聚焦于計算思維的高中Python教學模式探索

摘要：計算思維作為高中信息技術核心素養之一，是人工智能時代高中學生必備的信息素養和思維方式。Python編程以其簡單易學、強大的庫等特點走進高中信息技術教材，成為培養學生計算思維的有效手段，而傳統的講練為主的高中信息技術課堂已無法滿足重過程、重思維、重問題解決的Python教學。因此，本文構建了聚焦于計算思維的高中Python教學模式，并提出具體的實施建議，以期為廣大教師提供借鑒。

關鍵詞：計算思維；Python編程；教學模式

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0047-04

問題的緣起

Python編程語言以其簡單易學、強大的庫等特點成為高中信息技術課堂培養學生計算思維的有效手段。但在實際教學過程中，大部分教師仍沿用傳統信息技術教學授課模式，即注重理論知識講解，注重學生機械訓練，輕視計算思維培養，輕視問題解決能力遷移等，相關教育資源也十分有限。

同時，大部分高中學生對編程的理解學習并不足，還停留在難度大、枯燥乏味的淺顯認識層面，少部分學生停留在圖形化編程的印象上。因此，教師在具體的Python教學過程中，不能單純地教編程，而應將計算思維的培養過程融入具體的編程教學過程中。這樣一來，如何通過Python編程教學培養學生的計算思維，并提高學生的問題解決能力，就成為亟待研究的問題。

相關概念理解

1.計算思維

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）將計算思維納入核心素養之一[1]，指出“計算思維的培養應當是‘嘗試、驗證、修正’的試錯過程，讓學生親歷問題解決過程，發展學生的計算思維”。計算思維是一種思維過程，以解決具體問題為導向，能夠將具體問題抽象化，以數字化的形式進行理解、處理，并對解決方案不斷改進優化，形成一種具象化的思維過程。[2]

2.Python編程語言

Python語言是由荷蘭數學家吉多·范羅蘇姆于20世紀90年代初設計開發的，其以簡單易學、開源免費、可移植、可跨平臺等優點[3]，成為最受編程初學者歡迎的程序開發語言之一。Python編程的普及學習有助于培養高中學生的計算思維能力，其特點主要表現在以下兩方面：①簡單易學。其接近通俗易懂的自然語言更容易理解；代碼書寫并不復雜，可以降低學生的抵觸心理。②豐富的庫功能。其具有眾多強大的各種庫及擴展包，成為智能時代的主流編程語言，如Pygame游戲庫、Numpy數學庫、Random隨機數庫等，有助于促進普通高中學生的主動性學習。

聚焦于計算思維的Python教學模式設計

筆者認為，高中Python教學模式應重點突出編程教學結構、過程、方法的有機統一，教學模式應由單一走向多元，由歸納走向體驗、試錯、演繹，由教師機械地教轉為學生理解性地學習。因此，教師應以計算思維為核心，以高中信息技術必修Python課程為基礎，并結合高中信息技術教學的三維目標（如圖1）設計教學模型。

1.設計原則

（1）注重結合實際創設探究情境

合適的、有吸引力的探究意境有助于提升學生的計算思維，結合Python編程的獨特優勢，可以以生活中有趣的問題引入，激發學生的學習積極性。

（2）以學生學為主體，鼓勵學生試錯

高中學生已經能夠書寫初始代碼，理解簡單讀程，并能夠用自然語言描述算法。在此基礎上，教師可以鼓勵學生不斷調試運行，在一次次試錯過程中，發現并解決Bug，優化算法，理解編程的精髓。有別于其他學科的結果式答案，Python編程理想的教學應是過程式答案，解決問題的方法和步驟更加重要。

（3）弱化考試評價導向，強化問題解決能力培養

筆者所在省已將Python編程納入高中學業水平測試考試科目，相比較而言，它是通過率相對較低的學測科目，原因在于其教學忽視學生編程思維的訓練，陷入練題解題的傳統考試導向的學習方式中。因此，應弱化考試評價導向，強化問題解決能力的培養，同時提升學生的計算思維水平。

2.構建“探究—試錯—問題解決—遷移”的教學模式

計算機解決問題的思路有別于傳統的解題過程，不僅追求結果的正確，而且追求過程的演繹正確。因此，在具體的教學過程中可以設置思維的臺階，鼓勵學生找到解決問題的算法并將其代碼實現，吸引學生不斷試錯、調試、運行，最終解決問題。[4]下面，筆者結合教學經驗，構建聚焦于計算思維的高中信息技術Python教學模式（如圖2）。

