基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)編程實(shí)踐

黃倩雯

【摘 ?要】教學(xué)評(píng)一體化的編程教學(xué)注重課程標(biāo)準(zhǔn)與各級(jí)目標(biāo)的整合與統(tǒng)一，通過(guò)以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)的策略方法展開(kāi)課堂教學(xué)，全面發(fā)展提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以粵教版“運(yùn)用順序結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題求解過(guò)程”為例，從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，設(shè)計(jì)有效的教學(xué)評(píng)實(shí)施策略，充分發(fā)揮評(píng)價(jià)功效，開(kāi)展培養(yǎng)計(jì)算思維的高效課堂，旨在為高中編程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維提供參考。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；教學(xué)評(píng)一體化；編程教學(xué)

策略

隨著課程改革的深入推進(jìn)，核心素養(yǎng)逐漸進(jìn)入公眾視野，培養(yǎng)學(xué)生包括計(jì)算思維在內(nèi)的核心素養(yǎng)成為學(xué)校教育的基本任務(wù)與新的發(fā)展趨勢(shì)。編程語(yǔ)言作為學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的重要支撐工具，可以讓學(xué)生在編程探究中發(fā)展思維、提升素養(yǎng)，落實(shí)立德樹(shù)人的課程價(jià)值觀(guān)，更好地為學(xué)生未來(lái)發(fā)展助力。教學(xué)評(píng)一體化的編程教學(xué)注重課程標(biāo)準(zhǔn)與各級(jí)目標(biāo)的整合與統(tǒng)一，通過(guò)以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)的策略方法展開(kāi)教學(xué)，全面發(fā)展提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。下面筆者以粵教版“運(yùn)用順序結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題求解過(guò)程”為例，具體闡述教學(xué)評(píng)一體化的編程教學(xué)實(shí)施策略。

一、課前準(zhǔn)備要充分，教學(xué)評(píng)目標(biāo)要一致

策略的制訂要符合學(xué)生的認(rèn)知水平和發(fā)展需求，因此前期筆者開(kāi)展了“計(jì)算思維認(rèn)知與需求情況”的問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)合學(xué)生的興趣需求確定了項(xiàng)目主題。以“開(kāi)發(fā)學(xué)科教育游戲”為主線(xiàn)設(shè)計(jì)大單元教學(xué)，借助層層遞進(jìn)、螺旋上升的迭代優(yōu)化活動(dòng)幫助學(xué)生構(gòu)建新知、發(fā)展思維。又通過(guò)“計(jì)算思維量化表（前測(cè)）”問(wèn)卷調(diào)查，了解當(dāng)前學(xué)生的計(jì)算思維水平，確定學(xué)情基礎(chǔ)。備課環(huán)節(jié)教師要依據(jù)課標(biāo)，結(jié)合學(xué)情和教學(xué)內(nèi)容，圍繞項(xiàng)目主題整合教學(xué)資源，從核心素養(yǎng)的角度確定具體的教學(xué)目標(biāo)，形成相應(yīng)的學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)目標(biāo)，三者相輔相助，缺一不可。評(píng)價(jià)作為計(jì)算思維培養(yǎng)成效的重要診斷工具，要制訂符合學(xué)情的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，注重自評(píng)、互評(píng)、形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)與診斷性評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化評(píng)價(jià)方式。筆者結(jié)合我國(guó)計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，從態(tài)度和技能兩個(gè)維度、五個(gè)思維結(jié)構(gòu)層次出發(fā)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的評(píng)價(jià)量化工具，將其融入教學(xué)環(huán)節(jié)，客觀(guān)全面地評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程、態(tài)度和結(jié)果。此外，筆者還配套設(shè)計(jì)了教學(xué)課件、學(xué)習(xí)資料包（微課、配套代碼、拓展知識(shí)、學(xué)習(xí)任務(wù)單、作業(yè)任務(wù)）等，充分做好課前準(zhǔn)備，以此圍繞教學(xué)評(píng)目標(biāo)開(kāi)展發(fā)展思維、提升素養(yǎng)，立德樹(shù)人的教學(xué)任務(wù)。其實(shí)施方法如下圖所示。

