核心素養(yǎng)視域下中學(xué)編程教學(xué)實(shí)施策略

董申 冷曉莉

摘要：學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任是信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。文章闡述了編程教學(xué)與提升學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系，并就中學(xué)如何在編程教學(xué)中提升學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)提出具體策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);編程教學(xué);教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2021）S2-0093-04

研究表明，編程可以積極正向地促進(jìn)兒童的個(gè)體發(fā)展，能夠顯著地積極促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展、行為發(fā)展以及情感發(fā)展，且對(duì)學(xué)前兒童、小學(xué)生及中學(xué)生的個(gè)體發(fā)展均具有顯著的促進(jìn)作用。[1]編程教育要站在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的角度，從學(xué)生適應(yīng)社會(huì)生活、接受高等教育和未來(lái)職業(yè)發(fā)展的角度開(kāi)展編程教學(xué)。在以高度數(shù)字化、智能化為代表的新一代工業(yè)技術(shù)革命興起之時(shí)，提升學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)顯得尤為重要。

信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)核心要素，即信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任。全面提升學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)是信息技術(shù)課程的主要目標(biāo)。學(xué)科核心素養(yǎng)包括尋求問(wèn)題解決的學(xué)科思維方式、指向問(wèn)題解決的中間層及處于最底層的雙基層。[2]這意味著信息技術(shù)學(xué)科，不僅僅要傳授學(xué)生基礎(chǔ)信息技術(shù)的知識(shí)與技能，更要培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力和生存能力。

編程教學(xué)對(duì)信息素養(yǎng)的促進(jìn)作用

編程教學(xué)與信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有著密切的聯(lián)系，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的可行途徑之一。編程的過(guò)程本身就蘊(yùn)含著計(jì)算思維的思想;在編程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生可以有效開(kāi)展數(shù)字化學(xué)習(xí)，同時(shí)提升學(xué)生的創(chuàng)新能力;在編程解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生能充分感受到信息的價(jià)值，主動(dòng)地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞教幚硇畔?，意識(shí)到使用信息技術(shù)時(shí)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。在核心素養(yǎng)的視角下，編程教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)使用信息社會(huì)的思維方式和工具來(lái)解決問(wèn)題，幫助學(xué)生理解當(dāng)今數(shù)字化世界的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使其成為合格的數(shù)字公民。

編程教學(xué)中提升學(xué)生信息素養(yǎng)的實(shí)施策略

1.基于真實(shí)情境設(shè)計(jì)開(kāi)放式問(wèn)題，給予學(xué)生探究空間

學(xué)科核心素養(yǎng)的提升并不能通過(guò)簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授來(lái)實(shí)現(xiàn)，而需要學(xué)生不斷在真實(shí)情境中通過(guò)對(duì)問(wèn)題的解決逐步培養(yǎng)。在編程教學(xué)中可以設(shè)計(jì)基于真實(shí)情境的開(kāi)放式編程問(wèn)題，讓學(xué)生圍繞真實(shí)問(wèn)題，搜集信息，尋找問(wèn)題解決的方案。開(kāi)放式問(wèn)題給學(xué)生更多的探究空間，真實(shí)情境幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)與生活的關(guān)聯(lián)，兩者都能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。學(xué)生在尋找問(wèn)題解決方案的過(guò)程中，需要自覺(jué)、主動(dòng)地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)獲取信息，并采用有效策略對(duì)信息來(lái)源的可靠性、內(nèi)容的準(zhǔn)確性、指向的目的性做出合理判斷。這有助于提升學(xué)生對(duì)信息的敏感度和對(duì)信息價(jià)值的判斷力，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

探究性編程問(wèn)題舉例：在日常生活中，很多人都會(huì)在晚飯后散步，其實(shí)簡(jiǎn)單的走路是一種很不錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)減肥方式。（1）你能否設(shè)計(jì)一個(gè)程序?qū)⒉綌?shù)轉(zhuǎn)換成卡路里？（2）如果利用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)上述功能，可以怎樣設(shè)計(jì)？

在問(wèn)題（1）中，學(xué)生要分析出步數(shù)與卡路里存在怎樣的關(guān)聯(lián)，這需要查詢相關(guān)信息，建立模型，才能進(jìn)行算法設(shè)計(jì)、解決問(wèn)題。在問(wèn)題（2）中，學(xué)生在了解手機(jī)中傳感器的基礎(chǔ)上，思考如何借助手機(jī)傳感器獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)記錄步數(shù)進(jìn)而解決計(jì)算卡路里消耗的問(wèn)題。在此過(guò)程中，學(xué)生要從真實(shí)世界中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)的價(jià)值做出判斷，有助于提升學(xué)生的信息意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生作為未來(lái)的從業(yè)者對(duì)數(shù)據(jù)的敏感度和創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。

2.用程序設(shè)計(jì)IPO模式確定問(wèn)題，理清基本工作過(guò)程

程序設(shè)計(jì)方法中最常見(jiàn)、最基本的模式就是IPO模式。在編程教學(xué)中可以通過(guò)該模式明確問(wèn)題的輸入和輸出，理清程序的基本工作過(guò)程。其中I是Input程序輸入，P是Process處理，O是Output程序輸出（如圖1）。

