關(guān)注情境創(chuàng)設，培養(yǎng)計算思維

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2025）13—0059-04

引言

計算思維是指個體在解決問題的過程中，運用計算機科學領域的思想方法和概念進行思考和推理的能力。這種思維方式涉及分解、抽象、建模、算法設計等一系列的認知活動。情境教學是培養(yǎng)計算思維的有效途徑之一。在情境教學中，將抽象的計算機科學知識與學生熟悉的實際生活場景相結(jié)合，能夠讓學生在具體的意義框架下理解和掌握這些知識，從而促進計算思維的培養(yǎng)。基于此，筆者以浙江教育出版社出版的信息技術(shù)必修1第四章“數(shù)據(jù)處理與應用”第二課第2節(jié)《編程處理數(shù)據(jù)》為例，探究在教學過程中如何通過設計情境中的問題鏈，培養(yǎng)學生的計算思維。

1.教學內(nèi)容碎片化

目前的高中信息技術(shù)教材大都采用Python語言作為編程語言，Python因其語法的靈活性和簡潔性而受到廣泛青睞。然而，這種靈活性也帶來了挑戰(zhàn)：Python擁有龐大的標準庫和第三方庫，這使得教學內(nèi)容顯得零散，缺乏系統(tǒng)性。對初學者而言，理解這些知識點之間的聯(lián)系并迅速掌握是一項艱巨的任務。此外，Python語言的靈活性也意味著同一問題可以有多種解決方案，這不僅要求學生掌握各個獨立的知識點，還要求他們學會如何整合這些知識點，構(gòu)建起解決問題的綜合框架。因此在實際編程實踐中，學生可能需要投入大量時間來查找和學習特定的模塊和函數(shù)，這不僅降低了編程效率，也影響了學生的學習體驗。

核心素養(yǎng)視域下高中編程教學中存在的問題

2.情境創(chuàng)設淺表化

許多教學實踐中的情境創(chuàng)設往往缺乏深度，不能深人觸及學生素養(yǎng)的提升。這種淺表化的情境創(chuàng)設主要表現(xiàn)在以下幾個方面：① 聯(lián)系性不足。情境創(chuàng)設過度依賴教材，沒有將教學內(nèi)容與學生的生活實際緊密結(jié)合。這種脫節(jié)導致學生難以理解知識在現(xiàn)實世界中的應用價值。 ② 連貫性缺失。情境創(chuàng)設僅在課程的引入階段或特定教學活動片段中出現(xiàn)，沒有將情境學習的理念貫穿于編程教學全過程，這種間斷性情境使得學生難以形成連續(xù)的學習體驗，限制了情境教學的深度和廣度。 ③ 延展性薄弱。促進學生協(xié)作和知識構(gòu)建的開放式情境設計較為稀缺。同時，對知識遷移和應用場景的拓展也不夠充分，不利于學生思維活動的深化和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.計算思維缺位化

在當前的教育體系中，計算思維的培養(yǎng)主要集中在基礎性知識內(nèi)容的教學上。這種教學模式傾向于通過簡單的操作任務來完成學習目標，而缺乏對學生進行深入思維反思和實踐探究的引導。由此導致的教學傾向是重視操作技能的訓練，而相對忽視了對學生計算思維能力的培養(yǎng)。這種偏重于操作技能的教學方式使得學生的計算思維學習過程與真實的社會情境相脫節(jié)，從而削弱了計算思維教育在解決現(xiàn)實世界問題中的價值和意義。

實施情境創(chuàng)設，培養(yǎng)計算 思維

培養(yǎng)計算思維是提升學生解決問題能力的關(guān)鍵。實施情境教學，將計算思維的培養(yǎng)融人到具體的、真實的情境中，可以增強學生對計算概念的理解和應用能力。這種教學方法不僅能使學生學習編程語言和算法，而且還能讓他們理解這些概念在現(xiàn)實世界中的應用，從而在解決實際問題的過程中鍛煉和培養(yǎng)計算思維。

《編程處理數(shù)據(jù)》一課是高中編程教學中的核心內(nèi)容，它所涉及的整理、分析和可視化過程，與計算思維的核心要素高度契合。同時，傳統(tǒng)教學側(cè)重于編程語言的語法和操作技能，忽視計算思維的培養(yǎng)。因此，筆者圍繞學生期中成績數(shù)據(jù)的處理，設計了一系列緊密關(guān)聯(lián)的學習情境，包括問題情境、實踐情境、應用情境和社會情境等，并設置了“班級均分”“個人排名”“班級排名”情境任務，難度依次遞增，旨在引導學生從簡單的數(shù)據(jù)處理逐步過渡到復雜的數(shù)據(jù)分析。通過情境鏈和任務鏈，能夠讓學生在體驗中獲得共鳴，將已有知識與新知識相結(jié)合，從而在實踐中實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng)目標。

教學案例

1.創(chuàng)設真實情境，激發(fā)學習熱情

數(shù)據(jù)處理是程序設計的一個重要領域，也是培養(yǎng)和實踐計算思維的理想平臺。筆者展示學生本次期中考試的成績數(shù)據(jù)，在學生對數(shù)據(jù)有了直觀認識的基礎上，自然引出數(shù)據(jù)處理的相關(guān)話題，如數(shù)據(jù)整理、分析和可視化等。接著，引導學生思考如何從這些成績數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，如評估教學效果等。盡管學生通常熟悉Excel中的數(shù)據(jù)處理方式，但對編程處理數(shù)據(jù)的方法卻了解不多。因此，鼓勵學生思考并總結(jié)Excel數(shù)據(jù)處理的一般過程，為學習編程處理數(shù)據(jù)提供寶貴的路徑參考。

