關(guān)注情境創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2025）13—0059-04

引言

計(jì)算思維是指個(gè)體在解決問題的過程中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法和概念進(jìn)行思考和推理的能力。這種思維方式涉及分解、抽象、建模、算法設(shè)計(jì)等一系列的認(rèn)知活動(dòng)。情境教學(xué)是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑之一。在情境教學(xué)中，將抽象的計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)與學(xué)生熟悉的實(shí)際生活場景相結(jié)合，能夠讓學(xué)生在具體的意義框架下理解和掌握這些知識(shí)，從而促進(jìn)計(jì)算思維的培養(yǎng)?；诖?，筆者以浙江教育出版社出版的信息技術(shù)必修1第四章“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”第二課第2節(jié)《編程處理數(shù)據(jù)》為例，探究在教學(xué)過程中如何通過設(shè)計(jì)情境中的問題鏈，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

1.教學(xué)內(nèi)容碎片化

目前的高中信息技術(shù)教材大都采用Python語言作為編程語言，Python因其語法的靈活性和簡潔性而受到廣泛青睞。然而，這種靈活性也帶來了挑戰(zhàn)：Python擁有龐大的標(biāo)準(zhǔn)庫和第三方庫，這使得教學(xué)內(nèi)容顯得零散，缺乏系統(tǒng)性。對初學(xué)者而言，理解這些知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系并迅速掌握是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。此外，Python語言的靈活性也意味著同一問題可以有多種解決方案，這不僅要求學(xué)生掌握各個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，還要求他們學(xué)會(huì)如何整合這些知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建起解決問題的綜合框架。因此在實(shí)際編程實(shí)踐中，學(xué)生可能需要投入大量時(shí)間來查找和學(xué)習(xí)特定的模塊和函數(shù)，這不僅降低了編程效率，也影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

核心素養(yǎng)視域下高中編程教學(xué)中存在的問題

2.情境創(chuàng)設(shè)淺表化

許多教學(xué)實(shí)踐中的情境創(chuàng)設(shè)往往缺乏深度，不能深人觸及學(xué)生素養(yǎng)的提升。這種淺表化的情境創(chuàng)設(shè)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：① 聯(lián)系性不足。情境創(chuàng)設(shè)過度依賴教材，沒有將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活實(shí)際緊密結(jié)合。這種脫節(jié)導(dǎo)致學(xué)生難以理解知識(shí)在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用價(jià)值。 ② 連貫性缺失。情境創(chuàng)設(shè)僅在課程的引入階段或特定教學(xué)活動(dòng)片段中出現(xiàn)，沒有將情境學(xué)習(xí)的理念貫穿于編程教學(xué)全過程，這種間斷性情境使得學(xué)生難以形成連續(xù)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，限制了情境教學(xué)的深度和廣度。 ③ 延展性薄弱。促進(jìn)學(xué)生協(xié)作和知識(shí)構(gòu)建的開放式情境設(shè)計(jì)較為稀缺。同時(shí)，對知識(shí)遷移和應(yīng)用場景的拓展也不夠充分，不利于學(xué)生思維活動(dòng)的深化和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.計(jì)算思維缺位化

在當(dāng)前的教育體系中，計(jì)算思維的培養(yǎng)主要集中在基礎(chǔ)性知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)上。這種教學(xué)模式傾向于通過簡單的操作任務(wù)來完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，而缺乏對學(xué)生進(jìn)行深入思維反思和實(shí)踐探究的引導(dǎo)。由此導(dǎo)致的教學(xué)傾向是重視操作技能的訓(xùn)練，而相對忽視了對學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。這種偏重于操作技能的教學(xué)方式使得學(xué)生的計(jì)算思維學(xué)習(xí)過程與真實(shí)的社會(huì)情境相脫節(jié)，從而削弱了計(jì)算思維教育在解決現(xiàn)實(shí)世界問題中的價(jià)值和意義。

實(shí)施情境創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)計(jì)算 思維

培養(yǎng)計(jì)算思維是提升學(xué)生解決問題能力的關(guān)鍵。實(shí)施情境教學(xué)，將計(jì)算思維的培養(yǎng)融人到具體的、真實(shí)的情境中，可以增強(qiáng)學(xué)生對計(jì)算概念的理解和應(yīng)用能力。這種教學(xué)方法不僅能使學(xué)生學(xué)習(xí)編程語言和算法，而且還能讓他們理解這些概念在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用，從而在解決實(shí)際問題的過程中鍛煉和培養(yǎng)計(jì)算思維。