IPO確定問(wèn)題舉例：ATM自動(dòng)取款機(jī)可以實(shí)現(xiàn)金融交易的自助服務(wù)，代替銀行柜面人員的工作。（1）請(qǐng)列舉ATM自動(dòng)取款機(jī)通常會(huì)提供哪些服務(wù)？（2）你能夠設(shè)計(jì)一個(gè)程序模擬ATM自動(dòng)取款機(jī)密碼驗(yàn)證的功能嗎？（3）你還能模擬ATM自動(dòng)取款機(jī)其他的功能嗎？

用IPO模式對(duì)第二問(wèn)進(jìn)行確定——

I輸入：測(cè)試密碼（程序的開(kāi)始）。

P處理：對(duì)密碼進(jìn)行驗(yàn)證匹配（算法）

O輸出：驗(yàn)證結(jié)果（程序展示處理成果）。

在編程教學(xué)中，教師可以通過(guò)不斷地引導(dǎo)學(xué)生用“輸入—處理—輸出”IPO模式確定問(wèn)題、分析問(wèn)題，幫助學(xué)生提升問(wèn)題界定、任務(wù)分解、特征抽象的能力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

在信息社會(huì)中，我們身邊有形形色色的信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)的基本工作過(guò)程就是輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。針對(duì)解決問(wèn)題的不同，輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的方法也有很多：常見(jiàn)的輸入有用戶手工輸入、文件輸入、網(wǎng)絡(luò)輸入、隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入等;常見(jiàn)的輸出有屏幕顯示輸出、文件輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出等。借助IPO模式，學(xué)生可以理清身邊信息系統(tǒng)的基本工作過(guò)程：系統(tǒng)的輸入是什么？系統(tǒng)的輸出是什么？系統(tǒng)在輸入與輸出之間進(jìn)行了怎樣的處理？

計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。站在學(xué)生未來(lái)發(fā)展的角度，即使學(xué)生未來(lái)不從事程序設(shè)計(jì)的工作，從使用者角度也可以借助計(jì)算思維清晰地理解身邊信息系統(tǒng)的基本工作過(guò)程。

3.“問(wèn)題鏈”支持下的自主學(xué)習(xí)，助推學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新

在編程教學(xué)中，因?yàn)閷W(xué)生的基礎(chǔ)或?qū)W習(xí)能力不同，容易出現(xiàn)教學(xué)進(jìn)度難以把握、學(xué)習(xí)效果差異大、學(xué)生失去學(xué)習(xí)動(dòng)力等問(wèn)題?；凇皢?wèn)題鏈”支持的自主學(xué)習(xí)，有助于在解決上述問(wèn)題，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)和隱性的分層。

在教學(xué)過(guò)程中，教師提前設(shè)計(jì)好一系列的學(xué)習(xí)問(wèn)題和單元任務(wù)，通過(guò)在線平臺(tái)給出學(xué)生學(xué)習(xí)的路徑和必要的學(xué)習(xí)資源，如程序示例、動(dòng)態(tài)原理圖片、測(cè)試問(wèn)題、作業(yè)任務(wù)等;學(xué)生像闖關(guān)一樣，依據(jù)教師設(shè)計(jì)的“問(wèn)題鏈”，不斷運(yùn)行或修改示例程序，自主探究、分析、解決問(wèn)題，在實(shí)踐過(guò)程中掌握相關(guān)知識(shí);解決當(dāng)前問(wèn)題后完成評(píng)測(cè)，進(jìn)入下一個(gè)問(wèn)題，最終解決所有問(wèn)題，完成單元任務(wù)。這種數(shù)字化學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程不僅幫助學(xué)生深化學(xué)習(xí)知識(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生理性思維、批判質(zhì)疑和勇于探究的科學(xué)精神，有效提升學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力。

不同階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點(diǎn)不同，“問(wèn)題鏈”的設(shè)計(jì)依據(jù)也有所不同。學(xué)習(xí)初期，教師圍繞基本的語(yǔ)句、語(yǔ)法、知識(shí)點(diǎn)，給出“問(wèn)題鏈”及示例程序，學(xué)生運(yùn)行程序后觀察運(yùn)行結(jié)果。學(xué)生在教師提出的“問(wèn)題鏈”的引導(dǎo)下，對(duì)程序的語(yǔ)句以及輸出結(jié)果進(jìn)行分析，理解語(yǔ)句含義，并通過(guò)不斷思考與嘗試解決“問(wèn)題鏈”中的問(wèn)題，來(lái)檢測(cè)知識(shí)的掌握情況。

例如，在進(jìn)行循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學(xué)時(shí)，首先給出正四邊形和五角星的程序，讓學(xué)生嘗試運(yùn)行后觀察代碼，分析for語(yǔ)句、right（）、forward（）與繪制結(jié)果的關(guān)系（問(wèn)題填空），并遷移到繪制其他多邊形（測(cè)試任務(wù)）;然后給出螺旋線，讓學(xué)生分析與繪制多邊形的不同（選擇題），進(jìn)而引入循環(huán)變量在循環(huán)體中的影響（動(dòng)態(tài)原理圖片），修改程序繪制新的螺旋線（測(cè)試任務(wù)）;最后給出多樣的螺旋紋程序示例，讓學(xué)生對(duì)比分析思考循環(huán)的意義，完成最終作品《創(chuàng)意螺旋紋》（如圖2）。

