指向计算思维培养的 初中Python教学策略建构与实践

【摘要】计算思维是信息技术课程核心素养之一。本文以“顺序结构程序设计”为例，探索了基于计算思维培养的初中Python教学策略建构与实践路径，归纳出学科融合、提出问题，凭借已知、分析问题，提出方案、解决问题，拓展迁移、提升思维等策略，旨在为初中Python课程教学中培养学生计算思维提供参考。【关键词】计算思维;Python;策略建构Python是计算机编程语言，相较其他语言，Python作为一种“弱类型”的语言，是简洁主义思想语言的代表，是最接近自然语言的通用编程语言。Python编写代码效率高，Python实现C语言编写的相同功能的编程任务，其任务量约为C语言的1/10。目前Python已经列入浙江省初中信息技术教材，作为初中信息技术教学的一个重要内容。在Python教学中，不少教师通过模仿的方式让学生掌握技术操作，在此基础上要求学生运用技术解决实际问题。然而，这样的教学模式不利于学生计算思维的培养。Python教学策略的构建和实践应该基于自身广泛的兼容性和应用性，指向计算思维培养，才能使信息技术教学聚焦问题解决的过程，引领学生在提出问题、分析问题和解决问题的过程中，掌握计算机基本的思想和方法，不断提高理解和解决更复杂问题的能力，使问题解决方案自动化和系统化程度更高。本文以“順序结构程序设计”为例，探索基于计算思维培养的初中Python教学策略建构与实践路径。学科融合，提出问题学科融合是当前课程改革的一个重要方向，它打破学科之间的壁垒，确立大课程视野。初中Python教学应该基于大课程视野，改变常态化做法。教师除了借助学生熟悉的生活现象和信息技术学科内容素材自然地提出问题外，还应该基于学科融合视角，借助学生已有知识储备提出问题，让提出的问题有助于降低Python的教学难度。“顺序结构程序设计”一课，基于大学科视角，教师借助学生熟悉的“海伦公式求解三角形面积”自然地提出问题。教师以此作为程序实例，意在实现两个目的。第一个目的是借助程序实例，引导学生理解并掌握顺序结构程序的执行流程，降低信息技术学习难度;第二个目的是引导学生复习巩固已学的信息技术知识，包括变量与表达式、常用函数和赋值语句等。教师借助多媒体展示三角形图形，提出问题：这是一个什么图形？要利用“海伦公式求解三角形面积”，需要满足哪些条件？学生借助既有的知识储备，不难回答这是一个三角形，要利用“海伦公式求解三角形面积”，需要知道三个边的长度。教师借助“海伦公式求解三角形面积”解答流程，自然地引出“顺序结构程序设计”内容。问题提出时，基于跨学科融合的视角，将信息技术教学内容与数学学科知识有机结合起来。学科融合促进不同学科之间的融会贯通，使学科教学互相促进，互相渗透，有助于促进学生全面素质发展，增强学生信息技术学习过程中的获得感。凭借已知，分析问题学科融合视角下，教师应该基于学生既有的知识储备，进一步调动学生已知，引导学生凭借已有的知识对问题进行描述，进而提高学生分析问题的透彻性。学生既有的问题能够成为信息技术学习的重要资源，为学生分析问题提供有力的支持。在借助学生已知分析问题的过程中，教师应发挥主导性作用，寻找合适的载体对学生进行必要的引导，提高学生自主分析问题的效能。“顺序结构程序设计”一课，借助“海伦公式求解三角形面积”解答流程，教师引导学生运用a、b、c表示三条边，并运用字母描述三条边之间的关系。在此基础上，教师又借助问题，进一步引导学生调动既有的知识储备：我们要利用海伦公式求解三角形面积，已知三条边的长度a、b、c，三角形面积用字母“s”表示，三角形面积可用什么公式计算？该环节在引导学生分析问题时，充分发挥学科融合优势，使学科知识转变为信息技术教学的资源。在调动学生已知时，又充分发挥教师主导性作用，借助问题载体引导学生思维逐步地走向清晰。