面向計算思維的中職Python教學實踐探究

郭琳琳

2020年，教育部頒發的《中等職業學校信息技術課程標準》中提出：中等職業學校信息技術課程中計算思維是學科核心素養的一部分。在信息技術課堂教學中，教師應基于實際需求通過項目實踐，重點培養學生基于程序設計理念的邏輯思維習慣和方法。計算思維作為一種充滿創新思想的技能形式，順應了目前我國實施創新發展戰略和培養創新型人才的需求。程序設計課程在中職學校信息技術教學中承擔著培養學生計算思維的重任。

一、計算思維培養的現狀研究

目前，計算思維的相關教學研究在國內外均處于初期發展階段，研究內容和角度較少。面向中職學生計算思維發展的相關教學研究成果更少。

（一）計算思維定義

計算思維最早在西莫·帕爾特教授的《頭腦風暴：兒童、計算機及充滿活力的創意》論文中被提及，將它片面地解釋為算法思維。[1]后人把計算思維定義為對復雜任務的抽象和零散的解決方案。計算思維是一種思考方式，并不是孤立的一門學科知識，這種思考方式可以運用于各個行業。中職生處在思維活躍期，這個階段借助編程語言可以有效地培養學生的計算思維。

（二）Python語言優勢

TIOBE公布于2023年2月的編程語言排行榜上，Python語言熱度穩居第一。Python語言自身的特點非常適合在課堂上引入計算思維。Python語言的學習者能夠將更多的注意力集中在“程序設計思維”，而不需要太注重語法細節等方面，它注重問題解決的過程而不是實現結果，這對于基礎薄弱的初學編程者來說至關重要。[2]

（三）計算思維的培養現狀

目前，Python語言已進入中職院校信息技術課堂。信息技術作為公共基礎課開設在中職一年級的兩個學期，Python程序入門作為獨立章節占16學時，安排在第二學期。編程課剛進入信息技術課堂，教師缺乏相關教學經驗，學生學習效果不佳。教學內容的設計缺乏與實際生活的結合，導致學生難以理解。課堂上缺乏對學生思考能力的培養，造成了學生在學習動機、專業技能、解決問題能力等方面的不足，制約了他們的創造性。具體表現在：

1.教師對計算思維的理論認知度較低

當前，中職院校教師對計算機課程的重視度普遍較低，探索領域的局限性也導致計算機教學觀念的落后，教學過程缺少“靈氣”。大多數中職院校計算機教師對計算思維的理解過于模糊和片面，只注重學生對計算機操作技能的培養，而忽視了問題解決的過程和方法。因此，在教師對計算思維的認知度偏低的大背景下，很難開展培養學生計算思維的教學活動。

2.中職生基礎薄弱，對編程課興趣不高

眾所周知，中職生的文化課基礎比較薄弱，有程序設計基礎的學生更少。筆者對我校2022級1060名學生進行問卷調查，發現有編程基礎的學生只有21人。訪談中，學生也表示對信息技術中Python編程這一章比較難理解。

3.缺乏實踐訓練

中職信息技術課堂編程訓練模塊比較欠缺，學習編程語言不是16個課時能做到的，課內學生自主訓練時間有限，課后學生也沒有條件繼續進行編程訓練。在課堂教學中，這種“一對多”廣播式的教學演示對學生的有效指導微乎其微。在缺乏實踐訓練的背景下，學生的自主探究能力低下。

二、培養中職生計算思維教學實踐的探索

筆者從事中職一年級信息技術教學，以2022級三個班級學生為研究對象，進行教學實踐探索。本次研究使用的教材是2021年華東師范大學出版社出版的《信息技術》，教學內容為中職信息技術第六章“程序設計入門”中的專題三“程序的三種結構”，教學內容分為4課時。在學情分析的基礎上，適當調整教學內容，教師的教學設計基于培養學生計算思維，解決算法與程序實現的綜合應用。

（一）引入解析算法培養計算思維

程序設計的靈感來源于生活，雖然學生缺乏相關編程經驗，但是生活的常識和經驗都是極為豐富的。程序設計的三種結構順序、選擇、循環均在生活中有體現。從學生的已有知識出發，幫助學生建立新、舊知識的聯系。順序結構的教學設計可以轉化為“設置綠燈最小時長”的問題。

教師提出問題：校門口斑馬線的“人行紅綠燈”程序中最短綠燈時長的功能如何設置？通過Python編程實現。

通過分析問題→設計算法→編寫程序→調試運行→結果檢測的過程，讓學生學習解決問題的一般方法以及全面性分析問題的方法。案例選用學生生活中遇到的問題。教師引導學生分析解答，最終用編程解決問題。這個過程中用到了解析算法。學生通過找出解決問題的前提條件與結果之間的關系寫出表達式，計算表達式來實現問題的求解。在實際教學中，采用小組合作學習方式，每個小組都能完成課堂任務，學生參與度較高。