《編程處理數(shù)據(jù)》一課是高中編程教學(xué)中的核心內(nèi)容，它所涉及的整理、分析和可視化過程，與計(jì)算思維的核心要素高度契合。同時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)側(cè)重于編程語言的語法和操作技能，忽視計(jì)算思維的培養(yǎng)。因此，筆者圍繞學(xué)生期中成績數(shù)據(jù)的處理，設(shè)計(jì)了一系列緊密關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)情境，包括問題情境、實(shí)踐情境、應(yīng)用情境和社會(huì)情境等，并設(shè)置了“班級均分”“個(gè)人排名”“班級排名”情境任務(wù)，難度依次遞增，旨在引導(dǎo)學(xué)生從簡單的數(shù)據(jù)處理逐步過渡到復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。通過情境鏈和任務(wù)鏈，能夠讓學(xué)生在體驗(yàn)中獲得共鳴，將已有知識(shí)與新知識(shí)相結(jié)合，從而在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的培養(yǎng)目標(biāo)。

教學(xué)案例

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

數(shù)據(jù)處理是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要領(lǐng)域，也是培養(yǎng)和實(shí)踐計(jì)算思維的理想平臺(tái)。筆者展示學(xué)生本次期中考試的成績數(shù)據(jù)，在學(xué)生對數(shù)據(jù)有了直觀認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，自然引出數(shù)據(jù)處理的相關(guān)話題，如數(shù)據(jù)整理、分析和可視化等。接著，引導(dǎo)學(xué)生思考如何從這些成績數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，如評估教學(xué)效果等。盡管學(xué)生通常熟悉Excel中的數(shù)據(jù)處理方式，但對編程處理數(shù)據(jù)的方法卻了解不多。因此，鼓勵(lì)學(xué)生思考并總結(jié)Excel數(shù)據(jù)處理的一般過程，為學(xué)習(xí)編程處理數(shù)據(jù)提供寶貴的路徑參考。

2.探究問題情境，抽象建模分析

基于學(xué)生期中考試的成績數(shù)據(jù)，筆者創(chuàng)設(shè)了“成績分析”的問題情境，并設(shè)計(jì)了難度依次遞增的三個(gè)情境問題（如表1），引導(dǎo)學(xué)生在處理期中考試成績數(shù)據(jù)的過程中掌握利用編程處理數(shù)據(jù)的方法。

首先，引導(dǎo)學(xué)生分析計(jì)算班級平均分的過程，明確該問題的輸入和輸出，探討為滿足問題需求，對原始數(shù)據(jù)應(yīng)做哪些預(yù)處理操作。在處理得到班級數(shù)據(jù)后，引導(dǎo)學(xué)生選擇適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)函數(shù)來計(jì)算平均分，并與Excel中的average（函數(shù)進(jìn)行對比，辨析兩者的差異（如下頁表2），然后進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生編寫程序代碼以實(shí)現(xiàn)平均值函數(shù)的功能。

其次，學(xué)生需要學(xué)習(xí)如何將Excel中的排名函數(shù)原理遷移至編程領(lǐng)域，以確定個(gè)人在班級中的排名情況。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧Excel中排名函數(shù)的參數(shù)及其具體功能，進(jìn)而探討其背后的原理，引出解決排名問題的兩個(gè)主要步驟，即數(shù)據(jù)排序和排名賦值。針對數(shù)據(jù)排序，引導(dǎo)學(xué)生思考在Excel中進(jìn)行數(shù)據(jù)排序操作時(shí)所需設(shè)置的參數(shù)，學(xué)生通常會(huì)提及排序字段和排序方式這兩個(gè)核心要素，與sort_values（方法中的by參數(shù)和ascending參數(shù)相對應(yīng)（如表3），進(jìn)而利用range（函數(shù)完成排名賦值，即可滿足所求。

