結構化視野下的大單元整合設計提升教學有效性

曹偉

隨著信息社會的高速發展，人們日常獲取信息的方式和容量也發生了翻天覆地的變化。結構化的認知與思維方式成為海量信息時代獲取與篩選信息的重要手段。本文以小學信息技術校本教材《Python趣味畫圖》為例，從結構化的視野來剖析大單元知識整合設計與課程整體框架的架構組成，試圖從結構化的視角來整合與劃分知識體系，實現知識與能力的高效融合與提升，最終落實大單元整合框架下的課程設計目標。

●教材設計思路與理念

“Python趣味畫圖”是基于大單元整體框架設計理念形成的一套理論與實踐相結合的項目式課程體系，在編寫過程中采用結構化的方式來組織課程設計與整合知識。

1.從知識結構、技能結構到思維結構的設計思路

該課程從程序設計的五個主要方面來組織內容和建構知識圖譜，這五個方面分別是Python編程環境、變量與數據類型、數據運算、流程控制以及字符串與函數等功能。在學習一門編程語言時，其基礎均可從這五個方面展開。如Scratch程序設計雖然是圖形化積木式編程方式，但其教學核心內容也可以是這五個方面，只是圖形化編程的原因讓很多教師和學生在開展教學活動或者學習該內容時忽視了從程序設計的角度來分析和審視問題。“Python趣味畫圖”是代碼編程，通過畫圖的方式來學習編程。從課程實踐性角度來看，該課程還是一套基于項目活動的課程體系，學生學完該課程最終能夠畫出自己的創意作品。該校本教材的知識點緊緊圍繞實現奧運五環圖這一項目目標展開，這種基于結構化的設計思維與大單元整合式課程設計不僅可以明確學習目標，增強趣味性，而且能夠提升學生的思維能力與解決問題的能力。

2.針對知識結構、技能結構、思維結構的細化設計

我們可以從知識結構、技能結構、思維結構這三個維度來劃分“Python趣味畫圖”課程目標結構，讓課程內容更加科學和直觀呈現。此外，從大單元知識整合與框架設計的角度來分析，可以發現從這三個維度劃分的知識、技能、思維等是結構化的，具有大單元設計的高度（如上頁表1）。

值得關注的是，Python代碼編程方式更加突出問題的解決過程。閱讀一個良好的Python程序感覺就像是在讀英語一樣，Python編程使學生能夠專注于解決問題而不是去搞明白語言本身。而Scratch圖形化編程不用記語法，不需要會英語，只需要用鼠標拖動模塊到腳本區，像搭積木一樣就能實現編程，相對而言更適合小學低中年級的學生學習。

3.基于結構化的學習過程設計

基于結構化的課程框架設計，從一個個小的分支問題到一個小的項目問題的解決，最終形成一個整體。學生學完該課程要能夠完成圖形繪制，從項目被分解后的小問題展開探究，從最基礎的Python交互開始，到程序設計中的變量、畫筆屬性設置，以及結構化程序設計的流程控制，缺一不可。知識遷移與應用是結構化學習的高階部分，如程序設計中的流程控制方式有三種，分別是順序結構、選擇結構、循環結構。這三種流程控制方式，從本質上來說就是問題的解決方式，在數學應用型問題的求解中，稍微復雜的問題都需要使用條件結構和循環結構，更復雜的問題無非就是幾種結構進行嵌套和復用。因此，在規劃和設計該校本教材時充分考慮了學科之間的融合與發展。

課程目標是實現創意圖形（以奧運五環圖為例）的項目。從畫圖方法上來說主要分為兩種畫法，分別是分步畫圖法和函數畫圖法。而從技能掌握方面來看，學生需要掌握Python中的人機交互、畫筆屬性設置、程序流程控制等技能。從大單元設計角度來看，項目式教學中有兩條主線，一條是知識與技能主線，另一條是思維方式主線，即通過兩種不同的方式實現畫圖。

此外，還可以根據李藝和鐘柏昌教授提出的核心素養的三層架構將畫五環圖項目進行分解，這樣可以明確完成項目所需的知識與技能以及思維方法（如表2）。在課程學習過程中，我們通過不斷的項目優化與迭代，幫助學生逐步掌握程序設計理念，培養學生算法思維，最終讓學生形成解決問題的內驅力，幫助學生更好的發展。

●教材整體分析

目前，在小學階段開展的編程教學所用的主流的編程教學軟件都是圖形化的積木式編程方式，《Python趣味畫圖》校本教材正是在這種情況下，通過不斷的摸索和實踐才最終完成。整個課程圍繞海龜畫圖這一教學主線展開。從知識與技能角度來看，海龜畫圖主要分為控制方向、畫筆顏色、畫筆大小、畫筆狀態以及移動位置。這幾個方面都是控制海龜畫圖時海龜的狀態、位置以及畫筆屬性等，而在設計整個大的單元框架時主要圍繞這幾個方面展開，學生要想實現畫圖就必須掌握以上海龜的基本屬性設置，因此嘗試將海龜畫五環圖項目進行了分解，通過一個個小的問題來逐步實現綜合項目。

《Python趣味畫圖》主要是利用畫圖的方式學習編程，海龜就成了Python編程的重要角色，控制海龜就成了熟練掌握Python畫圖基礎的重要內容。另外，在海龜畫圖過程中學生通過不斷的優化迭代，實現問題解決最優化以及項目目標簡單化。

●案例簡析

大單元的結構化框架設計，能夠有效提升教學有效性，使教學目標更加明確，學生的知識與技能以及思維能力將在學習過程中得到很好的培養。學生掌握了海龜移動命令和畫筆控制命令后，可以畫各種常見的基礎圖形，如三角形、正方形、長方形、圓形等。我們針對總目標“繪制機器貓”的結構化整體設計了三個案例，從易到難，步步推進，逐步達成最終的作品。每一個案例，都是整體作品設計的一個環節或部分，既獨立成體，又相互關聯，體現出很強的結構化特點。

案例1：畫一個邊長為60的三角形（如圖1）。

案例2：畫一個邊長為60的正方形，并填充為紅色，邊框為藍色（如圖2）。

案例3：畫一個由三角形、長方形、圓形等組成的機器“貓”圖案（如圖3）。

蒼山點題

對于編程教育尤其是低年級的編程教育來說，教學目標與教學策略是一個見仁見智的問題。但也正是這見仁見智催生出眾多的個性化的教學設計，以適應校本的教學。本期解碼兩篇文章，就很好地結合了本地情況，從不同的角度去整體設計編程教學。

第一篇文章，作者融入設計思維設計Scratch大單元教學模型，從“定義”確定主題、“發現”明確需求、“總結”構思方案、“制作原型”編程實現到“測試反饋”互玩交流，形成了順暢而有效的教學模式，并由此深入到每一課時的環節設計中去。當然，該模型在每節的側重尚有進一步論證的空間。

第二篇文章，作者結合自己經過三年教學實踐檢驗的校本課程，介紹了在小學中高年級如何從圖形著手進行代碼教學的經驗，該課程主要突破了在小學中開展代碼教學的認知瓶頸，借鑒圖形繪制，充分運用海龜作圖命令，構建結構化的教學內容與教學策略，讓算法教學可見、有趣、生動，并且通過歸納、提升等方式逐步優化、拓展算法應用，值得我們借鑒。

近期文章都是通過公開征集、多次研討形成的，這些文章從質量到教學的實用性上來說都具有較好的水準，也期望更多的老師把自己的實踐成果提供給大家學習與交流，為課程建設添磚加瓦。