基于創客思維重塑循環程序的課堂教學策略研究

丁飛

問題背景

循環程序是江蘇省高中信息技術選修《算法與程序設計》第2章第3節的教學內容。高中數學課中也有相關內容。數學課中的循環教學重在思維，信息技術課中是“做中體驗”循環程序思維。多年來，教學延續著傳統的講、演的重復與循環。其一，對課程標準認識不夠深入，教學互動只留于程序講解與練習。其二，對程序設計的本質認識不足，學生在現實場景中無法應用，更不會在課外延用循環思路解決現實問題。其三，活動策略、活動流程、參與方式都需要創新，讓學生真正融入課堂，讓創新精神真正“落地”。其四，評價角度、評價體系與標準過于單一，沒有圍繞學生的身心發展。隨著創客文化下的開源硬件風靡全球，創客思維給了我們很好的借鑒。

創客思維

“創客”一詞源于英文“Maker”，指一群酷愛科技、熱衷實踐的人以分享技術、交流思想為樂。創客群體所體現出來的文化是：玩中創新，在玩中分享，獨立、自信、熱衷于自已的興趣。這種文化是大眾文化的變種，是一種亞文化。亞文化通常植根于有獨特興趣且抱有執著信念的人群，創客（Maker）正是這樣的一群人。以創客文化去思考，引申出“創客思維”，這種思維也根植于創客文化。這種天然“基因”將幫助我們重塑高中信息技術循環程序設計課堂教學。

基于創客思維重塑循環程序的課堂教學策略

循環程序課堂教學有著自身的特點，如教學內容邏輯性強、動手性強。基于創客思維重塑循環程序課堂教學，首先，以創客思維重塑教學中主客體角色關系。其次，對課程標準、知識原理追根溯源，為教學中類似創客“拆解”一樣拆解難點準備。再次，以創客思維方式組織課堂互動活動。最后，以創客思維方式評價學生的閃光點，倡導大家在互聯中分享成果，并且提倡二次創新。

1. 基于創客思維，改變教學觀念，重塑循環程序課堂教學

傳統教學中，高效課堂過于強調應試能力，弱化了創新能力培養。課堂的文化還是延續師講生練的思路。創客思維則完全不同，以樹莓派Raspberry Pi為例，本身就帶有“娛樂+教育”因子，倡導的是分享技術樂趣之前人人平等的原則。循環程序課堂教學也要倡導學生“玩在其中”，這種玩不是無目的地“瞎玩”。而是有方向、在教師引導下的玩。將玩味作為課堂教學中重要特色。在“玩”中將學生的興趣、個性完全釋放出來。將學生的創新力發揮出來，“玩”出各種跟老師不一樣的循環程序。這也是信息技術教育對學生個性發展的追求目標。

（1）創客思維提升學習的自主性

提升學習的自主性關鍵在于教師將課堂策略、活動圍繞學生的自身發展，給更多的時間讓學生動手、思考。通過“玩”充分帶動學生的主觀能動性、自主選擇目標、自覺學習探究。改變原先學生在學習過程中處于支配者地位、服從教師安排的被動局面，只有提升自主性，才能如同“創客”一樣帶著熱情去研究。

（2）創客思維給學生選擇權

傳統課堂練習學生沒有太多的選擇權，課堂教學活動的主旨、策略、活動、任務等是被事先安排好的，或者是通過“活動單”預先定好的任務。如學生實驗的過程一般都是從基本循環到循環嵌套。基于創客思維后我們可以先讓學生自主體驗，然后再引導學生自主探索。學生在學習過程中可以結合自己的個性，選自己喜歡的方式創新或在老師作品上二次創新。選擇權由學生來掌控。

（3）創客思維讓每位學生參與并分享成果

參與與分享也是創客思維當中的一部分，大家參與能夠從不同的角度、不同的層面表達出自己的想法。分享成果可以讓相互之間的思維撞出新火花。

2. 基于創客思維，改進課標認知，重塑循環程序課堂教學知識結構策略

正如《算法與程序設計》前言的一句“也許你對程序設計有濃厚的興趣，想了解一下程序設計到底是怎么回事；也許你夢想將來能成為一名程序設計大師”所言，第一個層次是了解原理，第二層次是如同大師一樣思考、具有大師一樣的思維方式。這正是高中信息技術選修《算法與程序設計》課程的終極目標。

（1）重塑對計算機與程序本質的認知

計算機是一種工具，是人類智力的延伸。計算機擅長做重復的事，如Word排版、Excel制表等，我們將生活中部分任務抽離出來，利用計算機加工數據。計算機擅長重復，并且高效、準確，程序就是為做重復事情并提升工作效率而產生的。處理信息的一般過程包括輸入、處理、輸出三大環節，其技術文化也影響了我們的思維方式。因此，循環程序教學中也要體現出上述的本質特點：高效、加工三步曲、對現實問題的抽象等。

