大概念背景下的跨學科Python教學設計

安為偉

摘要：大概念教學是學科高屋建瓴的認識，可以幫助學生形成學科概念，提高學生解決問題和創新的能力。跨學科教學為信息技術教學提供了更多的選擇，能提高學生的應用能力。因此本文提出，在教學中應用大概念背景下的跨學科教學方式，能讓學生以小見大地理解信息技術的學科真諦。

關鍵詞：大概念；跨學科；信息技術；Python；教學設計

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0061-03

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》提倡基于核心素養的項目化教學，提倡跨學科項目學習活動，提倡在真實情境中解決問題。那么在教學設計時，要把真實情境設計得很復雜嗎？雖然以高中生的知識儲備和能力，可以解決較為復雜的真實問題，但是由于高中信息技術課時較少，問題過于復雜會浪費學生很多精力，這無異于舍本求末。因此，教師在教學設計時要清楚自己要教什么、怎么教，重視學科的方向與理念。而大概念引領的項目式教學模式，把概念目標明確化，分步解決生活中的真實問題，是一種可行的教學方法。

大概念背景下的跨學科課

大概念教學[1]強調圍繞學科大概念組織教學，以大概念為視角分析教學內容、整合知識并為學生提供自主探究的空間。跨學科的信息技術課充分利用了計算機與其他學科融合的特點，發揮信息技術作為實用學科的優勢，利用信息技術輔助專業發展的宏觀視野，構建了一個信息量大、知識豐富的真實學習環境。這種模式下的課堂，將不同學科的知識進行整合，不僅能讓學生更好地理解和掌握知識，還能提高學生的學習興趣和積極性，讓學生主動探索知識，而不是被動地接受其他學科的知識。

大概念背景下的Python課程整體設計

在大概念的引領下，筆者設計了貼近生活實際的“學生學籍管理系統”的Python系列程序，并通過項目式教學方法，把大問題分解為一個個具體的小問題，幫助學生用計算思維分步驟地解決生活中的問題，從而逐步形成對Python編程語言的認知，形成學科大概念。筆者將課程具體分為以下七個微項目。

微項目一：學籍管理系統與用戶的對話。學生理解Python的輸出功能、print（）函數和字符串的用法。

微項目二：學籍管理系統的錄入。學生理解input（）函數，了解變量、數據類型等幾個重要概念。

微項目三：學籍管理系統存儲個人信息。學生了解列表的用法和列表項的多樣性。

微項目四：在學籍管理系統中查找信息。學生能用雙分支結構找出符合條件的學生信息。

微項目五：在學籍管理系統中對學生條件的復雜查詢。用多分支結構對多個條件進行查找。

微項目六：在學籍管理系統中錄入多個學生信息。用for循環錄入全班學生的信息。

微項目七：在學籍管理系統中查找多個符合條件的學生。用while循環找出所有符合條件的學生。

最終，通過學籍管理系統的系列程序設計，學生將一個個微項目組合來解決一個大問題，進而學會用計算思維的方式解決生活中的實際問題。

項目實施

筆者以第一個微項目《學籍管理系統與用戶的對話》為例，設計了三個小任務，用小問題講大道理，讓學生逐步理解如何讓計算機與人類對話，了解人工智能的應用，感受編程的魅力和價值。下面談談具體實施過程。

1.創情境，發任務

教師下發一款“學籍管理系統”程序，讓學生運行程序體驗功能。學生進入系統會看到頁面上自動出現“歡迎進入學籍管理系統”的語句，教師提問：是否也想做出這樣的智能程序？通過提問提高學生的興趣和探索Python用法的欲望。

設計意圖：用“學籍管理系統”程序將信息技術與生活化、跨學科的內容聯系起來，提高學生的學習興趣，充分調動學生動手操作的積極性。同時，學生通過嘗試系統功能，明確整個項目要達到的效果和學習目標。

2.學知識，解問題

任務一：讓系統與你對話

①學生學會使用print （'歡迎進入學籍管理系統'）語句。這段代碼是Python語言的基礎輸出語句，它會在控制臺打印出字符串'歡迎進入學籍管理系統'。

②教師進一步引導：字符串在Python中就是一串字符，它不會被解釋器計算，而是直接原樣輸出。

③學生體驗計算機編程方式和計算機如何與人類對話。

④學生了解print語句是一個基礎的輸出語句。

設計意圖：通過此任務讓學生形成計算機輸出的概念，并認識字符串的概念。活動將計算機與人類生活聯系起來，實現了跨專業、親生活的教學目標，提高了學習興趣。

任務二：讓系統打印序號

①學生先練習print（'打印序號'）語句，復習打印字符串的方法。

②學生再嘗試打印學號、print（6＋1）語句，觀察屏幕上print（6＋1）語句會直接在控制臺打印出結果7，因為6+1的結果就是7。

③教師引導學生觀察print（'打印序號'）和print（6＋1）兩個語句的區別（如下圖），了解字符串和數值型數據的不同。

④學生通過復制粘貼修改任務一的輸出語句，快速操作完print（'打印序號'）語句。

⑤通過觀察print（6＋1）和print（'打印序號'）的輸出結果不同，學生了解了Python的數學計算功能，體會到Python作為解釋型語言的特性和高級編程語言更加方便、高效的特點。

