如何做好算法與程序實現教學的知識儲備

朱坤

老子在《道德經》中有云：“天地之間，其猶橐籥乎？虛而不屈，動而愈出。”世界是不斷發展的，萬物是不斷變化的，信息技術課程也是如此，只是它變化得更快而已。面對變化的課程，我們往往會疲憊，所以要不斷地“充值”，才能夠自如地在變革的大潮中乘風破浪。

隨著《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱課標）的頒布，以及高中信息技術新教材的使用，高中信息技術學科新一輪課程改革的內容已經明確。相比2003版的課標和教材，2017版變化顯著。變化一：必修模塊一“數據與計算”中將算法與程序實現作為重點，其內容的廣度和深度都遠高于上一輪的課標要求;變化二：新一輪教材所采用的編程語言為Python，這是大部分教師沒有學習過的純代碼編程語言。算法和Python語言涉及的知識非常廣泛，教師應該學習哪些內容？達到什么程度？如何學習？這些都是信息技術教師面對的主要問題。筆者從2017年開始學習Python編程語言，同時開始教學嘗試，經過實踐，認為信息技術教師可以從以下幾方面做好知識儲備。

● 研讀課程標準，儲備學科學習方向性的知識

課標從內容要求、教學提示和學業要求等方面，對算法與程序實現提出了要求和建議。我們可以從中提煉出本學科學習的方向，明確學習的知識框架。例如，從內容要求中的“掌握一種程序設計語言的基本知識，使用程序設計語言實現簡單算法”這句話，我們可以提煉出“程序設計語言的基本知識有哪些呢？在Python中對應的內容是什么？”“簡單算法包括哪些內容？如何用Python實現相應的算法？”等學習方向。再如，從教學提示中的“通過編程實現枚舉法中的‘百錢買百雞等經典案例，體驗程序設計的基本過程，學習程序設計的基本方法”這句話，我們可以提煉出“其他的枚舉算法經典案例是什么？用Python如何實現呢？”“枚舉算法之外的簡單算法和經典案例是什么？用Python如何實現？”“程序設計的基本過程和基本方法是什么？”等學習方向。

通過這樣細致地研讀課標，提煉出具體的問題，便可以明確應該儲備知識的框架，然后按照這個框架，明確學習的方向性知識。在新版教材研讀中，教師可以此為依據，有針對性地在教材中尋找答案，以便更好地分析教材、使用教材。

● 熟讀教材，儲備勝任學科基礎教學的知識

對課標的研讀只能明確學習的框架和方向，而教材是對課標較為精準的解讀和具體化呈現，因此熟讀教材梳理知識點，能夠明確具體的學習內容。

不同出版社的教材有不同的風格和定位，在具體的內容組織上會有所差異。例如，某版教材將知識全部融入到項目中，在做中學;另一版本教材先提出項目，再介紹知識，最后利用知識完成項目。某版教材涉及turtle、time、math、sinomaps、jieba等5個模塊;另一版本教材涉及math、random和Image等3個模塊……教師可將多個版本的教材利用思維導圖梳理知識點，進行對比綜合，形成知識脈絡圖，進而進行針對性學習，增加教學知識儲備。

學習Python時需著重關注in操作符、列表和字典等序列類型及模塊的應用，這是Python區別于其他編程語言的主要內容。例如，圖1所示是使用in操作符和列表判斷生字的小程序，“ok_word”是一個存放學過的字的列表，“if i in ok_word”表示如果“ok_word”列表中存在“i”。這種用法非常簡潔地實現了在c++等其他編程語言中需要使用循環遍歷才能實現的功能。

● 挖掘教材，儲備適應學生個性化需求的知識

課標提倡項目學習，教材中的范例都是基于生活情境的小項目，這些小項目一般具有一定的挖掘空間。例如，筆者看到某版教材中的范例“最強大腦”游戲時，第一反應是應該增加“如果輸入超時便結束游戲”的功能。為了實現這個功能，筆者多方查找資料，最終找到了解決問題的方法。在查找資料的過程中，筆者知道了shell和命令行下運行Python代碼可能得到不同的結果，知道了還有sys、msvcrt等模塊可能會在教學中用到，知道了print（）命令flush參數的作用等Python知識。這些知識是教材沒有直接體現的，如果不進行教材范例的挖掘是無法發現的。

雖然挖掘教材范例需要的知識不是教學必備的，但卻可以在解決學生層次差異、引導學生深入學習、激發學生學習興趣、預防課堂“尷尬”等方面發揮一定的作用。這部分的知識儲備有一定的不確定性和難度，需要教師在準備教學時充分考慮，提前準備，也需要關注學生課堂上提出的問題，不斷積累，以滿足學生的個性化需求。

● 拓展教材，儲備提升學科魅力的知識

教學的重要目標之一是在學生心中種下一粒種子，使其慢慢發芽、生根、長大、開花、結果。這粒種子需要使用一些“魅力”知識來播種，而“魅力”知識僅從教材中獲得是不夠的，需要教師進行拓展。

例如，圖2和圖3是求解非線性方程組和繪制3D等高線的代碼及運行結果圖。兩個例子分別涉及數學學科和地理學科知識，短短的十幾行代碼就能夠解決較為復雜的學科問題，對學生的觸動是可想而知的。如果教師能夠“輕而易舉”地給學生呈現這樣的跨學科應用范例，那粒種子一定會深深植入學生心田。

這方面的知識儲備需要在具備前面的知識儲備后，在充分利用網絡資源尋找范例、閱讀代碼、修改代碼的過程中逐步提升。儲備這些知識時需要注意教材是教學的重要依據。教材所承載的知識、思維和理念是源自課標的，教師在修改范例甚至自行設計范例時，不能脫離這三方面內容。同時要牢記，算法與程序實現的教學核心不在語法，也不在算法，而在思維。算法是思維的表現，語法是實現算法的工具。

總之，儲備算法與程序實現教學知識的過程不是一蹴而就的。教師需要立足課標，依托教材，從教學需求出發，明確方向，充分利用信息技術手段循序漸進、有的放矢地進行。

本文為哈爾濱市教育學會“十三五”教育科學規劃重點課題“普通高中算法與程序實現單元教學實踐研究”（課題編號：HXHXZ-135-001）研究成果。