高中Python课程的校本化项目教学实践与思考
2024-01-31汤琳纯
【摘 要】以推动人工智能在中学的基础教育为导向，结合学校学生的兴趣特长和社会生活实际需求，立足于学生的信息技术核心素养培养，进行Python课程校本化项目教学实践，有助于提升学生在信息社会中生存、发展和创新的能力。通过探密影视剧中的信息安全，剖析Python课程校本化项目教学的任务规划与教学实施、探索。
【关键词】Python；项目式学习；校本化项目；案例设计；编程语言教学
【中图分类号】G434 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2023）52-0089-04
【作者简介】汤琳纯，福建省福州第十八中学（福州，350025）教师，高级教师。
2017年，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，提出 “实施全民智能教育项目”，指出在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。目前的高中信息技术学科教材选择了Python作为教学的编程语言。近年来，Python作为通用的编程语言提供了允许安装第三方模块接口，能应用于很多方面，Python语言内容简洁，智能化程度高，与世界计算机语言发展趋势完全合拍，学生容易上手。
教育当以德为先、立德为本。2019年2月中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》提出推进教育现代化的八大基本理念之一就是“更加注重以德为先”。
一、Python课程校本化项目教学的目标
Python课程校本化项目设计过程中，教师根据学生的实际特点和学习规律，既要注重培养学生的计算思维，提高学生学习程序语言的兴趣，也要有意促进学生对计算思维的深度理解，提高学生的综合素质。因此，笔者在Python课程的校本化教学中，通过挖掘一些与提升文化修养、道德规范和行为自律等方面有关的活动，并将其作为学习主题进行知识单元化设计，引导学生拥有健康的技术价值追求，提高学生在信息社会中生存、发展与创新的能力。
通过调整学生对编程课程内容设计的意见和对学习案例的喜好，笔者认为，教师利用Python课程校本化项目教学要实现的“德”目标体现在以下4个方面：1.培养学生具有信息安全意识，对信息安全风险有一定的预测、判断及防范能力。2.培养学生具有信息社会秩序意识，能够遵守和维护信息法律法规和伦理道德准则，在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范，尊重知识产权。3.引导学生正视信息技术革命所带来的环境问题与人文问题，积极有效、负责任地履行个人在信息社会中的责任与义务。4.培养学生对于信息技术创新所产生的新观念和新事物，具有积极学习的态度、理性判断和负责行动的能力。
二、Python课程校本化项目教学的实施方案
笔者结合福建省福州第十八中学学生的兴趣特长和社会生活实际需求，以“故事导入→分析问题→抽象建模→构造Python语句→实践测试”为设计支架对课程教学素材进行校本化的重新整合，通过收集案例素材，优化组合，制定出Python校本课程纲要，确定校本化教材的结构和内容框架，并依据高中学生的学习规律分2个层次准备校本化项目教学内容：
1.通过简单案例学习Python语言基础知识，从宏观上建立Python语言的基本架构。
2.依托丰富的网络资源，以具体的智能项目设计为学习目标，注重知识的应用。
Python课程的校本化教学在教学实施中遵循并应用 “模仿—重复—应用—理解记忆—纠错”的学习训练策略。通过搭建ITtools 信息技术教学辅助平台来实现主要的教学网络环境，用HustOJ搭建在线练习评测系统，进行基于网络化的Python校本课程教学实践模式的实验：教学中采用以学生探究式学习为主，教师引导式教授为辅的教学模式。
三、Python课程校本化项目教学的实践案例
（一）实际案例项目学习的总规划
以《探密——影视剧中的信息安全》为项目进行Python专题探究学习，笔者根据Python知识点的安排，对项目进行了从基础到拓展的任务规划（如文末表1所示）。
