核心素養視角下的初中編程教學研究

摘要：本文以編程教學為落實核心素養的載體，分析了編程教學與信息科技學科核心素養的關系，并結合教學實踐從信息意識的增強、計算思維的發展、數字化學習和創新的提升、信息社會責任的踐行這四方面闡述了初中編程教學中落實核心素養的方法與策略。

關鍵詞：核心素養;初中;編程教學

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）10-0109-04

當前，我國官方還沒有關于中小學信息科技學科核心素養的具體要求，但就學科而言，需要有體系化的課程內容，就學生而言，需要符合其認知規律，因此，在中小學信息科技教育中仍要積極探索核心素養的落實途徑。筆者在實踐中發現，編程教學與信息科技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。下面，筆者將圍繞信息科技學科中的增強信息意識、發展計算思維、提升數字化學習和創新、踐行信息社會責任四大核心素養，結合所執教的初中年段分享教學研究經驗。

編程教學與信息科技學科核心素養的關系

編程是一種人與計算機交流的方式，是人將解決問題的思路、方法和手段通過計算機能夠理解的形式告訴計算機，是計算機根據人的指令一步步工作最終解決問題的過程。其中包含三個要素：首先是“界定問題”，即人需要提出亟待解決的問題;其次是“分析問題”，即人需要有解決問題的思路、方法和手段;最后是“解決問題”，即人需要根據計算機的“思考方式”將解決問題的規則告訴計算機，讓計算機解決問題。這些要素與核心素養有著千絲萬縷的聯系。

“界定問題”的關鍵在于界定什么樣的問題。從微觀層面來看問題來源于個人當下遇到的困難，從宏觀層面來看問題來源于一個人長遠的規劃與理想。站在“立德樹人”的高度，應將宏觀問題的培養作為著力點，而這就需要學生具有良好的信息社會責任，將編程這項技能作為載體來解決對社會、對國家、對人類有益的問題。

“分析問題”的關鍵在于是否具備分析問題的思維和能力。用編程來解決的問題，需要用到計算機科學領域的思想，這就需要發展學生的計算思維;而要把思維落實到具體實踐層面，還需具備相關能力，數字化資源與工具的應用能力就是編程所涉及的重要能力之一，這就需要學生具備數字化學習與創新的素養。

“解決問題”首先需要有“界定問題”“分析問題”環節作為鋪墊，其次在具體操作時，發現新問題往往又要回溯到之前的環節，因此，它是一個具有流程性的復雜過程。能用編程來解決的問題，符合信息處理的一般流程，包括獲取信息、處理信息、發布信息等步驟，這就需要學生具備良好的信息意識。

綜上所述，如果將編程教學比作一輛車，那么信息意識就是車身，統領整個問題解決的過程;信息社會責任是方向盤，用問題的內容來控制車的行進走向;計算思維和數字化學習與創新則是思維與能力這兩個發動機，是保障問題解決的動力系統。

編程教學中信息科技學科核心素養的滲透

1.編程教學中信息意識的增強

信息意識是指個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷，其表現形式為信息處理能力。用程序來處理信息相對于傳統的方法而言，最鮮明的特點是自動化處理。程序具備自動采集、處理、發布信息的能力，在大數據時代，這是一種不可或缺的信息處理方法，這為其在編程教學中的落實提供了依據。教師可從學生的日常生活和學習經驗出發，讓學生在感興趣的真實情境中采集數據，經過甄別與處理將其轉化為有效的信息，并予以發布，從而正確認識數據與信息的關系，運用信息處理的能力指導個人的學習和生活。

在編程教學中，使用外部設備采集數據是一種常見的方法。在項目活動“智能聲控畫筆”中，筆者以測量教室內的音量這一內容為主題，讓學生通過聲音傳感器來采集聲音數據，并將其“畫出來”（如圖1）。任務伊始，學生將關注點放在如何將聲音“畫出來”，但真正深入任務后卻發現難點并不在此，而在于：首先，除了自己的聲音數據外還會采集到周邊的各種聲音數據;其次，即使是自己的聲音數據，在短時間內也會采集到非常龐大的數量，對于后期處理來說非常不便。與這兩個難點相比，“畫聲音”反而是相對簡單的問題。學生想出的解決方案是“按順序排隊采集數據，一個人采集時其他人保持安靜”“通過求平均值來壓縮數據的量”。雖然學生使用的方案未必是最科學的，但在這一過程中他們深切地體會到數據的復雜性及在數據中提取有效信息的難度，也理解了生活中“為何需要使用錄音棚”“為何語音識別有時不準確”等現象，增強了信息意識。

2.編程教學中計算思維的發展

計算思維是指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，是計算機科學領域所特有的解決問題的思考方式。因此，編程教學的重點并不在于教授學生如何編寫代碼，而在于培養計算機科學領域獨特的思考方式，如能把問題形式化、抽象化、結構化，形成自動解決問題的方案，并予以迭代與優化。其最終目標是使學生將這種思維方式應用到生活中遇到的各種事件、行為中，并對其進行科學的認知與處理。

