計算思維培養為核心的中職信息課程圖形化教學策略探究與實踐

張彪

摘要：本文針對目前中職信息技術課程教學存在核心素養關注低、課程結構缺乏科學性等不足，提出了以計算思維培養為核心的信息技術課程圖形化教學模式。為驗證該模式的有效性，作者將其應用于“Python語言程序設計”課程的教學設計與過程中，實踐表明，該教學模式在提升學生學習積極性的同時，還能有效培養其計算思維。

關鍵詞：計算思維;游戲法教學;教學策略;信息技術課程

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）14-0110-03

導入

教育部2020年頒布的《中等職業學校信息技術課程標準（2020版）》，明確提出“中等職業學校信息技術課程學科核心素養主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個方面”。[1]而Python以其語法簡潔、易入門等特點，被逐步納入各學段的教學內容體系，Python也因此被逐漸賦予培養學生計算思維的重任。

信息技術課程教學過程中的難點

筆者擔任的是烹飪專業的信息技術教學工作，根據多年的實踐及研究，筆者發現教學中存在以下問題：①授課方式傳統。在教學過程中，教師只注重軟件的操作，忽略核心素養的培養。②教學情境抽象且不真實，與學生的知識背景關聯不強，導致學生參與度較低。③程序語言、語法抽象，生澀難懂，學生很難理解。④課程間存在互相割裂的矛盾，忽視對學生遷移學習能力的培養。

針對以上不足，筆者以計算思維培養為核心，以邏輯思維能力培養為基礎，以學生專業為背景，運用理實一體化的方法展開教學，提出了以計算思維培養為核心的信息技術課程圖形化教學模式，以期提升學生的學習積極性，有效培養其運用和遷移計算思維的能力。

計算思維圖形化編程教學策略的構建和實施

1.信息技術課程圖形形象化理論基礎

建構主義理論認為，學習是學習者在原有經驗的基礎上，在一定的社會文化情境中，主動對外部信息進行加工處理、建構知識意義的過程。[2]教師建立帶有真實體驗的學習情境，引導學生積極參與學習活動，以小組合作的形式完成課程理論學習和實踐技能訓練，這樣不僅能使學生成為知識建構的主體，還可以激發學生的學習興趣，提高學習專注度。

2.教學架構設計

在“Python語言程序設計”課程中，抽象的知識點往往讓教師難以講解、學生難以理解，因此如何培養學生的計算思維，讓學生達到教學目標是一大難題。筆者以高一年級的73名學生為教學對象，以“Python語言程序設計”4.2節“程序的分支結構”為例，對課程進行教學設計，將學科專業知識和信息技術知識通過游戲引入，以問題為向導，在游戲中尋找學科知識點和編程邏輯關系的相似性，通過理實結合的手段讓知識的理解過程更加形象化。

如圖1所示，在“圖形化教學模式”教學架構中，由外而內依次分為轉化層、教學方法層和計算思維層。轉化層貫穿于整個信息技術課程，使專業知識與信息技術之間形成了相互融通、相互轉化的關系，以專業思維幫助學生理解信息技術知識，以計算思維幫助學生解決專業問題。教學方法層是在專業知識與信息技術融通轉化框架下，以游戲化教學、思維導圖教學、問題導向教學等教學方法為支撐，開展以計算思維培養為核心的課堂教學，引導學生自主學習。計算思維層是“圖形形象化教學模式”教學架構的核心，計算思維細分為合作能力、創新能力、批判思維、問題解決能力、算法思維等。

3.教學策略——教師行為

“程序的分支結構”涉及條件判斷、選擇處理等邏輯操作，需要用計算思維對問題進行思考、解答。筆者根據if-else函數的運用方法，依據教學內容將項目明確為設置、單分支結構、二分支結構、多分支結構、判斷條件及組合五個部分。情境設置是聯系學生背景知識與當前知識的關鍵，各分支結構是學習的重難點，判斷條件及組合是后續的知識補充。

（1）設計互動游戲

筆者的教學對象為烹飪專業的高一中職學生，他們已有一定的烹飪實操經驗，因此選擇烹飪菜肴作為切入點，用烹調過程來比喻分支結構函數的運行過程，將學生已有的判斷、選擇知識遷移到信息技術課程的學習中，提升學生的興趣，降低學習難度。