从项目的准备，到实施推进，再到最后的总结，整个项目进程由易到难。学生在亲身体验程序代码功能的升级过程中，结合生活中常见的软件或硬件的升级更新现象，也慢慢地理解了编程是一个不断找茬与改进，解决问题的过程。
（二）案例项目实施过程某一课时的具体教学
以《探密——影视剧中的信息安全》专题探究的第一课时为例，整个课堂教学通过多个具体的教与学的活动展开，教学流程为问题分析→抽象建模→构造Python语句→实践测试→拓展探究。
1.教学导入
通过《悬崖之上》电影片段赏析，激发学生学习兴趣。同时影片中传递情报的方式设计灵感取自恺撒密码，由此也带入了课题内容。通过观看视频与学生进行故事情节的复盘，并用思维导图归纳出了“密码系统的结构组成”，为本节课“加密算法的确定”这一教学重难点的突破作了铺垫。
2.教学活动
（1）解密挑战
“观看微视频，请尝试着将下面这封用恺撒密码的加密信，在2分钟内完成解密，并将结果提交ITtools学习平台。”教师根据课堂的小测发现学生的问题，有的放矢地突破教学难点。
（2）思考反饋
根据活动一的挑战结果，教师根据本节课的探究任务主题“用Python语言编写凯撒密码的加密程序”，实现目标“利用密钥，将明文U 转换成密文。”进行探究活动“在ITtools学习平台上进行Python语句构造”。
学生根据教师提供的表格（如图1所示），查阅ITtools学习平台上教师提供的“知识库查阅”中的知识点，用Python语言写对应语句，在ITtools学习平台上的“思考与反馈”页面进行线上交流讨论。
在第二个环节中，ITtools平台的调查功能可以让师生实时看到思考的反馈结果，教师可以直接进行实时指导，学生也可以在提交自己的答案后，查看到他人的答案，无声胜有声地进行在线学习交流。通过活动二的学习，完成了本课重难点突破。
（3）实践测验
在ITtools学习平台上发布编程实践任务要求，学生打开Python IDLE进行编程，运行测试。实践过程中，学生可以随时查阅ITtools学习平台上教师提供的“知识库查阅”“拓展阅读”中的知识点，并利用ITtools学习平台上传提交完成的编程作业。
3.总结与评价
教师在这个环节可以引导学生通过思维导图的绘制来完成对“认知程序结构”知识体系的归纳总结。也可以通过项目阶段报告的交流，进行问题再发现，优化密码加解密程序，实现知识的延伸，为下一节课作铺垫。
四、Python课程校本化项目教学的实践思考
（一）项目主题规划，践行立德为本
1.从历史人文问题中挖掘
在影视剧《长安十二时辰》中望楼传信息的密码，我们同样可以让学生感受中华文化的魅力，激发学生的民族自信心和民族责任感。同时，培养学生的信息安全意识，引导他们对信息安全风险有一定的预测、判断及防范能力。
2.着眼当前社会的热点现象去发现
引导学生通过日常行为背后的技术应用，开展认识与探秘的项目学习。这样不仅可以很好地引导学生学会关注社会问題，从实际出发，认识“信息系统”的构建，理解信息技术与社会之间的关系，同时，还能培养学生的信息社会秩序意识，使其在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范遵守和维护信息法律法规和伦理道德准则，尊重知识产权。
Python校本课程的项目案例需要进行与时俱进的更新，以满足学生的实际需求。在具体的人工智能的应用案例分析中，教师身为课程的设计者和实施者，需要紧跟时代脉搏用新知识、新技能去武装好自己，才能不落后于时代。
（二）Python校本课程的项目学习评价
Python是编程类的课程，这类课程的知识获取和掌握需要学生多做练习，多进行实践性操作。在Python课程校本化项目教学过程中，笔者通过搭建HustOJ在线练习评测系统，给学生提供平常学习之余的辅助练习平台，学生在这个平台上根据自己需要可以进行自主评测和阶段性的学习评价测试。教师也以此作为校本课程实施的教学评价的另一参考依据。
学生通过HustOJ在线练习评测系统的应用，不仅可以增加巩固知识的新途径，还可以通过相互之间竞赛，产生不服输的情绪。学生在你追我赶中，激发出学习热情。
遵循“以Python语言校本类的课程为基础，再结合智能设计的课程为提升”为思路设计和建设的Python课程校本化项目教学，有助于中学生对人工智能产生兴趣，促进学生信息素养的培养。
责任编辑：金茂喆
