信息技術(shù)核心素養(yǎng)下培養(yǎng)中學生計算思維能力的策略研究

李妙貞

【摘要】隨著信息技術(shù)課程改革的深入，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的教育已經(jīng)成為必然趨勢。在新課標中“計算思維”是信息技術(shù)學科需要重點培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。引起許多一線教師的關(guān)注，但部分初中信息技術(shù)課程還是以傳統(tǒng)的講演練為主，不利于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。本文著重于計算思維的表現(xiàn)以及培養(yǎng)策略，以Python程序設(shè)計教學為例，探討初中的信息技術(shù)課堂的培養(yǎng)學生計算思維的教學步驟，最終促進學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng);計算思維;Python 培養(yǎng)步驟

一、問題提出

新一輪課改將我國基礎(chǔ)教育的總目標落實到“學生發(fā)展核心素養(yǎng)”，引起越來越多一線教師的關(guān)注。但在城郊初中的信息技術(shù)課堂上，部分教師對培養(yǎng)學生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)不夠重視，教師對計算思維理解有所欠缺，還是以傳統(tǒng)的“講演練”為主要的教學模式。

核心素養(yǎng)是學生應具備的、能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。信息技術(shù)的核心素養(yǎng)分為：信息意識，計算思維，數(shù)字化學習與創(chuàng)新和信息社會責任。新課標指出，計算思維是指個體運用計算機科學領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。在新課標中“計算思維”是信息技術(shù)學科需要重點培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。北京師范大學黃榮懷教授認為計算思維的表現(xiàn)包括：依據(jù)計算機解決問題的方法，將問題形式化;抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，對數(shù)據(jù)進行分析和組織;形成利用數(shù)字化工具自動解決問題的方案，并對其優(yōu)化和完善;對解決問題的方案系統(tǒng)化，遷移至相類似問題解決中。

因此，需要開展信息技術(shù)核心素養(yǎng)下的計算思維能力培養(yǎng)研究。

二、基于計算思維的Python程序設(shè)計教學策略

（一）問題策略，發(fā)展學生解決問題的能力

問題策略是將學習整合到真實世界問題的解決中，引導學生學習必備知識和查找資料，以此為基礎(chǔ)探索問題解決的原因和條件等，逐漸梳理出問題解決的方向、思路和方法。在Python程序設(shè)計教學中，教師引導學生運用計算機學科方法思考問題有利于培養(yǎng)學生的計算思維。教師可以在“良構(gòu)問題”的基礎(chǔ)上設(shè)計有利于培養(yǎng)學生計算思維的“劣構(gòu)問題”。

良構(gòu)問題指的是問題的解決一般只有一個滿意的答案。在剛接觸Python程序設(shè)計的時候，教師應該多設(shè)置良構(gòu)的問題，使學生能通過簡單的程序解決問題，增強學生學習的信心。如求圓的面積或周長等，學生輸入半徑后能馬上在屏幕看到運行的結(jié)果，激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)展學生通過計算機解決問題的能力。

劣構(gòu)問題通常是實際的問題，沒有標準的答案或者唯一的方法。為了解決問題，學生往往需要在掌握一些必要的知識的前提下再通過小組討論或者上網(wǎng)查找信息等多種途徑去解決問題。如小明記錄的一個六位數(shù)字密碼202XX6，中間兩位數(shù)字被雨水淋濕了，怎樣幫助小明找回密碼呢？劣構(gòu)問題具有發(fā)散性和多樣性的特征，教師巧妙地設(shè)置劣構(gòu)問題更加能提高學生計算思維能力。

（二）游戲策略，促進學生體驗算法思維

教師精心設(shè)計與學習目標相關(guān)的游戲任務(wù)，有利于讓學生在輕松的氛圍中學習和體會編程算法，還可以調(diào)動學生的創(chuàng)造力和動手能力。這種寓教于樂的教學方法可以讓學生享受愉快的學習體驗，使學生更積極地參與到學習過程中。

如學習循環(huán)結(jié)構(gòu)的時候，教師可以用一個“踩雷游戲”導入新課，讓學生運行Python小游戲，輸入姓周的明星，直到學生猜到“周杰倫”的時候，游戲結(jié)束。接著教師可以打開小游戲的代碼，讓學生進行分析。然后通過任務(wù)驅(qū)動的方式修改代碼，形成其他的小程序。通過游戲，讓學生更直觀感受程序的魅力，從修改代碼中，體驗算法思維。