二、課中實(shí)施要調(diào)控，教學(xué)評(píng)策略促發(fā)展

（一）由情境體驗(yàn)到抽象建模

有效的情境能引發(fā)學(xué)生共鳴，激發(fā)興趣。因此在創(chuàng)設(shè)情境前，教師要分析導(dǎo)入情境后學(xué)生可能的思維過(guò)程，思考情境對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的意義，明確情境的最終目的是通過(guò)構(gòu)建知識(shí)發(fā)展思維。筆者以學(xué)生在算法課設(shè)計(jì)的小組優(yōu)秀詩(shī)詞游戲方案為情境，引導(dǎo)學(xué)生分析思考、簡(jiǎn)化抽象，將游戲算法分解成易于實(shí)現(xiàn)的子部分，并提煉出與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)的知識(shí)——利用順序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“詩(shī)詞小達(dá)人（簡(jiǎn)化版）”教育游戲，自然地引出本課主題。

在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)任務(wù)單作為學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)支架，配合教師開(kāi)展項(xiàng)目活動(dòng)。學(xué)生結(jié)合分析思路將任務(wù)單中的流程算法補(bǔ)充完整，半成品作業(yè)可以有效地幫助學(xué)生沿著自己的“最近發(fā)展區(qū)”前行。接著教師通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)利用輸入、輸出函數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)算法的方式，自然引出并強(qiáng)調(diào)本課的重難點(diǎn)，讓學(xué)生有針對(duì)性地進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)。

在情境再生構(gòu)建模型過(guò)程中，教師結(jié)合學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)目標(biāo)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)估反饋。例如在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能概括總結(jié)出游戲的功能模塊，并能將復(fù)雜的游戲方案分解成功能簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)模塊，說(shuō)明學(xué)生處于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平，學(xué)生能將算法補(bǔ)充完整并發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法的方式，由此診斷學(xué)生的思維已達(dá)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平。教師不斷結(jié)合學(xué)生當(dāng)前的思維水平及時(shí)調(diào)整策略方法，促進(jìn)學(xué)生思維由單點(diǎn)到多點(diǎn)的深入發(fā)展。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生體驗(yàn)分解、抽象、概括、算法的過(guò)程，將情境中獲取的信息再生并構(gòu)建相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模型，初步感知計(jì)算思維過(guò)程，為下階段的程序構(gòu)建做好準(zhǔn)備。

（二）由任務(wù)迭代到計(jì)算思維

程序構(gòu)建是形成發(fā)展計(jì)算思維的重要環(huán)節(jié)，因此，筆者以多個(gè)迭代優(yōu)化的任務(wù)活動(dòng)為依托，引導(dǎo)學(xué)生反復(fù)體驗(yàn)問(wèn)題分解、抽象、建模、算法、評(píng)估的思維過(guò)程，逐步實(shí)現(xiàn)思維的發(fā)展與提升。在學(xué)生明確計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法的具體方法后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并理解順序結(jié)構(gòu)主要是由數(shù)據(jù)輸入、處理、輸出這幾個(gè)部分組成，加深對(duì)順序結(jié)構(gòu)的理解。接著讓學(xué)生以學(xué)習(xí)任務(wù)單為支架，展開(kāi)自主探究，結(jié)合課本知識(shí)和下發(fā)的微課、拓展知識(shí)等學(xué)習(xí)資源，完成任務(wù)1和任務(wù)2。

