信息技术核心素养下培养中学生计算思维能力的策略研究
2021-12-03李妙贞
李妙贞
【摘要】随着信息技术课程改革的深入，培养学生核心素养的教育已经成为必然趋势。在新课标中“计算思维”是信息技术学科需要重点培养的核心素养。引起许多一线教师的关注，但部分初中信息技术课程还是以传统的讲演练为主，不利于培养学生的核心素养。本文着重于计算思维的表现以及培养策略，以Python程序设计教学为例，探讨初中的信息技术课堂的培养学生计算思维的教学步骤，最终促进学生核心素养的培养。
【关键词】核心素养;计算思维;Python 培养步骤
一、问题提出
新一轮课改将我国基础教育的总目标落实到“学生发展核心素养”，引起越来越多一线教师的关注。但在城郊初中的信息技术课堂上，部分教师对培养学生的信息技术核心素养不够重视，教师对计算思维理解有所欠缺，还是以传统的“讲演练”为主要的教学模式。
核心素养是学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。信息技术的核心素养分为：信息意识，计算思维，数字化学习与创新和信息社会责任。新课标指出，计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。在新课标中“计算思维”是信息技术学科需要重点培养的核心素养。北京师范大学黄荣怀教授认为计算思维的表现包括：依据计算机解决问题的方法，将问题形式化;抽象问题特征，建立结构模型，对数据进行分析和组织;形成利用数字化工具自动解决问题的方案，并对其优化和完善;对解决问题的方案系统化，迁移至相类似问题解决中。
因此，需要开展信息技术核心素养下的计算思维能力培养研究。
二、基于计算思维的Python程序设计教学策略
（一）问题策略，发展学生解决问题的能力
问题策略是将学习整合到真实世界问题的解决中，引导学生学习必备知识和查找资料，以此为基础探索问题解决的原因和条件等，逐渐梳理出问题解决的方向、思路和方法。在Python程序设计教学中，教师引导学生运用计算机学科方法思考问题有利于培养学生的计算思维。教师可以在“良构问题”的基础上设计有利于培养学生计算思维的“劣构问题”。
良构问题指的是问题的解决一般只有一个满意的答案。在刚接触Python程序设计的时候，教师应该多设置良构的问题，使学生能通过简单的程序解决问题，增强学生学习的信心。如求圆的面积或周长等，学生输入半径后能马上在屏幕看到运行的结果，激发学生的学习兴趣，发展学生通过计算机解决问题的能力。
劣构问题通常是实际的问题，没有标准的答案或者唯一的方法。为了解决问题，学生往往需要在掌握一些必要的知识的前提下再通过小组讨论或者上网查找信息等多种途径去解决问题。如小明记录的一个六位数字密码202XX6，中间两位数字被雨水淋湿了，怎样帮助小明找回密码呢？劣构问题具有发散性和多样性的特征，教师巧妙地设置劣构问题更加能提高学生计算思维能力。
（二）游戏策略，促进学生体验算法思维
教师精心设计与学习目标相关的游戏任务，有利于让学生在轻松的氛围中学习和体会编程算法，还可以调动学生的创造力和动手能力。这种寓教于乐的教学方法可以让学生享受愉快的学习体验，使学生更积极地参与到学习过程中。
如学习循环结构的时候，教师可以用一个“踩雷游戏”导入新课，让学生运行Python小游戏，输入姓周的明星，直到学生猜到“周杰伦”的时候，游戏结束。接着教师可以打开小游戏的代码，让学生进行分析。然后通过任务驱动的方式修改代码，形成其他的小程序。通过游戏，让学生更直观感受程序的魅力，从修改代码中，体验算法思维。
（三）拓展策略，促进学生学习的迁移