在學(xué)生掌握了計(jì)算平均分和排名的方法后，筆者又設(shè)置了評估班級在年級中的排名這一問題情境。該環(huán)節(jié)要求學(xué)生理解三個(gè)問題情境之間的聯(lián)系：首先計(jì)算每個(gè)班級的平均分，然后基于這些平均分來確定班級的年級排名。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧Excel中的averageif（函數(shù)并實(shí)現(xiàn)這一計(jì)算。進(jìn)而，引出編程處理數(shù)據(jù)中的分組函數(shù)和統(tǒng)計(jì)函數(shù)，并比較它們與averageif（函數(shù)在使用上的異同（如表4）。

3.挖掘?qū)嵺`情境，拓展應(yīng)用 情境

在解決前述三個(gè)情境問題后，學(xué)生已對編程處理數(shù)據(jù)的步驟和方法有了清晰的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，筆者將學(xué)生分為六個(gè)異質(zhì)小組，提出可視化三個(gè)情境中數(shù)據(jù)結(jié)果的任務(wù) （提升難度）。每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)任務(wù)，以完成編程處理數(shù)據(jù)的“最后一公里”。為了促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，筆者提供編程處理數(shù)據(jù)各環(huán)節(jié)的詳細(xì)步驟和代碼示例（如下頁表5）。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)線上資源、小組討論、跨組交流和請教老師等方式，“從0到1”實(shí)現(xiàn)編程處理數(shù)據(jù)。

在上述基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生探索日常生活中的數(shù)據(jù)資源，思考分析數(shù)據(jù)的角度，預(yù)期分析結(jié)果以及對實(shí)際問題的影響，為解決問題提供參考，以此來提高學(xué)生對數(shù)據(jù)和信息的敏感性，使其增強(qiáng)信息意識(shí)，培養(yǎng)問題遷移和解決能力，發(fā)展計(jì)算思維。

4.連接社會(huì)情境，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任

連接社會(huì)現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考：數(shù)據(jù)是否總是準(zhǔn)確的？如何確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性？引出驗(yàn)證數(shù)據(jù)真實(shí)性的方法——交叉驗(yàn)證和來源審查。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：數(shù)據(jù)是否總是公正的？如何減少數(shù)據(jù)中的偏見？引出多元化的數(shù)據(jù)收集和算法公平性測試。通過小組討論，學(xué)生提出現(xiàn)實(shí)情境中與數(shù)據(jù)相關(guān)的倫理道德問題，并扮演倫理審查員角色，將這些問題與相關(guān)的法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連線。這有助于學(xué)生理解在數(shù)據(jù)時(shí)代保護(hù)個(gè)人安全和隱私所需的知識(shí)和技能，從而增強(qiáng)他們的信息社會(huì)責(zé)任。

結(jié)語

情境教學(xué)法在《編程處理數(shù)據(jù)》一課中的應(yīng)用對培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維具有良好效果。這一成效的取得，主要得益于以下三個(gè)關(guān)鍵策略的實(shí)施： ① 雙鏈并行的教學(xué)設(shè)計(jì)?；诂F(xiàn)實(shí)場景生成情境鏈，貼近學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣?；谇榫虫溕扇蝿?wù)鏈，學(xué)生

在完成任務(wù)的過程中，提高解決問題的能力。 ② 系統(tǒng)化整合教學(xué)內(nèi)容。對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化整合，構(gòu)建清晰的知識(shí)框架，以提高教學(xué)的系統(tǒng)性和連貫性。該框架不僅幫助學(xué)生建立起對編程處理數(shù)據(jù)的整體認(rèn)識(shí)，還促進(jìn)了學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，點(diǎn)面兼顧。 ③ 指向?qū)W科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)緊密圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境激發(fā)學(xué)生信息意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生探究問題情境以培養(yǎng)計(jì)算思維，挖掘?qū)嵺`情境拓展應(yīng)用以促進(jìn)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，同時(shí)，連接社會(huì)情境探討人文問題以培養(yǎng)信息社會(huì)責(zé)任，從而全面提升學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，使其成為具備理性的價(jià)值判斷能力和負(fù)責(zé)的行動(dòng)能力的新時(shí)代公民。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立國，王國華.計(jì)算思維：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心議題[J.電化教育研究，2018，39（05）：115-121.

[2]楊文正.學(xué)習(xí)情境鏈創(chuàng)設(shè)視域下的計(jì)算思維培養(yǎng)模式[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（05）：72-81.