核心素養視域下中學編程教學實施策略

董申 冷曉莉

摘要：學生發展核心素養是能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任是信息技術學科的核心素養。文章闡述了編程教學與提升學生信息技術學科核心素養的關系，并就中學如何在編程教學中提升學生信息技術核心素養提出具體策略。

關鍵詞：核心素養;編程教學;教學策略

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）S2-0093-04

研究表明，編程可以積極正向地促進兒童的個體發展，能夠顯著地積極促進學生的認知發展、行為發展以及情感發展，且對學前兒童、小學生及中學生的個體發展均具有顯著的促進作用。[1]編程教育要站在學生發展核心素養的角度，從學生適應社會生活、接受高等教育和未來職業發展的角度開展編程教學。在以高度數字化、智能化為代表的新一代工業技術革命興起之時，提升學生的信息技術學科核心素養顯得尤為重要。

信息技術學科的核心素養

學生發展核心素養是能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中提出高中信息技術學科核心素養的四個核心要素，即信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任。全面提升學生信息技術學科核心素養是信息技術課程的主要目標。學科核心素養包括尋求問題解決的學科思維方式、指向問題解決的中間層及處于最底層的雙基層。[2]這意味著信息技術學科，不僅僅要傳授學生基礎信息技術的知識與技能，更要培養學生的社會適應能力和生存能力。

編程教學對信息素養的促進作用

編程教學與信息技術學科核心素養的培養有著密切的聯系，是培養學生核心素養的可行途徑之一。編程的過程本身就蘊含著計算思維的思想;在編程的學習過程中，學生可以有效開展數字化學習，同時提升學生的創新能力;在編程解決實際問題的過程中，學生能充分感受到信息的價值，主動地尋求恰當的方式處理信息，意識到使用信息技術時承擔的社會責任。在核心素養的視角下，編程教學可以培養學生學會使用信息社會的思維方式和工具來解決問題，幫助學生理解當今數字化世界的運轉方式，使其成為合格的數字公民。

編程教學中提升學生信息素養的實施策略

1.基于真實情境設計開放式問題，給予學生探究空間

學科核心素養的提升并不能通過簡單的知識傳授來實現，而需要學生不斷在真實情境中通過對問題的解決逐步培養。在編程教學中可以設計基于真實情境的開放式編程問題，讓學生圍繞真實問題，搜集信息，尋找問題解決的方案。開放式問題給學生更多的探究空間，真實情境幫助學生建立學習與生活的關聯，兩者都能激發學生的學習動力。學生在尋找問題解決方案的過程中，需要自覺、主動地尋求恰當的方式來獲取信息，并采用有效策略對信息來源的可靠性、內容的準確性、指向的目的性做出合理判斷。這有助于提升學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力，并培養學生的創新能力。

探究性編程問題舉例：在日常生活中，很多人都會在晚飯后散步，其實簡單的走路是一種很不錯的運動減肥方式。（1）你能否設計一個程序將步數轉換成卡路里？（2）如果利用智能手機實現上述功能，可以怎樣設計？

在問題（1）中，學生要分析出步數與卡路里存在怎樣的關聯，這需要查詢相關信息，建立模型，才能進行算法設計、解決問題。在問題（2）中，學生在了解手機中傳感器的基礎上，思考如何借助手機傳感器獲取數據，實現通過記錄步數進而解決計算卡路里消耗的問題。在此過程中，學生要從真實世界中發現數據，并對數據的價值做出判斷，有助于提升學生的信息意識，培養學生作為未來的從業者對數據的敏感度和創造性解決問題的能力。

2.用程序設計IPO模式確定問題，理清基本工作過程

程序設計方法中最常見、最基本的模式就是IPO模式。在編程教學中可以通過該模式明確問題的輸入和輸出，理清程序的基本工作過程。其中I是Input程序輸入，P是Process處理，O是Output程序輸出（如圖1）。

IPO確定問題舉例：ATM自動取款機可以實現金融交易的自助服務，代替銀行柜面人員的工作。（1）請列舉ATM自動取款機通常會提供哪些服務？（2）你能夠設計一個程序模擬ATM自動取款機密碼驗證的功能嗎？（3）你還能模擬ATM自動取款機其他的功能嗎？

用IPO模式對第二問進行確定——

I輸入：測試密碼（程序的開始）。

P處理：對密碼進行驗證匹配（算法）

O輸出：驗證結果（程序展示處理成果）。

在編程教學中，教師可以通過不斷地引導學生用“輸入—處理—輸出”IPO模式確定問題、分析問題，幫助學生提升問題界定、任務分解、特征抽象的能力，培養學生的計算思維。

在信息社會中，我們身邊有形形色色的信息系統。信息系統的基本工作過程就是輸入數據、處理數據和輸出數據。針對解決問題的不同，輸入數據和輸出數據的方法也有很多：常見的輸入有用戶手工輸入、文件輸入、網絡輸入、隨機數據輸入等;常見的輸出有屏幕顯示輸出、文件輸出、網絡輸出等。借助IPO模式，學生可以理清身邊信息系統的基本工作過程：系統的輸入是什么？系統的輸出是什么？系統在輸入與輸出之間進行了怎樣的處理？

計算思維是個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。站在學生未來發展的角度，即使學生未來不從事程序設計的工作，從使用者角度也可以借助計算思維清晰地理解身邊信息系統的基本工作過程。

3.“問題鏈”支持下的自主學習，助推學生數字化學習與創新

在編程教學中，因為學生的基礎或學習能力不同，容易出現教學進度難以把握、學習效果差異大、學生失去學習動力等問題。基于“問題鏈”支持的自主學習，有助于在解決上述問題，同時能夠實現學生個性化學習和隱性的分層。