設計意圖：這個知識點對學生理解Python的數據類型系統和自動轉換機制非常重要。同時，在Python的第一節課就初步滲透數據類型的概念，為后期學習做準備，達到知識的螺旋遞進。

任務三：讓系統一次性打印多種信息

①學生練習print（'高曉明學籍號：'+'007'）語句，并查看結果。

②學生了解控制臺打印出字符串'高曉明學籍號：007'。

③學生思考字符串中“+”號的用法。

④教師引導：Python將'007'視為字符串類型的數據，兩字符串間的“+”號不是數學運算，而是字符串的前后連接。

⑤教師進一步引出加法運算符和乘法運算符在字符串連接時的作用。

設計意圖：這個任務以print（'高曉明學籍號：'+'007'）為例，讓學生了解到在Python中字符串加法并非數學運算的過程。通過與任務二的對比，讓學生清晰地認識到print在處理字符串和數學計算之間的區別，了解數學學科與信息學科的異同，學會用計算思維理解問題。

3.論過程，找不足

在學生練習的環節中，教師采用小組合作方式，利用游戲搶答、交流展示的教學方法，讓學生互相教授和討論問題，使其能夠更好地掌握和理解所學的知識，進而有效地提高了課堂的效率，提升了學生的合作學習能力，增強了學生的學習興趣和參與度。

由于本節課是第一節編程課，學生對軟件和輸入字符都不熟練，在操作時會有很多不足和易錯點。為了能夠為初學者打下良好的編程基礎，教師要放慢節奏，逐步幫助學生解決問題。例如，教師可以通過展示預設的學生常犯的錯誤以及現場收集的學生在調試過程中出現的典型錯誤，讓學生合作討論問題，幫助學生找到出錯原因，集思廣益，總結方法，在修改和實踐中，得出計算思維概念。以下是學生的易錯點：

①print（'歡迎進入學籍管理系統'）語句前面多加了空格。

②print拼寫錯誤，或多字母，或少字母。

③print（'打印序號'）語句缺少一個后括號或單引號。

④在輸入漢字后，沒有調整成英文輸入法，后引號是漢語單引號。

上述問題都是學生經常犯的錯誤，需要培養學生良好的編程和調試習慣，才能使其在解決問題過程中事半功倍。因此，對學生暴露出的普遍問題，教師在教學設計時要做問題預設，采用學生游戲搶答、學生示范改錯的方式，讓學生學會調試程序。最后，還可以總結編程口訣：“注意格式的縮進，正確拼寫會變色，成對出現成對打，英文輸入是常態。”

4.看程序，想本質

教師引導學生回憶本節的知識點和易錯點。本節課是Python語言的第一個微項目，是基礎課程，它展示了Python的輸出功能，讓學生初步了解Python語言的特點和用法。通過這個程序，學生弄清了字符串和數值輸出的區別，以及如何調試和改錯，夯實了基礎。

教學反思

1.可取之處

微項目“學籍管理系統與用戶的對話”很好地引入了Python語言的基礎知識，能夠激發學生的學習興趣，讓他們了解到Python簡單、易用和多功能的特性，培養了他們的計算思維。在進行比較有思維含量的思考時，如在思考print（1＋6）數值和print（'007'）的區別時，學生體會到數學與編程的相通之處和不同點，學會了數據類型，在跨數學學科的基礎上，對語法和學科大概念有自己的思考。整個項目強調采用分步解決問題的方式，學生在實踐中落實了信息技術的核心素養，形成了信息意識和計算思維。

2.問題及改進之處

開展大概念、跨學科教學也有一些問題需要注意：①要圍繞教學目標確定跨學科內容。教師要像專家一樣思考問題，圍繞大概念和教學目標，突出重難點，找到最適合跨學科教學的內容，以小見大地說明道理。②要了解其他學科知識點的重要性。信息技術學科是應用型學科，易與其他學科和日常生活產生聯系。想要更好地找到跨學科教學內容，教師就需要有更寬的視野、更多的知識儲備，以便能在其他學科領域或生活中找到信息技術的應用之處。③要找準重難點，精準教學。學生之間操作水平差距較大，教師要抓住學科大概念，統整教材，粗細結合，針對性要強，如在這節課中，教師把輸入與輸出、字符串和整數類型數據一起講，在跨數學學科的基礎上完成對信息技術計算思維大概念的理解。而針對學生操作基礎弱的問題，可通過合作學習和口訣總結，培養學生的編程習慣，力求讓其在有限的課時中把知識學透。

結語

在大概念背景下開展跨學科的信息技術教學，能讓學生體會編程在不同行業中的應用，并在實例研究中形成計算思維，培養學生的創新和實踐能力。

參考文獻：

褚清源.大概念教學：為素養而教的時代選擇[N].中國教師報，2022-12-28（006）.