基于計(jì)算思維培養(yǎng)的信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)初探

王智慧

在信息技術(shù)核心素養(yǎng)落實(shí)的過程中，有一種誤解是將計(jì)算思維教育簡(jiǎn)化為“編程學(xué)習(xí)”，落實(shí)在教學(xué)中就被有些教師理解為只要開展程序設(shè)計(jì)課，就被視為培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。

筆者認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維就是培養(yǎng)學(xué)生用這個(gè)時(shí)代的思維去處理這個(gè)時(shí)代的事情，讓學(xué)生體驗(yàn)一個(gè)完整的處理問題的過程。具體到程序設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，就是讓學(xué)生清楚遇到的問題是什么，這個(gè)問題怎么解決，用程序如何實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)后如何優(yōu)化，優(yōu)化后是否能遷移到其他領(lǐng)域的問題解決中，形成“計(jì)算思維+”的過程。要落實(shí)計(jì)算思維，需要信息技術(shù)教師在程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)中下功夫，本文以“編程解決問題——拋硬幣問題”一課為例進(jìn)行了探究。

一、指向核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

指向核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)既要符合常規(guī)教學(xué)目標(biāo)，即知識(shí)目標(biāo)符合信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書基本要求，水平符合學(xué)生已有基礎(chǔ)，又要以核心知識(shí)為載體，指向?qū)W生對(duì)學(xué)科思想和方法的理解，指向遷移應(yīng)用所學(xué)知識(shí)、方法和技能去解決新問題的能力。

結(jié)合“編程解決問題——拋硬幣問題”一課內(nèi)容及學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平，教師確定了兩個(gè)教學(xué)目標(biāo)：一是通過分析拋硬幣問題，了解編程解決問題的基本方法，加深對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。二是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬拋硬幣過程，理解計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的原理與思路，提升利用編程解決實(shí)際問題的意識(shí)與能力。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定，以學(xué)生學(xué)過以后能做什么來表示，以學(xué)生學(xué)習(xí)路徑來表示，進(jìn)階式指向計(jì)算思維。

二、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生用這個(gè)時(shí)代的思維去處理這個(gè)時(shí)代的事情，要有與之匹配的真實(shí)問題情境。在此情境下，學(xué)生有角色的代入感和參與感，可以生成問題鏈，在問題鏈的牽引下，探究解決問題的完整過程。“編程解決問題——拋硬幣問題”一課中，教師首先在導(dǎo)入階段提出問題：“大家在做選擇時(shí)，會(huì)通過拋硬幣的方式來決定嗎？在不考慮人為因素的前提下，硬幣正面朝上和反面朝上的可能性是否一樣？”然后，教師分小組讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)拋硬幣親自實(shí)驗(yàn)，再引入關(guān)于此問題的一些研究結(jié)論，然后布置本節(jié)課的任務(wù)：利用計(jì)算機(jī)編程模擬拋硬幣過程，驗(yàn)證正面朝上和反面朝上的可能性是否一樣。

三、生成強(qiáng)調(diào)問題解決的學(xué)習(xí)任務(wù)

強(qiáng)調(diào)問題解決，就是要讓學(xué)生經(jīng)歷解決問題的完整過程，即從分析這個(gè)問題開始，經(jīng)過解決方案的確定，到用程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化解決，最后是問題解決后數(shù)據(jù)的應(yīng)用。解決問題，形成概念，素養(yǎng)得到發(fā)展，學(xué)生在做中學(xué)，在做中壯大思維體系。

1.分析問題

分析問題是學(xué)生親歷計(jì)算思維全過程不可缺少的環(huán)節(jié)，分析問題的環(huán)節(jié)是要做實(shí)、做細(xì)、做充分、做透徹。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與其中，學(xué)生從最初的描述問題情境，到分解問題，再到分析問題的關(guān)鍵點(diǎn)，都是在教師的引導(dǎo)下完成的。學(xué)生也可以以小組形式完成問題的分析過程，但在這個(gè)過程中要有相應(yīng)的任務(wù)單指引，避免小組討論脫離主線。

2.確定方案

確定方案是形成觀點(diǎn)、生成新信息的行為，是學(xué)生梳理思維、充分地分析問題后觸發(fā)的。在程序設(shè)計(jì)中，學(xué)生要用自然語言、流程圖或偽代碼設(shè)計(jì)算法，形成解決方案，方案的確定是后續(xù)自動(dòng)化解決問題的關(guān)鍵。