一條魚不同部位的烹飪方式是學生的專業課程《中餐爐臺技術》中的一部分。這里用一條魚的烹飪部位選擇，以及明確不同的部位要用不同的烹飪手法來實現選擇后就不能再繼續選用的原則。

在進行if函數的課程引入設計過程中，筆者設置了以下場景。

引入：兩人一個組，用一條魚進行一分為二（魚頭、魚身）的抓鬮游戲，每個小組只能一個人抽簽。

問題：抽簽一次可以確定每個人的烹制菜肴嗎？

（2）游戲歸納總結

教師對互動游戲進行總結，以流程圖或思維導圖梳理游戲脈絡，幫助學生形成解決問題的思路。同時，要求學生畫出以魚切分與烹制方式和成績分布為對比的圖例（如圖2），或者繪制思維導圖。

（3）知識體系構建

教師需要以信息技術知識對構建的思維導圖或流程圖進行內容替代，形成知識轉化。知識體系的構建需要內化的過程，也需要實際訓練，為了讓知識更容易被學生理解，并實現更深入的學習，筆者以“程序的分支結構”為例展開課程的深入學習。

引入：三人一個小組，同時將魚分成三部分，第一個人開始抽簽，如果抽到魚頭，則烹飪魚頭豆腐湯。

問題：現在剩下的兩個鬮，可以確定剩下的兩位同學烹制什么菜肴嗎？不行，只能繼續抽簽。

思考：分成三份后，需要進行幾次判斷？

教師將各項目分解成若干個子任務，分析各子任務的特性，判斷其適合培養計算思維的哪一維度，并據此設置恰當的學習活動。任務可針對計算思維的某一維度進行設計，也可以融合多個維度。這里還是以成績判斷為例和一條魚不同部位的不同烹飪方式進行對比，圖形化相似模型如圖3所示。

（4）學生學習實踐

教師講解相關信息技術知識并演示，學生在實踐過程中重在理解：為什么這樣做？這樣做的前提是什么？采樣數據和定義數據之間是什么樣的關系？

在學生實踐環節，除了要求學生完成學科階段性作業之外，筆者還設置了相應的獎勵機制和小組互助機制。獎勵機制：學生完成任務并在前十名提交，由教師確認正確后給予階梯式加分;小組互助機制：當課堂任務完成后，在征得教師同意后，學生可以離開座位輔導其他同學。

（5）內固知識體系

在學生現有知識的基礎上，提出具有一定難度的問題，要求以課堂作業的形式完成，進而幫助學生理解消化知識，并形成主動解決問題的能力。

學生在參與學習活動的過程中，運用計算思維的方法分析和解決問題，并思考該方法如何遷移應用至其他領域;教師引導學生積極參與學習活動，解答學生所反饋的問題，并觀察、記錄學生在活動中的行為和表現。

（6）總結教學知識

教師挑選部分學生提交的作品，讓其演示和講解，其他學生進行評價，最后由教師進行課堂總結評價。

4.學生能力培養

對學生能力的培養體現在以下幾個方面：①學生以小組為單位開展互動游戲，而互動游戲是結合學生自身專業而設計，因此，在互動游戲過程中能更好地培養學生的合作能力。②學生積極參與到教師主導的思維導圖繪制中，明晰游戲條理，培養了算法思維;利用游戲與思維導圖階段梳理的脈絡，自主構建解決問題的思路，培養了主動解決問題的能力。③分享交流過程培養了學生的批判思維和創新能力。

5.總結評價

本教學模式注重對學生計算思維掌握程度的評價。一方面對學生提交的作業代碼進行評估，如分析學生編寫的“if-else”語句作業，評判其運用計算思維進行頂層分析的能力，以及通過編寫代碼來解決問題的能力;另一方面對學生在活動中的行為和表現進行評估，如在“if-else-else語句的使用”中學生需要團隊協作共同完成任務，但有的學生合作能力較強，善于與他人協同完成任務。教師要詳細記錄組員的行為，才能更客觀、全面地進行總結評價。

教學成效

筆者提出的圖形化教學模式將計算思維培養融入教學的各環節，理論聯系實踐，在確保學生完成教學目標的同時，還能提升其運用和遷移計算思維的能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.關于發布《中等職業學校數學課程標準》等5門課程標準的公告[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/s5743/s5744/A07/202001/t20200120_416131.html.

[2]何克抗.建構主義──革新傳統教學的理論基礎（上）[J].電化教育研究，1997（03）：3-9.