基于循證實踐的初中Python語言教學(xué)研究

邱振華

摘要：教育部在“關(guān)于加強(qiáng)新時代教育科學(xué)研究工作的意見”中指出新時代的教育科學(xué)研究需加強(qiáng)實證研究，循證實踐是“遵循證據(jù)進(jìn)行實踐”的一種有效模式。以初中Python語言教學(xué)研究為載體，闡述了基于“發(fā)現(xiàn)問題——收集證據(jù)——思考分析——改進(jìn)實踐——效果評價——發(fā)現(xiàn)問題……”的循環(huán)流程所開展的循證實踐行動研究，為循證實踐在教育科學(xué)研究中的應(yīng)用起到推廣普及的作用。

關(guān)鍵詞：循證實踐;初中;Python語言;教學(xué)研究

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0194-05

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確指出需在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，Python語言作為一種與人工智能技術(shù)密切相關(guān)的代碼化編程語言，逐漸進(jìn)入基礎(chǔ)教育的視野。2017版高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中將人工智能初步作為選擇性必修內(nèi)容之一，將Python語言作為“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”、“人工智能初步”模塊的程序設(shè)計語言，為Python語言在高中學(xué)段的實施提供了指向標(biāo)。目前初中學(xué)段未見教育部門發(fā)布的與Python語言相關(guān)的教學(xué)基本要求與內(nèi)容，但從初高中編程教育的銜接及人工智能教育發(fā)展的趨勢來看，在初中學(xué)段開展Python語言的基礎(chǔ)性教學(xué)可行性研究具有一定的價值。在這樣的背景下，根據(jù)《上海市初中信息科技學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》中的“新技術(shù)探究”單元內(nèi)容，設(shè)計了基于Python語言教學(xué)的新技術(shù)體驗單元，在六年級信息科技課程中予以實施。

循證實踐最早被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，后逐漸拓展到心理學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)等領(lǐng)域。我國學(xué)者楊文登認(rèn)為，循證實踐是實踐者針對消費(fèi)者（此處的“消費(fèi)者”泛指實踐者所服務(wù)的對象，按具體情境的不同，也可稱之為病人、顧客、來訪者或服務(wù)對象，等等）的具體問題，在消費(fèi)者的主動配合下，根據(jù)研究者提供的最佳證據(jù)及管理者制定的實踐指南與標(biāo)準(zhǔn)等所進(jìn)行的實踐。從其定義中可以看出循證實踐是一種強(qiáng)調(diào)情境生態(tài)圈、強(qiáng)調(diào)基于證據(jù)改進(jìn)的研究方法。另需指出的是，該定義中未強(qiáng)調(diào)“循環(huán)性”這一特征，循證實踐與實證實踐的最大區(qū)別在于其更加強(qiáng)調(diào)循環(huán)性的歷程，因此“情境生態(tài)圈”“基于證據(jù)改進(jìn)”“循環(huán)性歷程”是循證實踐的主要特征。

在初中學(xué)段開展Python語言教學(xué)研究是一種全新的嘗試，并沒有太多前人經(jīng)驗可循，在這樣的情況下采用基于實踐、凸顯證據(jù)、注重循環(huán)的循證實踐具有一定的合理性。根據(jù)循證實踐的文獻(xiàn)研究及筆者的理解感悟，本文采用的循證實踐行動研究模型圖如下（圖1）：

研究模型的生態(tài)圈運(yùn)作模式界定如下：在教學(xué)要求（管理者）的指導(dǎo)下，教師（實踐者）針對學(xué)生（消費(fèi)者）在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題，從教師的觀察、學(xué)生的反饋、他人的經(jīng)驗三方面（研究者）收集證據(jù)，按照“發(fā)現(xiàn)問題——收集證據(jù)——思考分析——改進(jìn)實踐—效果評價——發(fā)現(xiàn)問題……”的循環(huán)流程所開展的基于多元證據(jù)的深度實踐和反饋評估的持續(xù)改進(jìn)，其中思考分析階段若發(fā)現(xiàn)證據(jù)不足則需回溯到收集證據(jù)階段繼續(xù)收集證據(jù)。下面，結(jié)合初中Python語言的教學(xué)實踐，闡述一下該模型的具體應(yīng)用。

