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合了起來，在國(guó)家、省級(jí)各類賽事中獲得了不錯(cuò)的成績(jī)。