高中信息技術Python五環(huán)教學模式的實踐與思考
——以“算法與問題解決”大單元為例

黃加貝 湖南省岳陽市第一中學

●內容與學情分析

1.教材選擇與內容分析

本研究所選教材為浙江教育出版社出版的信息技術必修1《數據與計算》，筆者以其中的第二章“算法與問題解決”為例，分享如何用項目式五環(huán)教學模式開展Python教學。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》要求發(fā)展學生的四大核心素養(yǎng)，其中，培養(yǎng)計算思維的本質是培養(yǎng)學生抽象、分解、建模以及算法等一系列思維活動。由此可見，計算思維是信息技術培養(yǎng)的重要目標。本文以項目式大單元進行教學設計。

教學目標：學會從真實項目的情境中找到關鍵問題的方法，根據實際問題建立求解模型；學會將大問題劃分為多個可解決的小問題，提升問題解決的能力，并遷移至生活中其他問題的解決。

項目學習任務：探究制作Python飛機大戰(zhàn)游戲。

具體教學內容：算法的概念與描述、算法的控制結構、用算法解決問題的一般過程。

2.學情分析

學習動力不足：由于筆者所在地區(qū)信息技術學科沒有納入高考學科范圍，因此學生沒有高考壓力，不愿意投入太多的時間與精力學習信息技術。

學習興趣不夠或難以維持：多數學生在上課時希望去機房玩游戲、上網等，還有部分學生更愿意自主探究。此外，部分學生遇到困難不能及時解決就會開小差。

普遍基礎較弱：由于地區(qū)差異，學生在程序語言及算法方面基礎普遍較弱，而教材難度過高，教學實施困難。

教學課時不足：非高考科目課時被擠壓，導致無法按課本要求開展教學。

●五環(huán)教學模式

1.模式探究

筆者構建了基于項目式學習的高中Python課堂五環(huán)教學模式，如上頁圖所示。

該模式由導、學、踐、饋、思五個環(huán)節(jié)組成，它通過對情境的創(chuàng)設，使學生能從全局上對問題進行分析，挖掘問題的本質和邏輯，從分解問題到求解問題，通過任務微小化，實踐和學習，反饋促學，最后總結反思，以此提高學生的思維能力和問題解決能力，最終促進學生計算思維等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在該模式中，交互式教學網站是重要的組成部分，它是利用Wampserver64搭建的服務器，以及DW+PHP開發(fā)的一個交互式學習網站。在“學”中，教學網站提供教學資源下載，學生的學習更具主動性和靈活性。在“踐”中，學生可以根據自己的能力下載適合自己基礎的作業(yè)。在“饋”中，通過交互式教學網站評價系統，學生能夠及時得到同學和老師的評價。

2.教學實踐

在具體實施過程中，筆者以項目式教學為例，進行了大單元教學設計（如右表）。

（1）導：情境鋪墊，激發(fā)學生學習興趣

首先，在教學之前，筆者搜集了很多關于人工智能的視頻資源分享給學生，并與學生討論AI對未來工作、生活、學習各方面的影響，因為人工智能的核心就是算法，這樣可以引問題、建構模型，這也是計算思維培養(yǎng)的關鍵。因此，可以從“飛機大戰(zhàn)”游戲中分解出學生感興趣、易于上手、能夠快速獲得反饋的小問題，如“游戲如何控制飛機行動”“積分如何實現”等。

在了解選擇結構和循環(huán)結構后，教師再讓學生回到“飛機大戰(zhàn)”游戲中，讓學生思考哪些地方需要使用選擇結構。經過討論，學生提出子彈射擊、飛機移動、游戲勝利或失敗條件等需要用到選擇結構。教師又提出問題：哪些地方需要用循環(huán)結構解決？學生思考討論后回答，子彈的出為什么要學習算法，激發(fā)學生的學習興趣。