1發(fā)現(xiàn)問題階段

課程實施伊始的教學(xué)目標(biāo)確定為希望學(xué)生利用代碼化編程語言編寫程序進(jìn)行信息處理，體驗簡單的智能信息處理過程，解決生活中常見問題。在具體設(shè)計中，以基于真實情境的項目活動建構(gòu)課程，并設(shè)計了活動任務(wù)單輔助學(xué)生編寫程序。在六（3）班與六（4）班的第一輪實施中，發(fā)現(xiàn)了諸多問題，主要集中在兩方面：

1.1所耗課時超過預(yù)期

單元課程預(yù)設(shè)了4個項目活動8課時的形式予以實施，但在實際實施中，教學(xué)進(jìn)度明顯慢于預(yù)期，最終在1個月中僅完成了項目1與項目2的教學(xué)，項目3與項目4未得以實施。

1.2教學(xué)效果未達(dá)預(yù)期

在教學(xué)中，學(xué)生在編寫程序時出現(xiàn)了各種錯誤，且錯誤的種類繁多涉及面廣，教師疲于到處“救火”，且即使如此依然無法解決所有學(xué)生的問題。Python語言的程序只要稍有錯誤就無法運(yùn)行，一旦無法解決錯誤，學(xué)生只能望著紅色的報錯框發(fā)呆。隨著時間的推移，在教學(xué)的后半程階段，已有部分學(xué)生出現(xiàn)“習(xí)得性”無助現(xiàn)象，開始放棄學(xué)習(xí)。但需指出的是，雖有大量“學(xué)困生”出現(xiàn)，也有少量“優(yōu)等生”出現(xiàn)，如有學(xué)生在課程結(jié)束后，自學(xué)了課程以外的其他內(nèi)容，并將其以程序作品的形式呈現(xiàn)。

2收集證據(jù)階段

2.1教師觀察視角

從教師的觀察來看，“所耗課時超過預(yù)期”與“教學(xué)效果未達(dá)預(yù)期”是兩個相互關(guān)聯(lián)的問題，即由于教學(xué)效果不佳導(dǎo)致了教學(xué)進(jìn)度受到影響。細(xì)觀學(xué)生所呈現(xiàn)的問題，又可以分為兩個方面：一是學(xué)生對于代碼化編程不太適應(yīng)，導(dǎo)致操作中出現(xiàn)各種問題;二是學(xué)生的一些基本習(xí)慣技能有所欠缺，如代碼編寫中的一些特殊符號不知如何輸入等。

以下面這個任務(wù)為例（圖2），該任務(wù)要求學(xué)生根據(jù)活動任務(wù)單上的內(nèi)容輸入一些簡單運(yùn)算，記錄并分析輸出結(jié)果，以探究Python語言的基本語法運(yùn)算規(guī)則。

該環(huán)節(jié)預(yù)期耗時10分鐘（包括反饋環(huán)節(jié)），實際耗時25分鐘，主要原因是學(xué)生在輸入中出現(xiàn)了各種未預(yù)設(shè)的錯誤，導(dǎo)致教師重復(fù)講解與解決個別問題的耗時大大增加。學(xué)生出現(xiàn)的主要錯誤如下（表1）：

可以看到，錯誤類型五花八門，且部分錯誤若無法立刻解決將導(dǎo)致該活動無法開展。約有一半的學(xué)生均出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致教師“疲于救火”，但也有少數(shù)學(xué)生早早完成任務(wù)處于“無所事事”的狀態(tài)，課堂教學(xué)秩序混亂，最終大大增加了該環(huán)節(jié)的耗時。