就一種思考方式而言，其必然具備情境遷移的特征，可以在不同的情境中轉換、應用。因此，要發展計算思維，在編程教學中切忌只教授機械性的知識，還應關注承載關鍵學科概念與學科能力的核心知識。以如下頁圖2所示的編程教學的基本案例為例，此案例教師幾乎都會講解，其功能是使小貓不斷移動。如果只是基于機械編程知識的教學，其教學過程會是這樣的——步驟1：游戲開始時需要先加一個綠旗模塊;步驟2：讓小貓移動需要用移動模塊;步驟3：因為要不停移動，所以要加重復執行模塊。此教學過程花費10分鐘的時間即可完成，學生也能順利實現小貓移動的效果。但這種操作指南式的教學，對學生的思維發展沒有幫助。而基于核心知識的教學步驟則是這樣的——步驟1：想讓小貓移動，可能會用到什么類別里的模塊？（引出分類概念）步驟2：缺少綠旗模塊小貓為什么不移動呢？如果老師沒有說下課，你們會離開教室嗎？（引出事件概念）步驟3：嘗試把移動10步改為移動100步，觀察小貓會發生什么變化？（引出參數概念）步驟4：點一下綠旗，小貓只移動一下，有沒有什么模塊可以讓小貓不停移動呢？（引出循環概念）通過設問讓學生不斷思考與嘗試，進而引出編程教學中的核心知識。雖然此過程會耗費更多的教學時間，但長此以往，可以讓學生逐漸理解編程中所包含的計算機科學領域的思想與方法，從而發展學生的計算思維。

3.編程教學中數字化學習和創新的提升

數字化學習與創新是指個體通過評估并選用常見的數字化資源與工具，有效地管理學習過程和學習資源，創造性地解決問題，從而完成學習任務，形成創新作品的能力。從其定義來看，關鍵能力在于“學習”與“創新”，而數字化資源與工具則是提升能力的載體，因此，其核心理念是通過數字化學習提高終身學習能力與培養創新精神。要做到這一點，可將數字化學習融入開放的教學模式中，如主題式、探究式、項目式的學習模式等，引導學生在問題情境中進行數字化學習與創新活動，改變課堂的生態環境，讓學生借助數字化資源與工具進行自主探索，在解決一個個真實問題的過程中形成對核心知識和學習歷程的深刻理解，逐漸培養其終身學習的能力與創新精神。

編程教學的核心數字化資源與工具是程序設計軟件，其特點是可將學生的想法以虛擬情境或模擬現實的方式予以動態呈現，以直觀的形式與他人分享。具體在教學中可通過某一驅動性問題促使學生產生持續的探究，在探究的過程中不斷進行評估與完善，最終形成可供展示的數字化程序作品，實現能力素養的提升。以程序作品《唐宋詩人知多少》為例（如圖3），該作品的項目背景為李同學希望在學校傳統文化宣傳周中宣傳唐宋詩詞文化。該作品的設計思路經歷了以下四個階段。第一階段：李同學希望用演示文稿的形式展示唐宋詩詞，考慮到這種展示方式缺乏亮點，筆者建議其改用編程的方式以增加更多動態元素;第二階段：李同學準備用程序動畫的形式呈現詩詞效果，筆者指出該想法雖有可圈可點之處，但作為一個展示作品，應增加與使用者互動的元素;第三階段：李同學將程序編寫為一個唐宋詩人的交互式問答系統，這樣就實現了程序的動態人機交互功能，但他又發現了新問題，唐宋詩人數量眾多，要將其都添加到程序中去工作量太大;第四階段：李同學為程序添加了一個“使用者添加修改信息”的功能，這樣程序中的詩人資料會隨著使用者信息的添加而持續擴充，使得程序的資料庫動態完善更新。在這一過程中，李同學以程序軟件為數字化載體，根據既定任務目標，在不斷完善想法、解決問題的過程中，對程序中“人機交互”的關鍵概念有了深入的理解，最終創新性地解決了問題，也通過程序制作中的數據收集、界面設計、系統架構、代碼編寫等環節提升了數字化學習能力。

4.編程教學中信息社會責任的踐行

信息社會責任是指信息社會中個體在文化修養、道德規范和行為自律等方面應盡的責任。這是“數字土著”一代所面臨的新問題，他們在享有信息技術帶來的充分便利時，唯有擔負起新的社會責任，才能成為合格的“數字公民”。具體來說，需要引導他們辯證地使用信息技術中的思維、方法、技術來科學認識信息社會的各種問題，理性、科學地做出信息化判斷，從而自覺遵守信息社會的法律準則與道德規范，負責任地運用信息技術，使其方便自己的生活，服務國家的發展，造福人類，從而達到踐行信息社會責任的目標。

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。幾乎所有的信息化技術的背后都有編程技術的支持，因此，在教學中可選擇貼近學生生活的信息化技術作為項目活動的內容，以逐層遞進的探究模式讓學生在理解編程技術背后的科學原理的同時，逐漸形成對信息社會負責任的態度。以“抽獎游戲的奧秘”為例，本課的項目背景為設計一個“抽獎游戲”小程序，具體流程分為“體驗抽獎游戲”“設計抽獎游戲”“探究抽獎游戲”三個部分（如圖4）。在第一部分，通過讓學生體驗模擬抽獎小程序，激發學習興趣，引出本課的核心問題——抽獎游戲背后的程序原理。在第二部分，學生通過學習邏輯運算符和多分支選擇結構等編程知識，自己編寫程序再現了體驗程序的效果，實現了從玩游戲的“體驗者”到設計游戲的“制作者”的身份轉變。在第三部分，讓學生扮演“商家”的角色，思考如何修改程序的算法，使結果對自己更有利。在此基礎上，進一步討論現實中存在的“賭博機”現象，讓學生從程序算法的角度理解賭博的危害性，體會到踐行信息社會責任的重要性。

現代化的人才越來越需要原理性、創新性的思維，過于追求知識技能的教育模式必然會被時代所淘汰，關注學科核心素養的培養是現代化教育轉型的必經之路。編程教學只是學科核心素養培養的途徑之一，當下我國已在各種領域、各個學科中播種下了核心素養的種子，期待若干年后觀其開花結果，綻放于世界之林。

參考文獻：

教育部基礎教育課程教材專家工作委員會.普通高中信息技術課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.