拓展策略强调学习内容不应拘泥于常规的书本教学，而是向社会学习，向网络拓展，使学习内容在更广阔的背景下获得多方位的充实和增加。在拓展学习中，学生可以尝试多种学习方式，优化学习策略，充实学习方法，促进学习的迁移。如学习Python的turtle库时，学生利用for循环变量 in range（循环次数）画出了四边形，教师可以引导学生拓展，用类似的方法画出六边形或者八边形。教师还可以引导学生在网络上搜索自己感兴趣的代码（如画蟒蛇等），画出自己想画的图形。通过拓展的任务，促进学生的学习迁移。
三、利用Python程序设计教学培养学生的计算思维能力的教學实践
现以广州版《信息技术》教科书第二册第二章的《分支结构——让机器学会做选择》教学案例来阐述教师如何在课堂中培养学生的计算思维。本节课的教学目标：掌握条件语句的格式（多选一），体会条件语句在生活和程序中的应用。
（一）确定问题，并尝试利用计算机来帮助解决问题
教师创设问题情境，广东最严的限电令颁布与实施，要求大家错峰用电，节约用电。现在城中村的房东要对租户收缴电费，每月200度以内（含200度）每度电0.6元，200至500度（含500度）之间每度电0.7元，超过500度的每度电0.9元。提问学生怎样帮助房东能更便捷地收钱呢？方案一，根据租户的用电量，用计算器算出电费。方案二，输入用电量，通过程序算出电费。帮助学生建立尝试利用计算机来帮助解决问题的意识。
（二）符合逻辑地组织和分析数据，通过抽象的方法呈现数据
学生根据学案的内容发现租户用电量的数据是不一样的，教师可以引导学生把数据进行分类，并且不同类别的数据使用不一样的公式进行计算。学生分组讨论，并且用数学的思维分析数据。假如用电量用变量T表示，电费用变量S表示，那么T的取值有三种情况，分别是T<=200，200
（三）通过算法思想，制定解决问题的方案
教师提出任务一，请学生根据数据分析的结果，梳理问题解决的步骤：1.先输入一个用电量;2.判断用电量属于哪个分支;3.根据分支计算电费;4.输出电费。要求学生利用f-Chart流程圖工具画出流程图。如图1所示。
（四）评估方案，形成代码以实现步骤和资源的有效整合
学生根据导学案提示的内容，评估计算电费的两个方案。一致认为利用Python设计的程序能更快捷地解决问题。教师进而提出任务二，让学生打开程序界面，修改编号的地方，完善代码。提示学生①②③代码部分是多选一分支结构的关键字（注意多分支的不同写法），④⑤⑥代码部分是流程图分析的不同用电量所对应的公式。学生能通过导学案的内容较轻松地完成代码，并且调试运行程序。对于学习能力较强的同学，老师鼓励学生纠错并且继续优化程序，目前这个程序运行一次只能计算出一个租客的电费，怎样才能使程序重复运行N次（有N个租客），或者让程序一直运行直到用户退出。为下一节循环结构做铺垫，也让学习能力较强的同学预习下一节课的内容。
（五）把这种问题解决的过程迁移到类似的问题当中
学生根据导学案的提示继续完成完成任务三。设计一个停车场收费程序。收费标准如下：半小时内免费;超过半小时的按每小时2.5元计算;封顶15元。引导学生先对时间进行划分，然后模仿计算电费的方法计算停车费。另外对于学习能力较强的同学再提供拓展任务。双十一网上打折活动快要到了（买两件打九折，三件打八折，如此类推，最低五折），怎么付款最划算。鼓励学生把问题解决的过程迁移到类似的问题当中，形成解决问题的计算思维。
四、结束语
综上所述，Python程序设计课程是初中生计算思维培养的重要阵地，但培养学生的计算思维不是一蹴而就的，需要广大教师们立足学生实际，采取合适有效的教学策略，在Python程序教学的过程中潜移默化地培养学生处理问题的基本方法和步骤，从而培养学生的计算思维，最终培养学生的信息技术核心素养。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社
[2]穆肃.在线深度学习活动设计与实践[M].广州：广东教育出版社，2021（202）
[3]王荣良.计算思维教育[M].上海：上海科技教育出版社，2014（127）
（责任编辑：梁慧婵）