（2）重塑對循環程序的本質認知

程序的本質是序列化運作，CPU硬件工作原理中通過微指令序列化順序執行。循環程序最終也是被序列化。循環的本質是通過分支語句軟模擬出來的。

基于創客思維，教學過程中要體現出上述基于技術文化的深層次特點，我們可以有如下策略來幫助學生重塑知識認知，并以此為研究方法，提升學生的創新力。

① 教學活動體現出循環程序構建思維連續性策略

以實踐中循環程序設計解決問題的思路引導學生自主探索，如程序設計目標、思維（方法論）、設計建模、精化、程序化、調整并最終得到結果。其中對于學生的主動探究過程，從實際問題轉化為循環程序的計算思維中最大的瓶頸就是建模。教學過程中忽視了流程圖的思維流程引導就等于思維中跳過了重要環節，會影響到學生的創新能力。

② 數學引入破解學生循環程序思維瓶頸策略

循環程序教學的學習瓶頸在于思維的差異。循環程序即重復做一件事是對現實問題的一種抽象，一般思維與計算思維兩種模式的鴻溝只能通過數學才能很好地突破。以循環程序為例（如圖1）。

圖1 循環程序中變量的變化

數學是程序的靈魂，教學中應授之以漁而不只是練幾個程序，注重程序創新思維的一般性方法。基于創客思維運用數學歸納法突破教學瓶頸。圖1右側中歸納總結出當i=n時，j=1，2，3……（2*n-1），總結出的內容恰恰就是嵌套循環中內循環的關鍵變量公式。學生只有掌握了精髓，才可能去嘗試新的內容，并運用這種方法去探究，做到高效、準確。

3. 基于創客思維以藝術為主題，重塑循環程序課堂教學活動策略

喬布斯的遺產之一是技術美，這種美源自對技術的藝術化表達、對生活的深入觀察分析。追求技術美反向引導技術向著極致發展，追求美是人性特點、人生價值的體現。當然，循環程序課中也不是只有枯燥的代碼與數字（如圖2）。

圖2 幾種循環打印效果圖

如同小學美術課上的幾何圖形一樣，重復同樣圖形產生特別的視覺效果。這就是一種技術美，是通過程序生成的幾何圖形——對稱、致簡、規整。

（1）以技術美為中心重塑教學活動——不是創造循環程序，是創造美

教學引導學生學會思考、以計算思維的方式創新；我們的教學引導學生實踐、思考并倡導創造出美、愛與幸福等，這才是培養大師級人物所必須要體現的策略思路。創客們的代表作品無一不體現出這種技術美。

以技術美展示教師自己的作品，并講解原理與實現過程。以2～3個不同的循環程序作品讓學生練習中體驗、整理習得知識，最后通過習得的知識經驗去改進現有的循環程序，創作屬于自己的幾何圖形。最后分享自己的作品，并評價自己作品美在哪里以及實現的特點。

（2）以資源平臺為中心，打造校友之間的分享與溝通平臺

學生在分享以美為主題的作品時，越大的圈子會匯聚越多的亮點。通過分享促進校內學生之間的交流，碰撞出更多的思想火花，讓循環程序的美在更多的學生心中種下美好的種子。

4. 基于創客思維重塑循環程序課堂教學評價策略

（1）評價標準

循環程序的課堂評價，要以鼓勵學生實踐、思考、創造美為導向。程序本身沒有錯誤，不能達到設計目標的程序恰恰應該成為學生自主探究的開始。并且學生自主選擇與創造自己的作品時，達成過程中也許會有新的想法。因此，評價目標旨在引導學生創新，也是創客思維的核心。

（2）評價形式

雖然微課、慕課等在線平臺盛行，但還是無法替代人與人之間的互動評價所帶來的效果，如表情、語言、語調、肢體語言等。因此以課堂人與人之間評價為主，以學生之間的評價為輔，提高學生的學習熱情。

（3）評價角度

評價的角度要有多樣性，要體現出如藝術、效率、程序易讀性等多樣的評價角度。評價角度立足于提升學生全方面身心發展為目標。

結 論

基于創客思維的循環程序設計策略體現出創客文化的特色：玩中創新、玩中分享、平等自信。循環程序體現一種抽象的思維方式，以創客思維重塑課堂后化為一件件作品。換一種角度、換一種思維。如果我們把每次課堂教學都視為獨一無二的作品，我們也可以以創客思維去重構我們整個課堂教學。

（作者單位：江蘇平潮高級中學）