初中三步轉譯編程教學法框架構想

柳棟 武健 沙金 史澤齊 田君慧子

摘要：本文根據當今我國社會發展的需要、信息科技學科發展的趨勢和學生認知心理的規律，針對課程標準對信息科技領域問題解決能力的要求，通過對數據、程序、算法等本質學習，把握住“編程本質就是翻譯”這個關鍵，在已有實踐的基礎上提出了從需求辨析、邏輯梳理到代碼實現的初中三步轉譯編程教學法框架，并根據教學探索給出了相關的學習場景、過程的初步描述。

關鍵詞：信息科技；編程；教學法

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）15-0005-04

20多年來，不論哪個版本的中小學信息科技課程標準，其主要內容一直是學習運用ICT技術手段幫助學習活動的開展、學習程序的編制等，或可稱之為信息科技課程的主要學習方向。信息科技課程在建設與實施過程中，一直強調發展學生的核心素養、發展學生的計算思維等內容，但是，素養、思維等詞匯抽象層級比較高，要落實到教學中需要數次層級轉換才能夠轉化為具體的內容和行為指標。本文將聚焦程序編制方向來討論學與教的實踐方法。

泰勒在討論課程目標和學習內容厘定方法的時候指出，對社會生活的研究、對學科的研究和對學習者的研究是課程目標和學習內容的三大來源；這些研究的結果經教育哲學和認知心理兩把篩子，基本可以梳理出可實現的課程學習目標和學習內容。本文將參照泰勒的建議來思考初中編程學習目標和學習內容。

問題與思考

1.對社會生活變化的認識

當前，我國社會生產正處在產業升級轉型、提升核心競爭力的過程中，產業競爭力的核心是高素養的人才與“從零到一”的原創能力。各行業在數字化轉型中對IT業與其他行業的相互理解、深度融合提出了明確的需求。但是，IT業過度細致的分工，如有大批從事簡單編寫代碼的從業人員，不僅影響了企業的核心競爭力，而且導致在面對與其他行業深度融合的需求時，缺乏需求確認及技術轉述的人才。

2.對信息科技領域的透視

信息科技與其他學科之間不一定有清晰的界線，卻已經是穩定的領域，開放性、綜合性十分明顯。[1]信息科技領域就其根本技術手段與方法來說，“程序與編程”是明確的回答。信息科技產品開發過程一般是從用戶需求了解與辨析開始，經過模型構建與算法選擇，最后編寫代碼形成程序系統，以實現預設功能。[2][3]

面對IT行業與其他行業的相互理解與融合，軟件開發行業也提出了“領域驅動設計”模式：在大多數軟件項目中，主要的焦點應該是領域與領域邏輯；軟件的核心是其為用戶解決領域相關問題的能力。[3]

3.對學生學習規律的回顧

少年兒童的認知發展呈現著由外而內、由表及里、從具象到抽象的過程（如圖1）。心理學家安德森則認為計算機語言源于自然語言、區別于自然語言，抽象度更高，是一類很難配入的特殊語言。[4]計算機程序的發源地是英語作為母語的地區，程序編制從某種角度來說也可以看成是英語的“自然語言”寫作。華盛頓大學一項研究表明，就編程能力的影響因子來說，一般認知能力是最佳預測因子，語言能力是最強有力的預測因素。[5]

4.課程教學中的相關反應

我國6-7年級學生的年齡大部分在11～12歲，認知心理發展大致位于皮亞杰的具體運算晚期到形式運算早期。所以，這個階段的我國中小學信息科技課程編程的學習，主要借助“圖形化”編程工具等作為編程學習的技術工具。同時，在學習編程的學習活動中也常常選用項目學習這樣的實踐型學習方式。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》也在課程總目標中明確指出要發展學生的問題解決能力（如圖2）[6]，但是其發展無法通過簡單的講授來實現，需要在問題解決的實踐過程中具體落實與積累。

三步轉譯編程教學法的框架

1.數據、程序、算法等的本質

（1）數據的本質與需求辨析

數據=現實世界的數字化映射。[7]運用ICT技術手段解決問題，不僅需要理解數據，還需要理解數據背后的對象與對象的運行邏輯；而實境中的體驗與各類行業實踐經驗，為這些理解的產生提供了堅實的經驗與理性基礎[8]，需求辨析是問題解決與創新的開始。

（2）程序、算法的本質與編程

瑞士計算機科學家Niklaus Wirth指出，程序=數據結構+算法[9]；英國計算機科學家Robert Kowalski則指出，算法=控制+邏輯。[10]程序體現了對象的數字化結構，問題解決步驟的邏輯、控制與時序，這意味著“編程的本質是翻譯[11]”。程序是特定問題解決辦法用特定領域符號的代碼表達。

（3）對算法的各種實際理解

Robert Kowalski在界定算法概念時指出：邏輯成分能對問題和解題中能用的知識提供更清楚和更明顯正確的陳述，控制成分對算法的功效承擔更大的責任，因而算法能通過提高控制的功效而更易于改進。[10]

對算法的前科學認識有一種是“計算的方法”，這個認識只是“顧名思義”，并沒有認識到“計算”有“受控演繹”含義，這類錯誤或起源于對數學構成的誤解。

另一種認識認為學習“算法”就是要學習算法中的基本結構，這類認識僅側重了算法的控制成分，而對邏輯成分重視不夠。還有一種認識是“算法的表現形式一定是數學或符號樣式”，而沒有看到“數學或符號樣式”所指代的問題解決辦法。