3.自動(dòng)化解決

學(xué)生通過編寫程序語言實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化解決。筆者認(rèn)為，沒有必要在程序?qū)崿F(xiàn)的過程中難為學(xué)生，不必糾結(jié)于學(xué)生應(yīng)該掌握某一模塊的多少種用法，而是要讓學(xué)生掌握基本知識(shí)后，讀得懂程序、會(huì)用程序，避免過量的純知識(shí)記憶。

“編程解決問題——拋硬幣問題”一課中，教師共設(shè)計(jì)了3個(gè)活動(dòng)。在活動(dòng)1分析問題，引導(dǎo)學(xué)生思考如何將拋硬幣問題分解，由拋一次到拋多次，最后引導(dǎo)學(xué)生形成整體邏輯，即驗(yàn)證拋硬幣問題可以分為兩個(gè)部分：判斷拋一次硬幣的結(jié)果與重復(fù)執(zhí)行N次，累計(jì)正反面出現(xiàn)的次數(shù)，改變N值即可擴(kuò)大數(shù)據(jù)量，并梳理出流程圖，形成初步方案，明確需求。

教師在活動(dòng)2設(shè)置了2個(gè)活動(dòng)任務(wù)。任務(wù)1：拋一次硬幣的結(jié)果，生成隨機(jī)數(shù)表示拋硬幣的隨機(jī)性;分支語句判斷隨機(jī)數(shù)的奇偶性，并分別統(tǒng)計(jì)正面和反面次數(shù)。任務(wù)2：循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)執(zhí)行，每次拋硬幣的動(dòng)作、結(jié)果是一樣的，不斷多次重復(fù)拋一次硬幣的情況，即可達(dá)到想要的結(jié)果。活動(dòng)2用計(jì)算機(jī)解決問題的方法細(xì)化方案，幫助學(xué)生加深了對(duì)分支結(jié)構(gòu)和分支語句、循環(huán)結(jié)構(gòu)和循環(huán)語句的理解，為后續(xù)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

教師在活動(dòng)3也設(shè)置了2個(gè)活動(dòng)任務(wù)。任務(wù)1：硬幣的正反面是互相對(duì)立的結(jié)果，即可以用數(shù)字的奇偶性來表示，將問題數(shù)字化。結(jié)合隨機(jī)數(shù)，利用編程語言中的分支語句判斷，輸出拋硬幣的兩種結(jié)果。任務(wù)2：循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)執(zhí)行。

在教學(xué)目標(biāo)的指引下，在充分考慮學(xué)情的前提下，教師并沒有完全讓學(xué)生去編寫整個(gè)程序代碼，而是選擇了在理解程序段功能的前提下，讓學(xué)生對(duì)關(guān)鍵語句進(jìn)行填空，將整節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)定位在編程解決生活中實(shí)際問題的基本方法，教學(xué)難點(diǎn)定位在編程解決生活中實(shí)際問題的基本方法。

四、持續(xù)的多樣性課堂評(píng)價(jià)

課堂評(píng)價(jià)要針對(duì)學(xué)業(yè)目標(biāo)、學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)及效率，應(yīng)該是持續(xù)性的行為，應(yīng)該伴隨著課堂教學(xué)而存在。評(píng)價(jià)方法應(yīng)該是多樣的，可以通過學(xué)案檢查、課堂完成任務(wù)情況統(tǒng)計(jì)、課堂作品展示、教師提問、小組互評(píng)自評(píng)等多種方式進(jìn)行。評(píng)價(jià)時(shí)，教師要強(qiáng)化過程性評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，關(guān)注學(xué)生群體和個(gè)人在學(xué)習(xí)過程中的增值表現(xiàn)。

“編程解決問題——拋硬幣問題”一課中，教師采取了如下幾種評(píng)價(jià)方式：教師在給學(xué)生下發(fā)的學(xué)案中設(shè)置了學(xué)習(xí)反饋板塊，每個(gè)學(xué)習(xí)過程結(jié)束后，學(xué)生要根據(jù)自己對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解做出自我評(píng)價(jià)，教師也要評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn);教師要主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生思考，還可以從哪些方面優(yōu)化驗(yàn)證方案，學(xué)生思考如何優(yōu)化的過程，既是促進(jìn)思維發(fā)展進(jìn)階的過程，也是實(shí)現(xiàn)算法自我評(píng)價(jià)、自我反思的過程;通過評(píng)價(jià)量表對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

指向核心素養(yǎng)的教與學(xué)，是所有信息技術(shù)教師正在努力做的事。要想讓核心素養(yǎng)穩(wěn)穩(wěn)落地，還需要信息技術(shù)教師在教學(xué)設(shè)計(jì)上多思考、多探索、多學(xué)習(xí)、多實(shí)踐。