2.探究問題情境，抽象建模分析

基于學生期中考試的成績數(shù)據(jù)，筆者創(chuàng)設了“成績分析”的問題情境，并設計了難度依次遞增的三個情境問題（如表1），引導學生在處理期中考試成績數(shù)據(jù)的過程中掌握利用編程處理數(shù)據(jù)的方法。

首先，引導學生分析計算班級平均分的過程，明確該問題的輸入和輸出，探討為滿足問題需求，對原始數(shù)據(jù)應做哪些預處理操作。在處理得到班級數(shù)據(jù)后，引導學生選擇適當?shù)慕y(tǒng)計函數(shù)來計算平均分，并與Excel中的average（函數(shù)進行對比，辨析兩者的差異（如下頁表2），然后進一步引導學生編寫程序代碼以實現(xiàn)平均值函數(shù)的功能。

其次，學生需要學習如何將Excel中的排名函數(shù)原理遷移至編程領域，以確定個人在班級中的排名情況。教師引導學生回顧Excel中排名函數(shù)的參數(shù)及其具體功能，進而探討其背后的原理，引出解決排名問題的兩個主要步驟，即數(shù)據(jù)排序和排名賦值。針對數(shù)據(jù)排序，引導學生思考在Excel中進行數(shù)據(jù)排序操作時所需設置的參數(shù)，學生通常會提及排序字段和排序方式這兩個核心要素，與sort_values（方法中的by參數(shù)和ascending參數(shù)相對應（如表3），進而利用range（函數(shù)完成排名賦值，即可滿足所求。

在學生掌握了計算平均分和排名的方法后，筆者又設置了評估班級在年級中的排名這一問題情境。該環(huán)節(jié)要求學生理解三個問題情境之間的聯(lián)系：首先計算每個班級的平均分，然后基于這些平均分來確定班級的年級排名。教師引導學生回顧Excel中的averageif（函數(shù)并實現(xiàn)這一計算。進而，引出編程處理數(shù)據(jù)中的分組函數(shù)和統(tǒng)計函數(shù)，并比較它們與averageif（函數(shù)在使用上的異同（如表4）。

3.挖掘?qū)嵺`情境，拓展應用 情境

在解決前述三個情境問題后，學生已對編程處理數(shù)據(jù)的步驟和方法有了清晰的認識。在此基礎上，筆者將學生分為六個異質(zhì)小組，提出可視化三個情境中數(shù)據(jù)結(jié)果的任務 （提升難度）。每個小組負責一個任務，以完成編程處理數(shù)據(jù)的“最后一公里”。為了促進學生的自主學習和合作學習，筆者提供編程處理數(shù)據(jù)各環(huán)節(jié)的詳細步驟和代碼示例（如下頁表5）。學生可以通過學習線上資源、小組討論、跨組交流和請教老師等方式，“從0到1”實現(xiàn)編程處理數(shù)據(jù)。

在上述基礎上，筆者進一步鼓勵學生探索日常生活中的數(shù)據(jù)資源，思考分析數(shù)據(jù)的角度，預期分析結(jié)果以及對實際問題的影響，為解決問題提供參考，以此來提高學生對數(shù)據(jù)和信息的敏感性，使其增強信息意識，培養(yǎng)問題遷移和解決能力，發(fā)展計算思維。

4.連接社會情境，培養(yǎng)社會責任

連接社會現(xiàn)實中的真實數(shù)據(jù)，引導學生思考：數(shù)據(jù)是否總是準確的？如何確保數(shù)據(jù)的真實性？引出驗證數(shù)據(jù)真實性的方法——交叉驗證和來源審查。進一步引導學生思考：數(shù)據(jù)是否總是公正的？如何減少數(shù)據(jù)中的偏見？引出多元化的數(shù)據(jù)收集和算法公平性測試。通過小組討論，學生提出現(xiàn)實情境中與數(shù)據(jù)相關(guān)的倫理道德問題，并扮演倫理審查員角色，將這些問題與相關(guān)的法律法規(guī)和行業(yè)標準進行連線。這有助于學生理解在數(shù)據(jù)時代保護個人安全和隱私所需的知識和技能，從而增強他們的信息社會責任。

結(jié)語

情境教學法在《編程處理數(shù)據(jù)》一課中的應用對培養(yǎng)學生的計算思維具有良好效果。這一成效的取得，主要得益于以下三個關(guān)鍵策略的實施： ① 雙鏈并行的教學設計。基于現(xiàn)實場景生成情境鏈，貼近學生生活經(jīng)驗，激發(fā)學生學習興趣。基于情境鏈生成任務鏈，學生

在完成任務的過程中，提高解決問題的能力。 ② 系統(tǒng)化整合教學內(nèi)容。對教學內(nèi)容進行系統(tǒng)化整合，構(gòu)建清晰的知識框架，以提高教學的系統(tǒng)性和連貫性。該框架不僅幫助學生建立起對編程處理數(shù)據(jù)的整體認識，還促進了學生理解知識點間的聯(lián)系，點面兼顧。 ③ 指向?qū)W科核心素養(yǎng)的教學設計。教學設計緊密圍繞學科核心素養(yǎng)，通過創(chuàng)設真實情境激發(fā)學生信息意識，引導學生探究問題情境以培養(yǎng)計算思維，挖掘?qū)嵺`情境拓展應用以促進數(shù)字化學習與創(chuàng)新，同時，連接社會情境探討人文問題以培養(yǎng)信息社會責任，從而全面提升學生的信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)，使其成為具備理性的價值判斷能力和負責的行動能力的新時代公民。

參考文獻：

[1]張立國，王國華.計算思維：信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的核心議題[J.電化教育研究，2018，39（05）：115-121.

[2]楊文正.學習情境鏈創(chuàng)設視域下的計算思維培養(yǎng)模式[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2021，33（05）：72-81.