基于計算思維的農(nóng)村初中Python程序設(shè)計教學(xué)策略探索

劉敬文

［摘 要］計算思維是計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中最基本的思想方法，落實(shí)計算思維的路徑就是讓學(xué)生親歷計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的問題解決的全過程。初中學(xué)生處于形式運(yùn)算能力不斷加強(qiáng)的階段，邏輯推理思維逐漸成熟，因此培養(yǎng)計算思維符合學(xué)生的成長需求，能推動學(xué)生的高階思維發(fā)展。文章針對Python程序設(shè)計教學(xué)，提出創(chuàng)設(shè)問題情境、實(shí)施分層教學(xué)、互助調(diào)試、歸納梳理等多種策略，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和計算思維能力。

［關(guān)鍵詞］計算思維；Python；農(nóng)村初中

［中圖分類號］? ? G633.67? ? ? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）09-0044-03

2022年4月，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）正式發(fā)布，提出計算思維是指個體運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決的過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。具備計算思維的學(xué)生，能對問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗(yàn)證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問題。同時，初中學(xué)生處于形式運(yùn)算能力不斷加強(qiáng)的階段，邏輯推理思維逐漸成熟。由此可見，培養(yǎng)計算思維符合初中學(xué)生的成長需求，對推動學(xué)生高階思維發(fā)展具有重要意義。

Python 語言語法簡潔、程序結(jié)構(gòu)簡單，快速成為中小學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計課程的主流學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過Python語言的學(xué)習(xí)，學(xué)生的信息技術(shù)編程能力以及計算思維能力都能得到提高。2018 年，浙江省發(fā)布了信息技術(shù)課程改革方案，Python成為浙江省信息技術(shù)高考科目。山東、四川、浙江等多地早已把Python納入初中信息技術(shù)課程體系，2021年廣州市也將Python納入初中信息技術(shù)課程教材。

一、農(nóng)村初中Python程序設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀

2021年，廣州市初中信息科技課程將程序設(shè)計初步內(nèi)容由VB改為Python。新教材的使用初期，教學(xué)過程中難免會出現(xiàn)一些的困難與疑問。筆者根據(jù)自身的Python程序設(shè)計教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新教材內(nèi)容與新課標(biāo)要求，分析本校Python程序設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀。

筆者所在學(xué)校是鎮(zhèn)屬農(nóng)村初級中學(xué)，學(xué)生信息技術(shù)知識缺乏，基本技能薄弱。超過68%的學(xué)生小學(xué)階段未能按照課程規(guī)劃順利完成信息技術(shù)課程；超過一半的學(xué)生不會打字；本應(yīng)在小學(xué)階段學(xué)習(xí)的圖形化編程，不少學(xué)生卻沒接觸過；大部分學(xué)生缺少程序設(shè)計思想。在學(xué)生進(jìn)入初中后，由于信息技術(shù)為非中考科目，部分學(xué)生不重視信息技術(shù)這門學(xué)科。同時，學(xué)生普遍認(rèn)為Python 語言較難理解與掌握，且內(nèi)容枯燥，提不起學(xué)習(xí)興致，因此在學(xué)習(xí)過程中只會模仿教師的程序代碼，未能真正理解程序設(shè)計語言，導(dǎo)致容易遺忘知識內(nèi)容，出現(xiàn)畏難情緒。

農(nóng)村初級中學(xué)師資薄弱，部分教師并非計算機(jī)專業(yè)，而是跨學(xué)科兼職，同時還兼管設(shè)備維護(hù)、平臺管理等，工作任務(wù)繁重。Python進(jìn)入廣州初中信息技術(shù)課堂的時間不長，適用于初中Python程序設(shè)計教學(xué)的參考資料較少，同步課堂教學(xué)資源也不多，需要教師花較多的時間和精力進(jìn)行備課、準(zhǔn)備學(xué)習(xí)素材、挖掘課堂資源等。傳統(tǒng)的程序設(shè)計教學(xué)方法以“講練結(jié)合”為主，即教師講授知識點(diǎn)，學(xué)生做模仿練習(xí)。在該教學(xué)模式中學(xué)生并不理解程序的含義，一旦脫離了教師的演示，他們便會不知所措，更難以達(dá)到運(yùn)用程序解決問題的課程要求，學(xué)生的計算思維能力也得不到鍛煉與提升。課程內(nèi)容由VB改為Python后，大部分教師仍使用VB的教學(xué)方法來組織課堂教學(xué)，這不利于Python程序設(shè)計教學(xué)的順利開展。

二、農(nóng)村初中Python程序設(shè)計教學(xué)策略

筆者結(jié)合本校Python程序設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀，專研新教材與新課標(biāo)，并結(jié)合本校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，歸納出以下幾點(diǎn)教學(xué)策略，以期提高農(nóng)村初中學(xué)生Python程序設(shè)計的學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生的計算思維。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)計算思維