2.2生反饋視角

2.2.1單元測試分析

在課程結(jié)束后以個人為單位進(jìn)行了單元評測，評測內(nèi)容是Python語言的繪圖功能的簡單應(yīng)用，要求學(xué)生根據(jù)能力選擇適合的圖形進(jìn)行繪制（提供活動任務(wù)單，任務(wù)單中給出直線的繪制代碼及其他繪圖輔助模塊），根據(jù)繪制圖形的難度予以評分（表2）。

以上評測結(jié)果出自六（3）班與六（4）班84名學(xué)生，從統(tǒng)計結(jié)果來看，約60%的學(xué)生評級在D與E級，說明有大量“學(xué)困生”出現(xiàn)。另也有24%的學(xué)生評級在A和B級，說明也有“優(yōu)等生”存在。

2.2.2問卷調(diào)查分析

在課程實施后，從學(xué)習(xí)難易度、學(xué)習(xí)興趣、未來學(xué)習(xí)意愿等方面對學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。根據(jù)問卷的結(jié)果分析，制作了Python語言教學(xué)成效SWOT矩陣（表3）。

2.3他人經(jīng)驗視角

以“初中+Python”為關(guān)鍵詞在中國知網(wǎng)中進(jìn)行檢索，統(tǒng)計了其他文獻(xiàn)中初中Python教學(xué)中遇到的問題及解決的方法，匯總?cè)缦拢ū?）：

3思考分析階段

3.1證據(jù)綜合分析

綜合分析收集的各種證據(jù)，總結(jié)出“學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與習(xí)慣影響Python語言的學(xué)習(xí)”、“大量學(xué)生對于Python語言的編程模式較難適應(yīng)”、“不同基礎(chǔ)的學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果具有較大差異”這三個主要問題，思考分析其解決方法（表5）：

這三個主要問題在不同視角的證據(jù)中均被證實，說明它們在重要性與真實性方面可靠度高。從解決方法來看，“SWOT矩陣解決方法”與“他人經(jīng)驗解決方法”中的部分方法是相同的，如“以合作的方式促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)”;有部分方法是互補(bǔ)的，如“SWOT矩陣解決方法”中的“給予更多的學(xué)習(xí)幫助（閱讀幫助材料）”與“他人經(jīng)驗解決方法”中的“修改課程內(nèi)容”;有部分方法在本研究中無法實施，如“增加教學(xué)課時”。

本研究的課時限定為8課時，對應(yīng)單元的總體教學(xué)要求為“從一種新技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握一些通用的方法、技能、思維，具備一定自學(xué)能力，提升信息素養(yǎng)，提升用信息技術(shù)解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)新技術(shù)的樂趣與信心”。從教學(xué)要求來看，并未要求學(xué)生對于新技術(shù)（Python編程）熟練掌握，僅需從解決問題的體驗角度提升信息素養(yǎng)，因此將單元教學(xué)總策略從“編寫程序”調(diào)整為“體驗程序”，并篩選整合已匯總的主要問題的解決方法，提煉出“修改課程內(nèi)容”、“調(diào)整幫助文檔”、“強(qiáng)化合作學(xué)習(xí)”這三種方法對單元教學(xué)予以改進(jìn)。

3.2證據(jù)回溯收集

在已提煉方法的基礎(chǔ)上，回溯到“收集證據(jù)”階段，探尋相關(guān)方法“如何修改、如何實施”的證據(jù)，使得接下來的“改進(jìn)實踐”階段具有可操作性。具體如下（表6）：