生活算法是武健在2007年前后在義務教育信息科技教學中提出的一個專用詞匯[12][13]，主要強調在學習程序編制的過程中，重視學生用自然語言來描述對象、對象運動的邏輯與步驟，以契合學習者的認知發展規律與特點，進而有效發展學生編程能力。

2.三步轉譯編程教學法的一般框架

三步轉譯編程教學法是針對義務教育信息科技課程中編程學習的教學法，不涉及信息科技課程中其他學習內容。

第一步轉譯：從真實問題到自然語言描述的文本；

第二步轉譯：從自然語言描述的文本到邏輯過程的圖示；

第三步轉譯：從邏輯過程的圖示到程序代碼。

三步轉譯編程教學法選用項目學習作為基本的學習方法，借助圖形化編程工具，通過這三步將問題解決的具體辦法轉譯為可執行的程序（如圖3）。同時，三步轉譯法作為問題解決在編程領域的映射，是編程學習中主要的過程—方法維度的學習目標。

3.三步轉譯編程教學法可能的學習場景與過程

在義務教育階段的信息科技課程中，常見的編程學習主要體現在兩類學習活動中，一是借助開源硬件的智能機械裝置搭建（含物聯網應用、機器人等），二是依托圖形化編程軟件的編程動畫。三步轉譯編程教學法可能的學習場景與過程簡述如右表所示。

4.三步轉譯編程教學法與其他常見教學法的異同

（1）學習目標與內容等方面的異同

三步轉譯編程教學法與其他編程教學法一樣，在學習目標和內容中都包含程序編寫技能的學習。但前者將問題解決的一般流程與程序編寫技能同時列為主要的學習目標。

在社會生產領域，編程語言是重要的生產力工具，編程語言隨著社會的發展而發展、隨著應用側重點的不同而有不同的選擇。三步轉譯編程教學法因其注重問題解決能力的發展，可實現編程能力發展與具體編程語言之間的松耦合，編程語言發展對編程教學的變動要求可能更為適度。

（2）學習流程與方式等方面的異同

三步轉譯編程教學法與其他編程教學法一樣，都關注編程學習的產物—程序，但在學習流程上三步轉譯編程教學法大致涵蓋了軟件開發的全過程，所以三步轉譯編程教學法在每個轉譯階段結束，都生成相應的階段學習產物（如下頁圖4）。

三步轉譯編程教學法與其他編程教學法有著各自的側重點：講練式教學法更適合深入細化編程學習的場景；任務驅動教學法強調學習者代碼語句學習的理解基礎與興趣激發；三步轉譯編程教學法選用項目學習作為主線學習方法，注重在運用編程手段解決問題的實踐過程中學習編程，并不斷積累軟件開發這類活動的初步經驗，強調問題解決能力的發展，更適合形成編程整體概念的學習場景。

其他的討論

三步轉譯編程教學法是編程教學方法的發展而不是對其他方法的替代，在不同學習者的不同發展階段可能需要不同的學與教方法，三步轉譯編程教學法可能更適合中小學階段學習者，而對于大專院校需要編程精進的場合，或許講練法有其運用的必要性。

面向中小學生的教學是一項復雜的社會實踐工程，教學法的掌握與活用是一類復雜的專業能力。根據已有的學校教育實踐經驗，一般對某個教學方法的初步掌握，教師需要在專業支持下經歷三輪的探索實踐。對于義務教育階段的信息科技課程來說，編程學習內容只在某個學期中出現，這意味著一位教師的每一輪嘗試往往需要間隔一個學年。所以，對教學法的探索是一個長期的過程，三步轉譯編程教學法的探索需要通過更多教師的實踐來豐富、發展。

參考文獻：

[1]柳棟，武健，魏寧.信息科技學科基本框架與核心內容—基礎教育信息類課程建設的思考[J].中國電化教育，2012（02）：6-10.

[2]柳棟.已有基礎、教育邏輯、體系變革和交易結構—基礎教育領域“互聯網+”實踐中幾個問題的討論[C]//.互聯網時代的教育發展—第十八屆海峽兩岸暨港澳地區教育學術研討會論文集，2016：28-34.

[3]Eric Evans.領域驅動設計[M].北京：人民郵電出版社，2010：2-3.

[4]J·R·安德森.認知心理學[M].長春：吉林教育出版社，1989.

[5]余娟，李佳琪，陳瓏丹.學編程如學外語？[J].上海教育，2021（06）：18-19.

[6]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：6.

[7]李濤.很多程序員開發軟件多年，但并未意識到軟件是對現實世界的映射[EB/OL].（2023-01-06）[2023-01-10].https：//www.toutiao.com/w/7185302623544214307/.

[8]郭朝暉.病、癥關系與數字空間[EB/OL].（2023-01-02）[2023-01-10].https：//mp.weixin.qq.com/s/0QRqfkd5AFW0gEsPm8I9Mg.

[9]焦華.基礎編程的思考方法[J].軟件，2018，39（03）：57-62.

[10]Robert Kowalski，張幸兒.算法=邏輯+控制[J].計算機科學，1980（05）：28-40.

[11]李濤.一文看懂編程的本質，程序員有前途么？[EB/OL].（2021-09-22）[2023-01-10].https：//www.toutiao.com/article/7010310998829646348/.

[12]武健.從生活算法中審視程序設計算法[J].信息技術教育，2007（05）：36-37.

[13]武健.信息科技視角下的生活算法[J].中國信息技術教育，2014（23）：83-84.