問題情境是教師根據(jù)學(xué)情和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)的以問題為線索引導(dǎo)學(xué)生解決問題的真實(shí)情境。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，引導(dǎo)學(xué)生思考分析如何解決問題，促進(jìn)學(xué)生思維水平的提升。課堂伊始，通過創(chuàng)設(shè)情境設(shè)置簡單的引導(dǎo)性問題，不僅關(guān)聯(lián)本節(jié)課的知識點(diǎn)，還可將抽象的問題具體化。比如，關(guān)于循環(huán)結(jié)構(gòu)，課本開篇例1就是累加求和程序，求 1+2+3+4+5+…+n的值。內(nèi)容枯燥且有一定的難度，不利于學(xué)生理解和掌握。教師不妨從學(xué)生熟悉的“小高斯快速算出1+2+3+…+100”的故事引入課題，然后設(shè)置問題：小高斯是怎樣計算的？其他小朋友又是怎樣計算的？引出計算機(jī)的計算方法和其他小朋友的算法一樣，再引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出“和=和+循環(huán)變量”的公式。用學(xué)生熟悉的故事來創(chuàng)設(shè)情境，更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而提出引導(dǎo)性問題可讓學(xué)生形成主動思考的習(xí)慣。

問題情境的創(chuàng)設(shè)不應(yīng)該是單一的，而應(yīng)具有多樣性、真實(shí)性和層次性。教師可以采用圖片、游戲、實(shí)物等創(chuàng)設(shè)豐富的問題情境，以吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在創(chuàng)設(shè)問題情境的時候，還應(yīng)注意結(jié)合學(xué)生的學(xué)情，遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，由易到難設(shè)置問題，同時尊重學(xué)生的個體差異。創(chuàng)設(shè)豐富多樣的問題情境，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更能讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)到知識與技能，提升計算思維。

（二）簡化教材案例，由淺入深，實(shí)施分層教學(xué)

廣州作為國際化大都市，教育與科技都位列前沿，市區(qū)學(xué)生的計算機(jī)能力普遍較強(qiáng)，對教材內(nèi)容的理解也較為透徹。而廣州郊區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村的學(xué)校與市區(qū)學(xué)校存在著較大的差距，學(xué)生在計算機(jī)方面的已有經(jīng)驗(yàn)相差較大。農(nóng)村初中學(xué)生往往較難理解教材中的知識內(nèi)容，因此教師在教學(xué)上須循序漸進(jìn)。仍以循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學(xué)為例，如果開篇就依照教材從例1開始讓學(xué)生學(xué)習(xí)1+2+3+…+n的累加，大部分農(nóng)村初中學(xué)生理解起來是有難度的。為此，可重構(gòu)教材內(nèi)容，從簡單的例子如輸出1，2，3，4，5或者5，4，3，2，1等開始，先讓學(xué)生理解循環(huán)基本結(jié)構(gòu)，再進(jìn)入累加學(xué)習(xí)。而在累加學(xué)習(xí)案例中，可先從簡單的例子1+2+3+4+5開始，再到課本例子1+2+3+…+n。簡化教材內(nèi)容，再由淺入深，這樣可讓大部分學(xué)生都能夠較好地理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

初中學(xué)生的邏輯思維能力尚處于發(fā)展階段而農(nóng)村初中學(xué)生普遍缺乏編程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因此對他們來說獨(dú)立編寫一個完整、正確的程序是一件十分困難的事情，他們常常需要反復(fù)修改程序的各種錯誤，而課堂時間又很有限。為此，教師可讓學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充程序代碼的練習(xí)，即教師給出部分代碼，學(xué)生只需要填寫核心代碼。如此不僅可以幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識，而且在一定程度上降低了學(xué)習(xí)的難度，提高了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效率。

此外，農(nóng)村初中學(xué)生的信息技術(shù)基礎(chǔ)與能力參差不齊，教師可根據(jù)學(xué)生的不同情況設(shè)置分層任務(wù)。比如，補(bǔ)充程序代碼可作為基礎(chǔ)練習(xí)，完成基礎(chǔ)練習(xí)的學(xué)生可以進(jìn)行進(jìn)階練習(xí)，嘗試獨(dú)立完成全部代碼。分層任務(wù)能讓信息技術(shù)能力較強(qiáng)的學(xué)生擴(kuò)展知識面，提升能力。而對于信息技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，則側(cè)重掌握基礎(chǔ)內(nèi)容，同時進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，進(jìn)而更好地理解知識內(nèi)容。分層教學(xué)可使學(xué)情不同的學(xué)生都能在課堂上享受到學(xué)習(xí)的樂趣與成就感，獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（三）互助調(diào)試，合作交流，強(qiáng)化思維