（三）拓展策略，促進學生學習的遷移

拓展策略強調(diào)學習內(nèi)容不應拘泥于常規(guī)的書本教學，而是向社會學習，向網(wǎng)絡(luò)拓展，使學習內(nèi)容在更廣闊的背景下獲得多方位的充實和增加。在拓展學習中，學生可以嘗試多種學習方式，優(yōu)化學習策略，充實學習方法，促進學習的遷移。如學習Python的turtle庫時，學生利用for循環(huán)變量 in range（循環(huán)次數(shù)）畫出了四邊形，教師可以引導學生拓展，用類似的方法畫出六邊形或者八邊形。教師還可以引導學生在網(wǎng)絡(luò)上搜索自己感興趣的代碼（如畫蟒蛇等），畫出自己想畫的圖形。通過拓展的任務(wù)，促進學生的學習遷移。

三、利用Python程序設(shè)計教學培養(yǎng)學生的計算思維能力的教學實踐

現(xiàn)以廣州版《信息技術(shù)》教科書第二冊第二章的《分支結(jié)構(gòu)——讓機器學會做選擇》教學案例來闡述教師如何在課堂中培養(yǎng)學生的計算思維。本節(jié)課的教學目標：掌握條件語句的格式（多選一），體會條件語句在生活和程序中的應用。

（一）確定問題，并嘗試利用計算機來幫助解決問題

教師創(chuàng)設(shè)問題情境，廣東最嚴的限電令頒布與實施，要求大家錯峰用電，節(jié)約用電?，F(xiàn)在城中村的房東要對租戶收繳電費，每月200度以內(nèi)（含200度）每度電0.6元，200至500度（含500度）之間每度電0.7元，超過500度的每度電0.9元。提問學生怎樣幫助房東能更便捷地收錢呢？方案一，根據(jù)租戶的用電量，用計算器算出電費。方案二，輸入用電量，通過程序算出電費。幫助學生建立嘗試利用計算機來幫助解決問題的意識。

（二）符合邏輯地組織和分析數(shù)據(jù)，通過抽象的方法呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

學生根據(jù)學案的內(nèi)容發(fā)現(xiàn)租戶用電量的數(shù)據(jù)是不一樣的，教師可以引導學生把數(shù)據(jù)進行分類，并且不同類別的數(shù)據(jù)使用不一樣的公式進行計算。學生分組討論，并且用數(shù)學的思維分析數(shù)據(jù)。假如用電量用變量T表示，電費用變量S表示，那么T的取值有三種情況，分別是T<=200，200500.并且當T<=200時，S=0.6*T;當200500時，S=0.9*T.學生把結(jié)論寫在導學案上。

（三）通過算法思想，制定解決問題的方案

教師提出任務(wù)一，請學生根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，梳理問題解決的步驟：1.先輸入一個用電量;2.判斷用電量屬于哪個分支;3.根據(jù)分支計算電費;4.輸出電費。要求學生利用f-Chart流程圖工具畫出流程圖。如圖1所示。

（四）評估方案，形成代碼以實現(xiàn)步驟和資源的有效整合

學生根據(jù)導學案提示的內(nèi)容，評估計算電費的兩個方案。一致認為利用Python設(shè)計的程序能更快捷地解決問題。教師進而提出任務(wù)二，讓學生打開程序界面，修改編號的地方，完善代碼。提示學生①②③代碼部分是多選一分支結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵字（注意多分支的不同寫法），④⑤⑥代碼部分是流程圖分析的不同用電量所對應的公式。學生能通過導學案的內(nèi)容較輕松地完成代碼，并且調(diào)試運行程序。對于學習能力較強的同學，老師鼓勵學生糾錯并且繼續(xù)優(yōu)化程序，目前這個程序運行一次只能計算出一個租客的電費，怎樣才能使程序重復運行N次（有N個租客），或者讓程序一直運行直到用戶退出。為下一節(jié)循環(huán)結(jié)構(gòu)做鋪墊，也讓學習能力較強的同學預習下一節(jié)課的內(nèi)容。

（五）把這種問題解決的過程遷移到類似的問題當中

學生根據(jù)導學案的提示繼續(xù)完成完成任務(wù)三。設(shè)計一個停車場收費程序。收費標準如下：半小時內(nèi)免費;超過半小時的按每小時2.5元計算;封頂15元。引導學生先對時間進行劃分，然后模仿計算電費的方法計算停車費。另外對于學習能力較強的同學再提供拓展任務(wù)。雙十一網(wǎng)上打折活動快要到了（買兩件打九折，三件打八折，如此類推，最低五折），怎么付款最劃算。鼓勵學生把問題解決的過程遷移到類似的問題當中，形成解決問題的計算思維。

四、結(jié)束語

綜上所述，Python程序設(shè)計課程是初中生計算思維培養(yǎng)的重要陣地，但培養(yǎng)學生的計算思維不是一蹴而就的，需要廣大教師們立足學生實際，采取合適有效的教學策略，在Python程序教學的過程中潛移默化地培養(yǎng)學生處理問題的基本方法和步驟，從而培養(yǎng)學生的計算思維，最終培養(yǎng)學生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

【參考文獻】

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（責任編輯：梁慧嬋）