学生在“海伦公式求解三角形面积”解答流程启发下，较好地理解“顺序结构程序设计”思维，依据解决问题的具体步骤，即顺序结构，按照次序编写程序代码。如此，不仅使学生数学知识得到有效的巩固和运用，也为“顺序结构程序设计”搭建支架。学生分析问题的思维也得到进一步的解放，不再局限于学科内知识，而是基于跨学科融合的视角审视信息技术学习，使计算思维摆脱常态思维束缚，更加开放而富有创造力。提出方案，解决问题Python教学的关键之一是引导学生提出方案，以培养学生解决问题的实际能力。学生设计方案需要经历一个不断提升的过程。具体来说，方案的生成需要学生从算法向程序升级。这就需要教师基于方案生成的特点，引导学生从算法入手，再引导学生编写代码并进行调试运行，从而运用提出的方案解决实际问题。“顺序结构程序设计”一课，算法设计如下：算法设计首先需要解决哪些问题，试着解决这些问题并试着运用自然语言进行描述。在问题引导下，学生了解了算法设计需要先明确两个问题，一是明确输入的数据，二是明确输出的数据。在明确数据基础上，学生再尝试运用自然语言进行描述。在学生运用自然语言描述基础上，教师进一步引导学生将解决问题的方案清晰化，借助流程图的形式引导学生设计“海伦公式求解三角形面积”的流程图。学生编写代码和调试运行设计采用小组合作探究的学习形式，先阐述基本的思路，明确顺序结构的程序编写主要依靠基本语句和表达式。在学生小组合作学习基础上，各个小组对编写代码和调试运行展开互助学习，力争组内每位学生均能完成编码并调试成功。该环节是学生计算思维形成的关键阶段，实施过程中，充分发挥学生主观能动性，围绕数学实例对学生提出问题并提出方案搭建思维支架，将复杂的问题进行细化分解，从而达到化繁为简的目的，再围绕基本任务组织学生开展小组合作探究学习，让问题解决做到水到渠成。学生较为轻松地掌握了顺序结构程序的执行流程，也使表达式、变量、赋值语句和函数等知识得到及时的巩固。学生经历了模型抽象的过程，问题概括能力得到有效的提升，自我建构能力也在解决问题中获得自然生长的机会。拓展迁移，提升思维信息技术是一门实践应用型学科，学生计算思维发展水平在很大程度上需要实践加以检验。Python教学作为信息技术关键内容，更需要学生获得运用知识解决问题的机会。因此，教师应该基于学生计算思维提升的需要，进行适当的拓展迁移训练，引领学生计算思维在拓展迁移中从低级阶段向高级阶段提升，使学生具备运用信息技术知识解决相关领域实际问题的能力。“顺序结构程序设计”一课借助“海伦公式求解三角形面积”程序实例，教师进行了拓展迁移训练：编写程序，计算圆的面积与周长。拓展迁移训练时，学生先对程序实例进行总结与回顾，再进行实践操作。最后，学生再对实践操作进行總结抽象，形成以下基本流程：（1）问题分析。依据圆的半径R，计算圆的面积S和周长C。（2）算法设计。自然语言，输入：圆的半径R;处理：圆的面积S，圆的周长C;输出：圆的面积S和周长C;设计流程图。（3）填空代码。（4）上机运行。通过重构应用场景，引导学生从三角形面积向圆的面积和周长拓展延伸。教师配合学生实践操作，引导学生对操作进行高度抽象，使学生计算思维获得二次发展的机会。学生在拓展迁移学习过程中，举一反三、触类旁通的能力获得较好的发展。拓展迁移环节，教师可以基于学生创造性潜能，鼓励学生打破常规思维，在解决问题的过程中积极创新，提出富有创造性的见解，并给学生创造性见解提供展示的机会，在展示中促进学生计算思维的深度碰撞。如此，学生在解决问题的过程中，将打破常规思维束缚，不断提出富有建设性的方案，使方案获得不断地优化，最终形成最佳方案，全面提升学生解决问题的能力。Python教学评价设计应该进行创新，将评价和成果展示有机结合起来，借助展示活动，给学生计算思维创造表达的机会，也为评价提供依据。通过评价