指向計算思維發(fā)展的Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的構(gòu)建與實施

林椿?顧喆純

【摘 要】計算思維被《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》列為信息科技課程四大核心素養(yǎng)之一，Python語言編程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效載體之一。文章以Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的構(gòu)建和具體實施為例，探尋發(fā)展學(xué)生計算思維的新路徑。

【關(guān)鍵詞】計算思維 Python語言 學(xué)習(xí)任務(wù)群

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中將計算思維確定為學(xué)科四個核心素養(yǎng)之一，與此同時，易入門、重算法、輕語法的Python程序語言取代Visual Basic進(jìn)入信息科技課程，被賦予學(xué)生計算思維培養(yǎng)的重任。如何以Python編程語言進(jìn)課堂為契機(jī)，探索培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效路徑成了信息科技教師較為關(guān)注的問題。

一、基于計算思維培養(yǎng)的Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的建構(gòu)

計算思維作為一種思維方式，學(xué)生單靠理論學(xué)習(xí)或者一兩節(jié)互不關(guān)聯(lián)的課，很難鍛煉與具備，必須經(jīng)由大量的實踐和系統(tǒng)的訓(xùn)練。Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群是承載課程內(nèi)容、架構(gòu)課程體系、創(chuàng)新教學(xué)模式的若干相互關(guān)聯(lián)的、連續(xù)性的學(xué)習(xí)任務(wù)集合體，是培養(yǎng)學(xué)生計算思維的有效路徑之一。

（一）任務(wù)群主題情境：聚焦真實問題的解決

計算思維的核心是解決問題，新課標(biāo)中倡導(dǎo)素養(yǎng)導(dǎo)向下的信息科技課堂教學(xué)應(yīng)在真實的問題情境中落實開展。Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的教學(xué)情境應(yīng)從現(xiàn)實世界中尋找問題原型，如日常生活、經(jīng)濟(jì)政治、熱點新聞、道德法規(guī)或歷史典故等。通過主題情境串聯(lián)起任務(wù)群的子任務(wù)，讓學(xué)生在設(shè)定情境的任務(wù)集合中，體會Python語言對解決現(xiàn)實問題的價值和作用，逐步養(yǎng)成使用計算思維解決實際問題的習(xí)慣。

（二）任務(wù)群長線構(gòu)建：指向思維要素的培養(yǎng)

新課標(biāo)中將計算思維明確定義為：在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動。指向計算思維培養(yǎng)的要素，教師有意識、有計劃地選擇、重組Python語言相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，把碎片化的知識編排成具有關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性、綜合性的學(xué)習(xí)任務(wù)群，根據(jù)學(xué)情分課時開展教學(xué)。相互關(guān)聯(lián)的、連續(xù)性的學(xué)習(xí)任務(wù)集合體能讓學(xué)生在長線活動中，有足夠的時間持續(xù)探尋知識之間的相互邏輯，更有機(jī)會進(jìn)入深度學(xué)習(xí)，在實現(xiàn)思維自然生長的同時，形成較為科學(xué)的研究方法和思維習(xí)慣。

（三）任務(wù)群外延拓展：搭建思維遷移的支架

在教育實踐中，計算思維的內(nèi)化遷移是一個關(guān)鍵目標(biāo)?；谟嬎闼季S培養(yǎng)的Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的學(xué)習(xí)，不以學(xué)生掌握了多少書本知識、會做多少道Python語言編程題為根本目的，而是追求知識習(xí)得后，學(xué)生的思維能力、生活經(jīng)驗以及學(xué)科素養(yǎng)得到哪些優(yōu)化和提升，是否產(chǎn)生了積極的學(xué)習(xí)方式的改變、價值觀念的改變、思考方式乃至生活方式的改變。通過任務(wù)拓展實施思維的有效遷移，學(xué)生將計算思維從一種外在的知識和技能轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的思維習(xí)慣和解決問題的工具。