算法設(shè)計編寫與優(yōu)化的過程，實(shí)際上是學(xué)生通過程序設(shè)計解決問題的過程，這一環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和算法設(shè)計能力。在課堂教學(xué)中，基礎(chǔ)任務(wù)的設(shè)置可以使用“易學(xué)”課堂系統(tǒng)，以便學(xué)生能及時了解自己的學(xué)習(xí)情況。同時，教師也能及時了解每個學(xué)生的知識掌握情況以及班級總體學(xué)情，進(jìn)而更好地調(diào)整課堂教學(xué)。讓學(xué)生獨(dú)立思考并完成代碼編寫，目的在于使每位學(xué)生都能鍛煉其算法思維能力。比如，課后習(xí)題程序編寫“1+2+3+…加到多少時，累加的和（total）大于1000”。有的學(xué)生未掌握while的基本格式，有的學(xué)生未能理解while的用法與功能，導(dǎo)致這些學(xué)生無法正確編寫程序，出現(xiàn)畏難心理，不愿意再嘗試。對此，可對學(xué)生進(jìn)行分組調(diào)試，進(jìn)入?yún)f(xié)作交流環(huán)節(jié)，讓學(xué)生交換想法，優(yōu)化程序。同時，也可以讓編程基礎(chǔ)較好的學(xué)生輔助基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，這樣不僅能讓基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生鞏固知識，也能讓基礎(chǔ)好的學(xué)生再次深化對程序的認(rèn)識。這一環(huán)節(jié)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，還促使學(xué)生用語言符號將自己的想法表達(dá)出來，培養(yǎng)學(xué)生計算思維中的數(shù)據(jù)表達(dá)能力。

（四）歸納梳理，舉一反三，培養(yǎng)概括遷移能力

歸納梳理知識點(diǎn)是課堂教學(xué)中非常必要的環(huán)節(jié)，可幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)內(nèi)容、梳理知識點(diǎn)、完善知識體系和鍛煉概括思維能力。比如，編程基礎(chǔ)知識點(diǎn)包括數(shù)據(jù)類型、常量與變量、運(yùn)算符與表達(dá)式、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)、賦值語句、輸入和輸出語句、注釋語句等，知識內(nèi)容較多而且較分散。教師可借助思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生歸納知識點(diǎn)，逐步形成知識網(wǎng)絡(luò)的同時，提高概括思維能力。

最后是知識的遷移應(yīng)用環(huán)節(jié)。遷移應(yīng)用任務(wù)應(yīng)貼近學(xué)生生活，把 Python 語言落實(shí)到實(shí)際生活中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)其遷移應(yīng)用能力。比如，在學(xué)生學(xué)習(xí)了猜數(shù)字游戲的案例，歸納了循環(huán)結(jié)構(gòu)的格式與功能后，可以引入學(xué)生熟悉的簡單家庭密碼鎖案例，并讓學(xué)生用循環(huán)語句編程來實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)輸入密碼與預(yù)設(shè)密碼相同時，打印輸出“密碼正確”，退出循環(huán)；當(dāng)輸入的密碼錯誤時，打印輸出“密碼錯誤”，并可繼續(xù)輸入密碼，直到正確為止。同類問題，還可以拓展為了保障密碼安全的問題，如只允許用戶輸入5次密碼，超過5次則退出循環(huán)，顯示“密碼錯誤太多，賬戶已鎖定”，引導(dǎo)學(xué)生遷移運(yùn)用所學(xué)知識。如此，學(xué)生便可將課堂所學(xué)的知識內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)際的問題中，通過舉一反三實(shí)現(xiàn)知識的遷移，在學(xué)以致用的過程中培養(yǎng)計算思維。

三、結(jié)語

在Python程序設(shè)計教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，能有效幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)信息技術(shù)知識，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在Python程序設(shè)計教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生形成主動思考的習(xí)慣；簡化教材案例，由淺入深，內(nèi)容設(shè)置有梯度，可讓不同基礎(chǔ)層次的學(xué)生都能在課堂上獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；互助調(diào)試，合作交流，可強(qiáng)化學(xué)生思維；歸納梳理，舉一反三，可培養(yǎng)學(xué)生的概括遷移能力。在教學(xué)中，教師應(yīng)充分認(rèn)識到計算思維對學(xué)生學(xué)習(xí)的重要性，并在觀念上重視對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，采取多樣化的教學(xué)方式，加強(qiáng)對學(xué)生計算思維的訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生的個性化發(fā)展。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］. 北京：北京師范大學(xué)出版社， 2022.

［2］? 馬興瑩.基于計算思維的初中Python課程教學(xué)模式設(shè)計與應(yīng)用研究［D］.濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2021.

（責(zé)任編輯? ? 羅? ? 艷）