結(jié)合知識(shí)點(diǎn)對(duì)任務(wù)1進(jìn)行細(xì)分：活動(dòng)1利用輸出函數(shù)實(shí)現(xiàn)游戲的背景、出題功能；活動(dòng)2利用輸入函數(shù)實(shí)現(xiàn)答題功能，完成后通過(guò)問(wèn)卷匯總編程時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。學(xué)生在探究實(shí)踐中，認(rèn)識(shí)輸出、輸入函數(shù)的具體格式和使用方法，在問(wèn)題匯總中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，在編程調(diào)試中鞏固發(fā)展多結(jié)構(gòu)水平。教師通過(guò)問(wèn)卷匯總的數(shù)據(jù)分析學(xué)生當(dāng)前的多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平。借助案例幫助學(xué)生理解print（）和input（）函數(shù)的編程要點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)具體情況選擇合適的輸出和輸入方式。再通過(guò)趣味代碼找茬的環(huán)節(jié)，強(qiáng)化認(rèn)知加深理解，幫助學(xué)生形成知識(shí)的初步構(gòu)建。

任務(wù)2是對(duì)任務(wù)1的優(yōu)化創(chuàng)新，通過(guò)兩個(gè)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生將當(dāng)前程序細(xì)化分解為易于表達(dá)、處理的小問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生多維度分析思考的能力和優(yōu)化創(chuàng)新意識(shí)。活動(dòng)1從程序美觀(guān)度和可讀性出發(fā)，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考優(yōu)化策略。學(xué)生能結(jié)合生活中的游戲經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)出利用換行、空行、延時(shí)、清屏等方式來(lái)優(yōu)化，說(shuō)明學(xué)生的思維正由多結(jié)構(gòu)向關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)展。通過(guò)編程實(shí)踐、作業(yè)展示的環(huán)節(jié)，教師鼓勵(lì)學(xué)生多思考多創(chuàng)新，克服固化思維，讓學(xué)生在感受編程樂(lè)趣的同時(shí)激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)思維水平的發(fā)展與提高。活動(dòng)2從代碼效率的角度出發(fā)，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合拓展資料，小組討論靈活高效的隨機(jī)出題優(yōu)化方式。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能說(shuō)出利用列表來(lái)存儲(chǔ)題庫(kù)，通過(guò)隨機(jī)變量來(lái)存儲(chǔ)抽題編號(hào)，進(jìn)一步優(yōu)化算法方案，由此診斷學(xué)生的思維已由關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)逐步過(guò)渡到抽象拓展結(jié)構(gòu)。通過(guò)編程實(shí)踐，學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，深入理解輸出函數(shù)的具體應(yīng)用。通過(guò)迭代優(yōu)化的任務(wù)活動(dòng)，學(xué)生的計(jì)算思維在自主、探究、合作、實(shí)踐中逐步實(shí)現(xiàn)由低階到高階的穩(wěn)步發(fā)展。

（三）由計(jì)算思維到核心素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)不僅符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求，也是學(xué)生適應(yīng)未來(lái)信息社會(huì)的重要能力。因此，筆者借助最后的作品展示環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在交流評(píng)價(jià)中發(fā)展思維，提升素養(yǎng)。首先各組進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)，選出最佳作品，接著各組展示最佳作品，簡(jiǎn)單介紹程序的功能、創(chuàng)意及編程中遇到的問(wèn)題及解決方案。學(xué)生在交流評(píng)價(jià)中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，思維碰撞，激發(fā)創(chuàng)新，有助于思維水平的啟發(fā)。同時(shí)，教師通過(guò)共同查錯(cuò)環(huán)節(jié)，關(guān)注未完成的學(xué)生群體，積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)作品的閃光點(diǎn)，給予正向的肯定與鼓勵(lì)，幫助學(xué)生建立自信，提高編程興趣。學(xué)生在查錯(cuò)改錯(cuò)中加強(qiáng)知識(shí)間的關(guān)聯(lián)，促進(jìn)知識(shí)的融會(huì)貫通，進(jìn)一步完善知識(shí)體系。

最后，教師以學(xué)生完成的優(yōu)秀作品為例，引導(dǎo)學(xué)生梳理、歸納知識(shí)要點(diǎn)，總結(jié)程序構(gòu)建、完善優(yōu)化的算法思想和思維過(guò)程，構(gòu)建完整的知識(shí)體系，進(jìn)一步發(fā)展計(jì)算思維。在師生探討生活中順序結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移與拓展，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要意義，養(yǎng)成積極使用技術(shù)工具解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)信息社會(huì)責(zé)任感，從而達(dá)到促進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)全面發(fā)展的教育目的。