二、Python語言“一帶一路”主題學(xué)習(xí)任務(wù)群實施案例

以“一帶一路”為主題情境，通過Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生在用計算思維解決實際問題的同時，鼓勵學(xué)生關(guān)注國家時事，感知國家的發(fā)展與變化，培養(yǎng)他們從小樹立人類命運(yùn)共同體的意識，成為德智體美勞全面發(fā)展的時代新人。

（一）任務(wù)群活動：提取“一帶一路”國際合作高峰論壇高頻詞

1.任務(wù)情境

“一帶一路”國際合作高峰論壇，是“一帶一路”框架下最高規(guī)格的國際活動。繼2017年、2019年后，2023年10月第三次“一帶一路”國際合作高峰論壇在北京舉行，請為此次高峰論壇的新聞稿提供高頻詞。

2.任務(wù)實施

抽象：將為高峰論壇的新聞稿提供高頻詞的現(xiàn)實問題，轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計《習(xí)近平主席在論壇中發(fā)表主旨演講》txt文件中出現(xiàn)頻率最高的前10個高頻詞。

分解：將復(fù)雜的大問題分解為中文分詞、詞頻統(tǒng)計、去除無意義的詞等小問題，找出問題的關(guān)鍵和重點。

建模：分析這些問題之間的相互聯(lián)系，幫學(xué)生梳理形成“數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)展示”的關(guān)系模型。

編程實現(xiàn)：教師借助Python語言編程演示2017年5月召開的第一次“一帶一路”國際合作高峰論壇高頻詞的提取結(jié)果—“合作”128次、“發(fā)展”96次、“建設(shè)”88次、“共同”34次、“文明”26次、“開放”23次、“金融”20次、“人民”19次、“貿(mào)易”19次、“和平”17次。教師教學(xué)范例后布置學(xué)生編程實現(xiàn)2019年第二次、2023年第三次“一帶一路”國際合作高峰論壇高頻詞提取，通過詞頻分析讓學(xué)生快速了解和聚焦三次論壇的關(guān)鍵詞。

3.任務(wù)拓展

完成以上基礎(chǔ)任務(wù)以后，向?qū)W生展示各大新聞媒體對中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會（二十大）的新聞報道，如“光明時政”發(fā)布的《二十大報告中，這個高頻詞值得細(xì)品！》、“今日頭條”發(fā)布的《9個高頻詞看二十大報告》、“搜狐新聞”發(fā)布的《被提及177次！一起學(xué)習(xí)二十大報告里的高頻詞》等新聞，讓學(xué)生嘗試完成“提取二十大高頻詞”這一拓展任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國家最新最近的政策、法規(guī)、會議，明白學(xué)會高頻詞的提取能作為新聞報道內(nèi)容的有力支撐。

（二）任務(wù)群活動：繪制“一帶一路”經(jīng)濟(jì)走廊途經(jīng)城市線路圖

1.任務(wù)情境

“一帶一路”貫穿亞歐非大陸，一頭是活躍的東亞經(jīng)濟(jì)圈，一頭是發(fā)達(dá)的歐洲經(jīng)濟(jì)圈，中間是發(fā)展?jié)摿薮蟮母沟貒?，請用Python繪制“一帶一路”經(jīng)濟(jì)走廊途經(jīng)城市線路圖。

2.任務(wù)實施

抽象：將任務(wù)情境中的繪制線路問題“抽象”為利用計算機(jī)提取“一帶一路”城市經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在地圖上顯現(xiàn)出來并連線生成路徑。

分解：將問題分解為分別繪制“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”線路圖的兩個子問題，再將子問題“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”線路二次分解為中蒙俄經(jīng)濟(jì)走廊、新亞歐大陸橋、中國—中亞—西亞經(jīng)濟(jì)走廊、中國—中南半島經(jīng)濟(jì)走廊、中巴經(jīng)濟(jì)走廊、孟中印緬經(jīng)濟(jì)走廊六大經(jīng)濟(jì)走廊線路的繪制問題，各條經(jīng)濟(jì)走廊再向下三次分解為途經(jīng)的各個城市的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的提取。