4改進(jìn)實踐階段

根據(jù)上一階段所確定的改進(jìn)措施，本階段針對課程從以下三方面進(jìn)行改進(jìn)，并在六（2）班予以實施：

4.1以課程內(nèi)容刪改的方式降低難度

修改后的課程對原有教學(xué)內(nèi)容中對邏輯思維要求較高的內(nèi)容進(jìn)行了刪除、修改等操作，新舊教學(xué)知識技能對比如下（表7）：

具體來說修改體現(xiàn)在以下三個方面：

1）刪除較難理解的知識內(nèi)容

如從大的知識點來看，新版的課程刪除了循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學(xué)。

2）減少已有知識的學(xué)習(xí)體量

如從庫應(yīng)用來看，原版的庫應(yīng)用要求掌握較多的方法，新版的庫應(yīng)用僅要求掌握基本的方法。以Turtle圖形庫為例，原版需掌握畫直線、旋轉(zhuǎn)、畫圓、畫筆顏色、粗細(xì)設(shè)置等方法，新版僅需掌握畫直線與旋轉(zhuǎn)方法。

3）降低已有知識的學(xué)習(xí)難度

大幅降低各類知識點的學(xué)習(xí)難度，能知道其基本功能即可。以print函數(shù)為例，原版的課程不僅要求實現(xiàn)其輸出功能，還需了解其參數(shù)用法;新版的課程僅要求實現(xiàn)其輸出功能，對于參數(shù)的用法不做要求。

4.2以體驗為主的策略修改幫助文檔

針對原版任務(wù)單學(xué)習(xí)指導(dǎo)性不強(qiáng)的問題，對任務(wù)單進(jìn)行了重新設(shè)計。以“確保程序能運(yùn)行”為基本原則，推翻了之前“給出程序編寫指南，讓學(xué)生自行編寫程序”的設(shè)計思路，采用了“以模塊化的形式給出程序核心代碼，讓學(xué)生通過復(fù)制、拼接、修改等方式進(jìn)行體驗”的設(shè)計思路。

以input函數(shù)的教學(xué)為例：

在原版任務(wù)單中，給出了input函數(shù)的詳細(xì)用法，讓學(xué)生參照其用法編寫程序，任務(wù)單內(nèi)容如下：

請參照input函數(shù)的說明，編寫一個智能問答小程序。

input函數(shù)說明：input（[提示信息]）

說明：顯示提示信息（默認(rèn)為空），接收鍵盤輸入的內(nèi)容，以字符串形式返回

新版任務(wù)單則直接將問答過程作為一個模塊給出程序代碼，讓學(xué)生復(fù)制代碼運(yùn)行程序觀察結(jié)果，并修改其參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的觀察與推測，任務(wù)單內(nèi)容如下：

復(fù)制粘貼以下代碼到程序中，輸入不同內(nèi)容多次運(yùn)行程序觀察結(jié)果，推測input函數(shù)的功能（請修改代碼中的漢字進(jìn)一步觀察程序有何變化）。

name=input（你叫什么名字：）

print（你好！，name）

4.3以合作學(xué)習(xí)為輔的形式解決問題

修改后的課程在教學(xué)形式上給予學(xué)生更多的合作學(xué)習(xí)時間。一方面讓學(xué)生通過互助解決學(xué)習(xí)中遇到的各種簡單瑣碎問題，使得教師僅需將精力放在共性問題的解決中;另一方面讓學(xué)生通過思維的碰撞激發(fā)智慧的火花，活躍課堂的氛圍。在具體實施中，參考了“對分課堂教學(xué)模式”的特點，設(shè)計了基于“獨(dú)立學(xué)習(xí)、交流討論、聯(lián)合反饋”三環(huán)節(jié)的合作學(xué)習(xí)模式（如圖3）：

環(huán)節(jié)一：獨(dú)立學(xué)習(xí)。在獨(dú)立學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生以個體為單位進(jìn)行獨(dú)立學(xué)習(xí)，如獨(dú)立思考算法、獨(dú)立編寫程序等。

環(huán)節(jié)二：交流討論。在交流討論環(huán)節(jié)，同組的同學(xué)們相互交流獨(dú)立學(xué)習(xí)的成果，如有不同觀點則進(jìn)行探討，如存在疑問，則其他組員協(xié)助解決。由于代碼化編程教學(xué)的特殊性，有時僅僅是因為多一個空格或標(biāo)點符號，都會導(dǎo)致程序無法運(yùn)行，該環(huán)節(jié)除了交流互動外，還可互助解決這些基本問題。