（二）在課堂教學中引入分解思維

當任務難度大于50%時，學生很可能會放棄。隨著難度的提高，放棄的學生會越來越多。因此，教師需要根據中職生的心理特點來設計教學案例。學生在教師的指導下，將復雜的大任務轉化為一組簡單的子任務，并建立子任務與知識點的對應關系以及處理子任務的具體方法。通過逐個解決子任務的過程達到掌握知識的目的，最終完成復雜大任務，并幫助學生建立信心。

教師作為課堂的組織者、引導者，引導學生主動思考并完成課堂任務非常重要。通常我們遇到問題產生困惑時，需要將問題分解成多個子問題。實施程序過程可以理解為：分析問題→原問題分解→各個子問題→逐一解決子問題→解決原問題。

（三）引入枚舉法培養學生的計算思維

枚舉法是一種重要的數學思考方法，以學生生活中的穿衣搭配為例。比如，上衣有兩件，褲子有3件，問你的衣服有多少種不同的搭配方式？教師可以引導學生分析，先考慮兩種情況，穿第一件上衣時，褲子有3種搭配方式，穿第二件上衣時，褲子又有3種搭配方式，所以總共有6種，這就是枚舉的應用。具體到教學內容，可以通過Python循環語句來編程實現。

枚舉法是根據已知條件，列舉所有可能情況，在枚舉算法的編程中，首先確定列舉對象和列舉的范圍，驗證問題成立的條件。接著，使用循環句和條件句進行對應的程序設計，實現問題解決。

（四）讓興趣成為培養學生計算思維的內驅主動力

Python教學應結合學情，隨著教學新理論進行不斷地優化，發掘學生的內驅力。在教學設計上需重視教學案例的趣味性，并依據Python教學目標創設相關的教學情境。雖然學生易對理論知識的學習產生厭煩情緒，但是往往對程序的運行結果表現出較大的興趣。在while循環結構學習中，教師教學設計如下：

教師提出問題：疊紙游——挑戰清源山（最高峰海拔498米），假如這張紙能反復對折，那么它對折多少次能超過清源山的高度？（通過卡尺測量100張A4紙的厚度，計算出一張紙厚度為0.08毫米）

這樣的問題充分激發了學生的好奇心，使其迫不及待想得到答案。手動折紙，發現折到第8次就折不下去了，直接人工算太耗費時間又容易出錯，考慮用編程方法嘗試解決問題。

1.分析問題

已知條件：清源山高度mount=498米，紙的厚度p=0.00008米

循環體：p=p*2 ，循環終止條件p>mount

2.教師展示“折紙厚度變化與山的高度”分析表格，引導學生繪制出程序流程圖。

3.編寫代碼，得出答案

p=0.00008#設置初值紙的厚度

mount=498 #設置初值山的高度

count=0? ?#設置統計次數初值

while p

p=p*2

count+=1

print（count） #輸出折紙次數

計算思維的建立源于我們對信息的處理過程，通過編程解決了問題，學生也學到了循環結構的語法結構，掌握了while語句用法。因此，教師在教學設計過程中不僅要注重對學生進行理論知識的講解，還應考慮計算思維的培養，從多方面提高學生解決問題的能力。

三、實踐結果

本次面向中職生計算思維培養的行動研究分三次對三個班級進行實驗。實驗結束后，發放了調查問卷，以了解教學策略對學生計算思維培養的效果、學生對計算思維的認知和能力水平等。本次調查共發放105份問卷，回收105份問卷，其中有效問卷102份。通過課堂觀察了解信息技術課程的教學活動設計和教學策略，實踐結束后進行后測問卷填寫與隨機訪談，分析所得數據并得出結論。

第一，課堂中融入計算思維教學的內容，對學生的思維方式、思維習慣有一定影響，使學生感受到信息技術能解決生活中的問題。

第二，課堂以學生為主體，教師為引導。教師應給予學生充足的思考和動手操作時間，從而激發學生的探索欲望。

第三，在實踐教學過程中，學生在分析問題、提出解決方案時會有一些新穎的看法，在小組合作學習過程中，學生互助修改出錯程序代碼能提高學習效率。

顯而易見，以計算思維培養為主導的課程不但培養了學生的分解思維、算法思維和抽象思維，還發展了學生的創新思維和糾錯思維。

綜上所述，計算思維能力的培養，不論是對學生的學習能力，還是對教師的課堂教學能力，都是極具挑戰性的。在Python課程中，一線教師的教學理念和教學方法選擇對培養學生的創新理念意義重大，需要教師在教學實踐中不斷探索新的教學方法。

參考文獻：

[1]王婷婷.基于計算思維的非計算機專業開設Python語言程序設計課程的探討[J].中國多媒體與網絡教學學報（中旬刊），2020（1）：190-191.

[2]王羅那，王建磐.人工智能時代需要關注的新素養：計算思維[J].比較教育研究，2021，43（3）：24-30，38.

（作者單位：福建省惠安職業中專學校）

編輯：趙文靜