建模：結(jié)合地理知識分析這些經(jīng)濟(jì)走廊線路圖之間的分布關(guān)系，例如新亞歐大陸橋經(jīng)濟(jì)走廊、中巴經(jīng)濟(jì)走廊和中國—中亞—西亞經(jīng)濟(jì)走廊在中國新疆實現(xiàn)了“三廊合一”，幫學(xué)生梳理形成路線經(jīng)脈初步印象。

編程實現(xiàn)：教師范例編程實現(xiàn)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”中蒙俄經(jīng)濟(jì)走廊線路圖的線路圖后，學(xué)生分組完成其余五大經(jīng)濟(jì)走廊線路以及“21世紀(jì)海上絲綢之路”線路圖的繪制。

3.任務(wù)拓展

南水北調(diào)工程是我國水資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略性水利規(guī)劃工程，分東、中、西三條線路將南方長江流域的水調(diào)到北方水資源缺乏區(qū)域，引入拓展任務(wù)：用Python語言繪制“南水北調(diào)”線路圖。以拓展任務(wù)在幫助學(xué)生學(xué)會知識遷移的同時，了解南水北調(diào)的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)價值，引導(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)，為投身于社會主義現(xiàn)代化建設(shè)積蓄能量。

（三）任務(wù)活動：設(shè)計“一帶一路”伙伴國家名片管理系統(tǒng)

1.任務(wù)情境

“一帶一路”向世界鋪展合作共贏新畫卷，截至2023年10月，已有152個國家、32個國際組織與中國簽署了200多份共建“一帶一路”合作文件。請設(shè)計“一帶一路”伙伴國家名片管理系統(tǒng)。

2.任務(wù)實施

抽象：將復(fù)雜的情境任務(wù)“抽象”為計算機(jī)能處理的問題，即輸入“一帶一路”新增合作國家信息形成名片，輸出顯示系統(tǒng)內(nèi)伙伴國家名片信息。

分解：將大系統(tǒng)細(xì)化分解為“新建名片”“查詢名片”“顯示全部”三個子系統(tǒng)，其中“查詢名片”板塊再向下分解為“查詢”“修改”“刪除”名片，幫助學(xué)生形成名片管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)。

建模：梳理各板塊之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生建立信息管理系統(tǒng)一般分為“添加信息、查詢信息、修改信息、顯示所有信息、退出系統(tǒng)”的模型概念，各板塊可以按個性化需求調(diào)整或合并。

編程實現(xiàn)：借助Python語言編程實現(xiàn)“一帶一路”伙伴國家名片管理系統(tǒng)：顯示用戶界面，用戶選擇“新建名片”，按照系統(tǒng)提示輸入國家名稱、官方語言、人口數(shù)量、國土面積、首都城市等信息，可以新建國家名片信息；選擇“顯示全部”，系統(tǒng)即羅列出已錄入的所有伙伴國家名片信息；選擇“查詢名片”，系統(tǒng)顯示用戶輸入所查詢的國家名片信息，并跳出“修改”“刪除”選項供用戶按需選擇。

3.任務(wù)拓展

中華大地有豐富的歷史文化古跡、美麗的人文景觀、多姿多彩的民族風(fēng)情，請設(shè)計“中華旅游景點查詢系統(tǒng)”，讓伙伴國家的友人能快速了解中華大地景點的相關(guān)信息。這樣，在提升學(xué)生計算思維能力和知識遷移能力的同時，對增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和文化自信具有積極的意義。

三、結(jié)束語

指向計算思維發(fā)展的Python語言學(xué)習(xí)任務(wù)群的構(gòu)建與實施，讓學(xué)生在真實問題情境中體驗抽象、分解、建模、算法設(shè)計等計算思維活動的整個過程，有效促進(jìn)了學(xué)生計算思維的發(fā)展，提高了解決問題的能力。國家科教興國政策的制定、新課標(biāo)的發(fā)布、教學(xué)智能軟件的普及等，為一線教育人對教學(xué)方法多樣性進(jìn)行更多有益的探索提供了沃土?？萍荚诓粩喟l(fā)展，未來在不斷變化。新時代下，對于“為誰培養(yǎng)人，培養(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人”，需要我們作出更多有力的行動回答！

【參考文獻(xiàn)】

中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.