在教學過程中，教師提前設計好一系列的學習問題和單元任務，通過在線平臺給出學生學習的路徑和必要的學習資源，如程序示例、動態原理圖片、測試問題、作業任務等;學生像闖關一樣，依據教師設計的“問題鏈”，不斷運行或修改示例程序，自主探究、分析、解決問題，在實踐過程中掌握相關知識;解決當前問題后完成評測，進入下一個問題，最終解決所有問題，完成單元任務。這種數字化學習實踐過程不僅幫助學生深化學習知識，還培養了學生理性思維、批判質疑和勇于探究的科學精神，有效提升學生數字化學習與創新的能力。

不同階段學習內容的特點不同，“問題鏈”的設計依據也有所不同。學習初期，教師圍繞基本的語句、語法、知識點，給出“問題鏈”及示例程序，學生運行程序后觀察運行結果。學生在教師提出的“問題鏈”的引導下，對程序的語句以及輸出結果進行分析，理解語句含義，并通過不斷思考與嘗試解決“問題鏈”中的問題，來檢測知識的掌握情況。

例如，在進行循環結構的教學時，首先給出正四邊形和五角星的程序，讓學生嘗試運行后觀察代碼，分析for語句、right（）、forward（）與繪制結果的關系（問題填空），并遷移到繪制其他多邊形（測試任務）;然后給出螺旋線，讓學生分析與繪制多邊形的不同（選擇題），進而引入循環變量在循環體中的影響（動態原理圖片），修改程序繪制新的螺旋線（測試任務）;最后給出多樣的螺旋紋程序示例，讓學生對比分析思考循環的意義，完成最終作品《創意螺旋紋》（如圖2）。

在學習中后期，問題復雜程度加大，“問題鏈”的設計可以圍繞計算思維的四個過程進行。計算機思維是一種使用工具高效解決問題的思路方法，它分為四個步驟：分解、模式識別、抽象化、算法。分解是將一個大問題拆解成許多小的部分，這些小部分更容易理解，讓問題更加容易解決;模式識別是識別不同問題中的模式和趨勢（共同點）的過程;抽象化是看待問題要抓住主要的本質的東西，忽略其他的，去繁求簡，從以往的經驗中得到規律并且舉一反三將它運用到其他的問題中;算法是一步步解決問題的具體過程。圍繞計算機思維的四個步驟作設計教學中的“問題鏈”，旨在讓學生充分感受計算機解決問題的過程與方法，并能遷移到相關問題的解決中。

例如，世界上有多種貨幣，你能不能為銀行設計一個貨幣兌換的程序？

貨幣兌換其實包含不同幣種之間的相互轉換，如人民幣換美元、美元換人民幣，人民幣換日元、日元換人民幣，美元換日元、日元換美元等。是現鈔兌換，還是現匯兌換？過程相對復雜。面對這樣的問題，將問題分解就顯得尤為重要。

分解：在這個問題中，我們需要將問題進行分解，可將其分為現匯買入、現鈔買入、現匯賣出、現鈔賣出四個相對獨立的問題。

模式識別：整個程序分為四個子模塊，每個模塊輸入顧客手里貨幣的種類和數量，輸出兌換后貨幣的數量。

抽象化：輸出=輸入*匯率。

算法：用戶輸入需要的業務類型，手里擁有的貨幣的種類和數量，需要兌換的貨幣的種類，最后程序輸出兌換后的金額。

4.編寫程序注重用戶視角，提升學生信息社會責任

信息社會責任是指信息社會中的個體在文化修養、道德規范和行為自律等方面應盡的責任。要踐行一種責任，首先需要了解這種責任的內涵，其次需要從內心對其認同并內化。[3]在編程教學中，教師要引導學生建立用戶視角，考慮程序如何設計才能在解決實際問題的同時提升用戶體驗，并強調要安全并負責任地使用信息技術，如減少程序導致的安全隱患、保護用戶的數據和信息、避免侵犯他人的數據和隱私。

例如，在ATM取款機密碼驗證的程序中，引導學生思考設置密碼輸入次數的重要意義，既要考慮到用戶操作失誤的可能性，不能只設一次，也不能不限制次數，造成密碼被暴力破解的安全隱患。在設計編寫程序解決實際問題的過程中，學生可以更好地理解社會責任的內涵，并不斷內化認同信息社會責任感。

結語

編程教學要想擺脫傳統“程序員式”代碼編寫和語法學習的枯燥教學方式，就需要調整原有的教學策略并更加關注學生核心素養的發展。經過教學實踐可以得出，通過在編程教學中設置基于真實情境的開放式問題、利用程序設計的IPO模式理清問題解決的過程、實現“問題鏈”支持下的學生自主學習和注重用戶的視角，可以有效助推學生計算思維、數字化學習與創新能力的發展，提升信息意識和信息社會責任。希望借助編程教學，為學生適應未來社會生活、接受高等教育和未來職業發展奠定堅實的基礎，這也是我們信息技術教育工作者肩負的使命。

參考文獻：

[1]孫立會，胡琳琳.編程真的能促進兒童的個體發展嗎？——基于28項實驗和準實驗研究的元分析[J].華東師范大學學報（教育科學版），2021，39（11）：45-58.

[2]姚麗娟.基于學科核心素養的高中信息技術課堂教學設計與實踐研究[D].徐州：江蘇師范大學，2017.

[3]邱振華.核心素養視角下的初中編程教學研究[J].中國信息技術教育，2021（10）：109-112.