環(huán)節(jié)三：聯(lián)合反饋。在聯(lián)合反饋環(huán)節(jié)，教師以小組為單位抽查交流討論的結(jié)果，讓小組成員共同反饋情況，如果無法完成任務(wù)，也需闡述交流討論的整個過程，以此監(jiān)督反饋學(xué)生交流討論環(huán)節(jié)的情況，并解決存在的共性問題。

5效果評價階段

修改后的Pvthon課程在六（2）班（共42人）在8課時的時間內(nèi)完成了全部4個項目的實施，并采用與六（3）班及六（4）同樣的單元測試與問卷調(diào)查進(jìn)行了研究，結(jié)果如下：

5.1前后單元測試結(jié)果對比

由于課程修改后的六（2）班樣本人數(shù)與課程修改前不同，因此采用百分比的形式統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制圖表進(jìn)行對比。從統(tǒng)計圖中可以發(fā)現(xiàn)，“學(xué)困生”已基本“消滅”，“優(yōu)等生”比例大幅增加。

5.2前后問卷調(diào)查結(jié)果對比

5.2.1學(xué)習(xí)熱情方面

從調(diào)查結(jié)果可以看出，六（2）班的學(xué)習(xí)熱情明顯高于六（3）班和六（4）班，特別是“是否愿意繼續(xù)深入學(xué)習(xí)Python語言”的問題，“非常愿意”的比例上升了30.74%，可以認(rèn)為新版課程對于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情有著巨大的幫助。

5.2.2學(xué)習(xí)難度方面

從調(diào)查結(jié)果可以看出，相對于六（3）班與六（4）班，六（2）班的學(xué)生普遍認(rèn)為課程更加簡單，這一點從“我覺得Python語言學(xué)習(xí)最困難的地方是”的問題中選擇“沒有難點”的比例提升了22.72%可以得到驗證。另值得注意的是，新版的課程在實施中基本消滅了“學(xué)困生”現(xiàn)象，僅有2人（4.76%）認(rèn)為Python課程的學(xué)習(xí)難度“比較難”，有2人（4.76%）認(rèn)為Python語言有較多的學(xué)習(xí)困難之處。在Pvthon語言與圖形化編程的Scratch語言的難度比較中，選項結(jié)果發(fā)生了反轉(zhuǎn)，認(rèn)為“Python比Scratch簡單”的人數(shù)比例高達(dá)42.86%，分析其原因可能是因為修改后的課程大大降低了難度，且無須自行編寫復(fù)雜的程序，大大方便了學(xué)生的理解與操作，這說明代碼化編程語言通過一定的教學(xué)策略，其被學(xué)生的接受程度可以和圖形化編程語言相媲美。

5.2.3學(xué)習(xí)需求方面

從調(diào)查結(jié)果可以看出，六（2）班學(xué)生需求幫助的迫切性低于六（3）班與六（4）班，唯一例外的項目是對于“范例程序（源代碼）”的需求。這也從側(cè)面說明學(xué)生對于修改后的任務(wù)單中提供的源代碼持肯定態(tài)度，希望教師給予更多這樣的支持。

綜上所述，從單元測試的結(jié)果及調(diào)查問卷所反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)成效等內(nèi)容來看，各項指標(biāo)均大幅上升，因此可以認(rèn)為課程的改進(jìn)取得了積極的成效。但由于教學(xué)難度大幅降低，在實際教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)有部分優(yōu)秀學(xué)生出現(xiàn)“吃不飽”的現(xiàn)象，這一問題可作為下一階段循證實踐的研究內(nèi)容予以研究。

新時代的教育科學(xué)研究更需加強(qiáng)實證研究，而循證實踐則是實證研究過程中的強(qiáng)力助推器。希望本文能起到拋磚引玉的作用，使得更多科學(xué)、長期、系統(tǒng)的研究成果能在循證實踐中得以孵化。