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其次，游戲是學生最感興趣也最愿意接受的活動形式，因此，筆者以“設計Python小游戲——飛機大戰(zhàn)”作為本次項目式教學的任務探究目標。課前邀請兩名學生體驗游戲，當學生的興趣被激發(fā)后，提出教學目標：一起探尋“飛機大戰(zhàn)”游戲設計的過程和原理，為后續(xù)的內容學習做鋪墊。

（2）學：從問題到模型，培養(yǎng)學生計算思維

這一過程的關鍵是如何拆解移動、敵機的移動、游戲計時等都需要用到循環(huán)結構。接著，教師結合生活中的真實案例，構建出條件結構的模型（問題中有“如果……則”的邏輯關系）和循環(huán)結構的模型（問題中是重復執(zhí)行直到什么條件結束，或者當滿足條件就重復執(zhí)行）。

當然，在“學”的環(huán)節(jié)，教師的教學形式也應該多樣化。例如，將關鍵知識點、重點難點內容制成微課放在學習網站上，同時，在學習網站上的每一課中，要標明任務難度等級以及提供的學習資源，幫助學生快速找到適合自己難度的內容，促使其自主探索，解決學習中遇到的問題。

（3）踐：多樣化任務，提升創(chuàng)新思維和實踐能力

信息素養(yǎng)的提高重在實踐，尤其是“算法與問題解決”這一章，上機實踐一能激發(fā)學生學習的積極性，二能體現教學中學生學習主體地位，三能讓學生獲得及時的正向反饋，保持學習熱情。

制作Python“飛機大戰(zhàn)”游戲是一個非常復雜的過程，考慮到實際情況，筆者將任務細分成許多易于實現的微任務，并根據學生的基礎與能力將任務梯度化。例如，微任務“用鍵盤控制飛機移動”，其梯度化任務如下。一星任務：給出Python小程序“方向鍵實現移動”修改鍵值、用思維導圖的形式描述飛機的移動或者用填空的形式完成程序。兩星任務：用圖形化編程實現飛機的移動。三星任務：用Python編程實現對象的移動。每個任務一般控制在五到十分鐘之間，降低學生完成難度。

（4）饋：多種反饋方式，促進學習

教師設計的任務應讓學生獲得快速、直接、正向、多樣化的反饋。反饋的方式除了來自上機實踐中的程序實現，還可以是小組合作中同伴的互助交流、學生與教師的點評、交互式網站評價系統等。

在任務探究中，筆者采取小組合作的方式教學，并制訂了學習小組的目標、學習方法、活動規(guī)則、評價機制。在評價機制上，教師需要設計一份簡單的學習評價表，讓學生學習有目標、評價有依據。另外，作品上傳至交互式教學網站，學生可以互評，教師也可以挑選部分學生的作品進行點評。

（5）思：總結反思，促進學生計算思維提升

此環(huán)節(jié)旨在反思梳理，內化知識。在大單元完成前，筆者要求學生基于大單元進行總結反思，形式可以是課堂交流環(huán)節(jié)中用語言表達，也可以通過交互式教學網站留言板提交。通過總結反思，能夠促進學生計算思維的提升。

●教學效果的評估

在教學實踐過程中，筆者觀察了學生的課堂表現，并用問卷星進行了問卷調查。通過調查結果筆者發(fā)現在課堂表現方面，學生的參與度有明顯提高，學生能夠積極回答問題，參與小組合作學習和課堂討論。同時，學生的表現也更加自主和積極，能夠主動完成課堂任務和作業(yè)。在后續(xù)的教學中，筆者打算把多個班級分成使用該研究的教學組和不使用該研究的教學組的對照組，再次比較評估，以便做出更科學的分析。

●結語

在項目式教學法適用于高中信息技術Python教學的模式探索中，筆者通過對現有教學中面臨的問題和困境的分析，總結出了一套五環(huán)教學法。通過教學實踐，該教學法在較大程度上改善了高中信息技術教學的效果，并使學生增強了信息意識，發(fā)展了計算思維，提高了數字化學習與創(chuàng)新能力，樹立了正確的信息社會價值觀。