在學(xué)習(xí)中后期，問(wèn)題復(fù)雜程度加大，“問(wèn)題鏈”的設(shè)計(jì)可以圍繞計(jì)算思維的四個(gè)過(guò)程進(jìn)行。計(jì)算機(jī)思維是一種使用工具高效解決問(wèn)題的思路方法，它分為四個(gè)步驟：分解、模式識(shí)別、抽象化、算法。分解是將一個(gè)大問(wèn)題拆解成許多小的部分，這些小部分更容易理解，讓問(wèn)題更加容易解決;模式識(shí)別是識(shí)別不同問(wèn)題中的模式和趨勢(shì)（共同點(diǎn)）的過(guò)程;抽象化是看待問(wèn)題要抓住主要的本質(zhì)的東西，忽略其他的，去繁求簡(jiǎn)，從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到規(guī)律并且舉一反三將它運(yùn)用到其他的問(wèn)題中;算法是一步步解決問(wèn)題的具體過(guò)程。圍繞計(jì)算機(jī)思維的四個(gè)步驟作設(shè)計(jì)教學(xué)中的“問(wèn)題鏈”，旨在讓學(xué)生充分感受計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，并能遷移到相關(guān)問(wèn)題的解決中。

例如，世界上有多種貨幣，你能不能為銀行設(shè)計(jì)一個(gè)貨幣兌換的程序？

貨幣兌換其實(shí)包含不同幣種之間的相互轉(zhuǎn)換，如人民幣換美元、美元換人民幣，人民幣換日元、日元換人民幣，美元換日元、日元換美元等。是現(xiàn)鈔兌換，還是現(xiàn)匯兌換？過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。面對(duì)這樣的問(wèn)題，將問(wèn)題分解就顯得尤為重要。

分解：在這個(gè)問(wèn)題中，我們需要將問(wèn)題進(jìn)行分解，可將其分為現(xiàn)匯買入、現(xiàn)鈔買入、現(xiàn)匯賣出、現(xiàn)鈔賣出四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的問(wèn)題。

模式識(shí)別：整個(gè)程序分為四個(gè)子模塊，每個(gè)模塊輸入顧客手里貨幣的種類和數(shù)量，輸出兌換后貨幣的數(shù)量。

抽象化：輸出=輸入*匯率。

算法：用戶輸入需要的業(yè)務(wù)類型，手里擁有的貨幣的種類和數(shù)量，需要兌換的貨幣的種類，最后程序輸出兌換后的金額。

4.編寫程序注重用戶視角，提升學(xué)生信息社會(huì)責(zé)任

信息社會(huì)責(zé)任是指信息社會(huì)中的個(gè)體在文化修養(yǎng)、道德規(guī)范和行為自律等方面應(yīng)盡的責(zé)任。要踐行一種責(zé)任，首先需要了解這種責(zé)任的內(nèi)涵，其次需要從內(nèi)心對(duì)其認(rèn)同并內(nèi)化。[3]在編程教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生建立用戶視角，考慮程序如何設(shè)計(jì)才能在解決實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)提升用戶體驗(yàn)，并強(qiáng)調(diào)要安全并負(fù)責(zé)任地使用信息技術(shù)，如減少程序?qū)е碌陌踩[患、保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)和信息、避免侵犯他人的數(shù)據(jù)和隱私。

例如，在ATM取款機(jī)密碼驗(yàn)證的程序中，引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)置密碼輸入次數(shù)的重要意義，既要考慮到用戶操作失誤的可能性，不能只設(shè)一次，也不能不限制次數(shù)，造成密碼被暴力破解的安全隱患。在設(shè)計(jì)編寫程序解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生可以更好地理解社會(huì)責(zé)任的內(nèi)涵，并不斷內(nèi)化認(rèn)同信息社會(huì)責(zé)任感。

結(jié)語(yǔ)

編程教學(xué)要想擺脫傳統(tǒng)“程序員式”代碼編寫和語(yǔ)法學(xué)習(xí)的枯燥教學(xué)方式，就需要調(diào)整原有的教學(xué)策略并更加關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐可以得出，通過(guò)在編程教學(xué)中設(shè)置基于真實(shí)情境的開(kāi)放式問(wèn)題、利用程序設(shè)計(jì)的IPO模式理清問(wèn)題解決的過(guò)程、實(shí)現(xiàn)“問(wèn)題鏈”支持下的學(xué)生自主學(xué)習(xí)和注重用戶的視角，可以有效助推學(xué)生計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的發(fā)展，提升信息意識(shí)和信息社會(huì)責(zé)任。希望借助編程教學(xué)，為學(xué)生適應(yīng)未來(lái)社會(huì)生活、接受高等教育和未來(lái)職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也是我們信息技術(shù)教育工作者肩負(fù)的使命。

參考文獻(xiàn)：

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