3.教學案例

根據高一年級新生的認知特點和實際學情，筆者選取了教科版“計算與問題解決”單元《非數值計算》章節的第一課時作為案例進行教學設計（如下頁圖3），具體的教學過程如下。

①（問題分解）“猜數字”游戲導入，回顧舊知，以貼合學生的情境過渡。

學生根據問題情境，分解子問題及具體思路，運行Python編寫的“猜數字”游戲。計算機在0～1000中隨機產生一個數，試試看要多少次才能猜中（如下頁圖4）。

②（抽象模型）提出“二分查找法”，由學生完成自然語言描述算法。

學生確定問題解決的關鍵要素，構建相關解題模型，運用自然語言描述算法：二分查找又叫折半查找，將數列有序排列，采用跳躍式查找數據；以遞增數列為例，先以中點位置的元素作為比較對象，如果要找的元素值小于該中點元素，則將待查序列縮小為左半部分，否則為右半部分；每一次比較后都可以將查找區間縮小一半。

③（算法設計）根據算法流程圖，完成代碼實現及算法設計。

學生需要解決的問題為：流程圖如何描述？程序代碼如何實現？

學生通過算法分析與設計，完成代碼編寫（如圖5）。

④（算法評估）多次調試運行。協作探究，鄰桌互助，交流評估其算法優劣，并加以優化。

學生調試運行程序，并自主修改部分代碼，重點體會循環結構和分支結構的書寫格式。

⑤（知識遷移）活動拓展，學以致用，加深對遞歸算法的理解，用計算思維遷移解決新問題。

學生深入理解二分查找法，運用二分思想解決其他實際問題，嘗試解決二分法解方程（如圖6）。

聚焦于計算思維的Python教學實施建議

1.探索跨學科融合

聚焦于計算思維的Python編程教學更多的是解決具體問題，而具體問題的分析可以抽象為具體的數學模型。[5]跨學科融合式的Python教學模式，可以建立在學生已有的數學邏輯思維能力基礎上，將數學的“讀題—解題—運算—驗證”過程，轉變為“算法描述—算法設計—代碼實現—算法優化”過程，降低學生認知難度。物理學科問題的解決也同樣如此，Python編程自帶的模塊庫，也可以作為物理實驗的程序表示，可以突破實驗環境和觀察數據的局限性。此外，還可以與藝術結合，進行數字藝術創作等。

2.探索大單元教學

大單元教學是以單元為學習單位，依據學科課程標準，聚焦學科課程核心素養，注重情境與實踐，圍繞某一主題或活動（大概念、大任務、大項目）對教學內容進行整體思考、設計和組織實施的教學過程。大單元教學可以打破傳統的枯燥乏味的教學模式，通過多樣化的探索和實踐活動激發學生的學習熱情和積極性，關注學生能力培養。在實際的教學過程中，教師可以根據具體的教學目標和學情選擇適合的主題，形成綜合性的學習單元，促進學生在實踐中學習和掌握Python編程知識。

3.探索故事化學習路徑、游戲化學習體驗

將教學內容融入到故事情境中可以讓學生在完成任務的過程中，體驗到故事角色的成長和挑戰。例如，在“拯救網絡世界”項目中，利用游戲化設計元素，如積分系統、等級挑戰和虛擬獎勵，讓學生在輕松愉快的氛圍中掌握Python編程等知識，提升學生的計算思維。

結語

在人工智能技術快速發展的背景下，尤其是在基礎教育階段，學生的計算思維培養日益受到重視。而起到紐帶作用的Python編程教學，目前在教學理論研究與教學實踐上仍顯不足，因此，如何提升學生的計算思維能力和編程技能，并使其可持續發展，還需繼續探索。

參考文獻：

[1]任友群，黃榮懷.高中信息技術課程標準修訂說明 [J].中國電化教育，2016（12）：1-3.

[2]胡林杰.面向計算思維培養的高中Python教學活動設計與應用研究[D].蘭州：西北師范大學，2021.

[3]朱志.基于計算思維培養的Python編程項目式教學實踐探索[J].教育信息技術，2024（01）：53-56.

[4]丁世強，王平升，趙可云，等.面向計算思維能力發展的項目式教學研究[J].現代教育技術，2020（09）：49-55.

[5]王榮良.計算思維教育[M].上海：上海科技教育出版社，2014.