三、課后任務(wù)要合理，教學(xué)評(píng)效果貫始終

對(duì)大單元的項(xiàng)目教學(xué)而言，要注意微項(xiàng)目間的關(guān)聯(lián)過(guò)渡。合理的課后任務(wù)有助于及時(shí)調(diào)整下階段計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)策略，以便為下個(gè)微項(xiàng)目的展開(kāi)做好鋪墊。筆者從“計(jì)算思維量化表（前測(cè)）”中篩選出關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了課后的“微項(xiàng)目編程效能感量表”，如下圖所示。學(xué)生通過(guò)問(wèn)卷填寫(xiě)，正確認(rèn)識(shí)自己的優(yōu)點(diǎn)與不足，在評(píng)價(jià)中激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)。教師通過(guò)問(wèn)卷收集數(shù)據(jù)，與前測(cè)量化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，了解學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展水平。此外，導(dǎo)向性強(qiáng)的課后思考有助于下個(gè)微項(xiàng)目情境的創(chuàng)設(shè)。結(jié)合情境中的游戲算法，讓學(xué)生課后思考：該如何讓程序有效地驗(yàn)證答題情況？由此自然地過(guò)渡到選擇結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性地展開(kāi)預(yù)習(xí)探究，微項(xiàng)目間實(shí)現(xiàn)了良好的關(guān)聯(lián)。

教師要在課后結(jié)合教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的課堂問(wèn)答（課堂表現(xiàn)評(píng)分）、問(wèn)題反饋、課后編程效能反饋、程序作品、思維導(dǎo)圖作業(yè)這些貫徹始終的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)反思。其中，開(kāi)放性的程序作品主要從主題內(nèi)容、程序設(shè)計(jì)這兩個(gè)維度進(jìn)行手動(dòng)評(píng)分，幫助教師掌握學(xué)生的個(gè)性和水平能力差異，在后續(xù)課程進(jìn)行鞏固提升。與此同時(shí)，教師根據(jù)課堂反饋設(shè)置相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。綜合分析反思后，筆者及時(shí)針對(duì)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)調(diào)整策略，細(xì)化目標(biāo)，以此提高學(xué)生的計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)效率。

四、結(jié)束語(yǔ)

筆者在基于計(jì)算思維培養(yǎng)的編程教學(xué)中，緊扣計(jì)算思維的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和思維層次，將其貫穿于“運(yùn)用順序結(jié)構(gòu)描述問(wèn)題求解過(guò)程”微項(xiàng)目的教、學(xué)、評(píng)各環(huán)節(jié)。圍繞“情境體驗(yàn)—抽象建模—任務(wù)迭代—分享評(píng)價(jià)—總結(jié)升華”的教學(xué)思路，嘗試設(shè)計(jì)切實(shí)可行的評(píng)價(jià)工具融入教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生活動(dòng)探究中，不斷融合生活實(shí)際和學(xué)科知識(shí)，反復(fù)體驗(yàn)問(wèn)題分解、抽象、建模、算法、評(píng)估的思維過(guò)程，感受實(shí)現(xiàn)算法的自動(dòng)化過(guò)程，逐步形成發(fā)展計(jì)算思維，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。本次的教學(xué)策略與實(shí)踐研究是一個(gè)積極的嘗試，效果與預(yù)期目標(biāo)基本相符。在今后的課堂教學(xué)中，筆者還會(huì)繼續(xù)深入探究，充分發(fā)揮教學(xué)評(píng)一體化的優(yōu)勢(shì)，以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)，打造計(jì)算思維培養(yǎng)的高效課堂。

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（課題項(xiàng)目：本文系福建省電化教育館教育信息技術(shù)研究課題“基于計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)評(píng)一體化編程實(shí)踐研究”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)為KT23052）