郭琳琳

2020年，教育部頒發(fā)的《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出：中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程中計(jì)算思維是學(xué)科核心素養(yǎng)的一部分。在信息技術(shù)課堂教學(xué)中，教師應(yīng)基于實(shí)際需求通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生基于程序設(shè)計(jì)理念的邏輯思維習(xí)慣和方法。計(jì)算思維作為一種充滿創(chuàng)新思想的技能形式，順應(yīng)了目前我國(guó)實(shí)施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求。程序設(shè)計(jì)課程在中職學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)中承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重任。

一、計(jì)算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀研究

目前，計(jì)算思維的相關(guān)教學(xué)研究在國(guó)內(nèi)外均處于初期發(fā)展階段，研究?jī)?nèi)容和角度較少。面向中職學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的相關(guān)教學(xué)研究成果更少。

（一）計(jì)算思維定義

計(jì)算思維最早在西莫·帕爾特教授的《頭腦風(fēng)暴：兒童、計(jì)算機(jī)及充滿活力的創(chuàng)意》論文中被提及，將它片面地解釋為算法思維。[1]后人把計(jì)算思維定義為對(duì)復(fù)雜任務(wù)的抽象和零散的解決方案。計(jì)算思維是一種思考方式，并不是孤立的一門學(xué)科知識(shí)，這種思考方式可以運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)。中職生處在思維活躍期，這個(gè)階段借助編程語(yǔ)言可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

（二）Python語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)

TIOBE公布于2023年2月的編程語(yǔ)言排行榜上，Python語(yǔ)言熱度穩(wěn)居第一。Python語(yǔ)言自身的特點(diǎn)非常適合在課堂上引入計(jì)算思維。Python語(yǔ)言的學(xué)習(xí)者能夠?qū)⒏嗟淖⒁饬性凇俺绦蛟O(shè)計(jì)思維”，而不需要太注重語(yǔ)法細(xì)節(jié)等方面，它注重問(wèn)題解決的過(guò)程而不是實(shí)現(xiàn)結(jié)果，這對(duì)于基礎(chǔ)薄弱的初學(xué)編程者來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。[2]

（三）計(jì)算思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，Python語(yǔ)言已進(jìn)入中職院校信息技術(shù)課堂。信息技術(shù)作為公共基礎(chǔ)課開(kāi)設(shè)在中職一年級(jí)的兩個(gè)學(xué)期，Python程序入門作為獨(dú)立章節(jié)占16學(xué)時(shí)，安排在第二學(xué)期。編程課剛進(jìn)入信息技術(shù)課堂，教師缺乏相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)缺乏與實(shí)際生活的結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。課堂上缺乏對(duì)學(xué)生思考能力的培養(yǎng)，造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、專業(yè)技能、解決問(wèn)題能力等方面的不足，制約了他們的創(chuàng)造性。具體表現(xiàn)在：

1.教師對(duì)計(jì)算思維的理論認(rèn)知度較低

當(dāng)前，中職院校教師對(duì)計(jì)算機(jī)課程的重視度普遍較低，探索領(lǐng)域的局限性也導(dǎo)致計(jì)算機(jī)教學(xué)觀念的落后，教學(xué)過(guò)程缺少“靈氣”。大多數(shù)中職院校計(jì)算機(jī)教師對(duì)計(jì)算思維的理解過(guò)于模糊和片面，只注重學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作技能的培養(yǎng)，而忽視了問(wèn)題解決的過(guò)程和方法。因此，在教師對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知度偏低的大背景下，很難開(kāi)展培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)活動(dòng)。

2.中職生基礎(chǔ)薄弱，對(duì)編程課興趣不高

眾所周知，中職生的文化課基礎(chǔ)比較薄弱，有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的學(xué)生更少。筆者對(duì)我校2022級(jí)1060名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有編程基礎(chǔ)的學(xué)生只有21人。訪談中，學(xué)生也表示對(duì)信息技術(shù)中Python編程這一章比較難理解。

3.缺乏實(shí)踐訓(xùn)練

中職信息技術(shù)課堂編程訓(xùn)練模塊比較欠缺，學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言不是16個(gè)課時(shí)能做到的，課內(nèi)學(xué)生自主訓(xùn)練時(shí)間有限，課后學(xué)生也沒(méi)有條件繼續(xù)進(jìn)行編程訓(xùn)練。在課堂教學(xué)中，這種“一對(duì)多”廣播式的教學(xué)演示對(duì)學(xué)生的有效指導(dǎo)微乎其微。在缺乏實(shí)踐訓(xùn)練的背景下，學(xué)生的自主探究能力低下。

二、培養(yǎng)中職生計(jì)算思維教學(xué)實(shí)踐的探索

筆者從事中職一年級(jí)信息技術(shù)教學(xué)，以2022級(jí)三個(gè)班級(jí)學(xué)生為研究對(duì)象，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐探索。本次研究使用的教材是2021年華東師范大學(xué)出版社出版的《信息技術(shù)》，教學(xué)內(nèi)容為中職信息技術(shù)第六章“程序設(shè)計(jì)入門”中的專題三“程序的三種結(jié)構(gòu)”，教學(xué)內(nèi)容分為4課時(shí)。在學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，教師的教學(xué)設(shè)計(jì)基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，解決算法與程序?qū)崿F(xiàn)的綜合應(yīng)用。

（一）引入解析算法培養(yǎng)計(jì)算思維

程序設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于生活，雖然學(xué)生缺乏相關(guān)編程經(jīng)驗(yàn)，但是生活的常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都是極為豐富的。程序設(shè)計(jì)的三種結(jié)構(gòu)順序、選擇、循環(huán)均在生活中有體現(xiàn)。從學(xué)生的已有知識(shí)出發(fā)，幫助學(xué)生建立新、舊知識(shí)的聯(lián)系。順序結(jié)構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)可以轉(zhuǎn)化為“設(shè)置綠燈最小時(shí)長(zhǎng)”的問(wèn)題。

教師提出問(wèn)題：校門口斑馬線的“人行紅綠燈”程序中最短綠燈時(shí)長(zhǎng)的功能如何設(shè)置？通過(guò)Python編程實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)分析問(wèn)題→設(shè)計(jì)算法→編寫程序→調(diào)試運(yùn)行→結(jié)果檢測(cè)的過(guò)程，讓學(xué)生學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的一般方法以及全面性分析問(wèn)題的方法。案例選用學(xué)生生活中遇到的問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生分析解答，最終用編程解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程中用到了解析算法。學(xué)生通過(guò)找出解決問(wèn)題的前提條件與結(jié)果之間的關(guān)系寫出表達(dá)式，計(jì)算表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的求解。在實(shí)際教學(xué)中，采用小組合作學(xué)習(xí)方式，每個(gè)小組都能完成課堂任務(wù)，學(xué)生參與度較高。

（二）在課堂教學(xué)中引入分解思維

當(dāng)任務(wù)難度大于50%時(shí)，學(xué)生很可能會(huì)放棄。隨著難度的提高，放棄的學(xué)生會(huì)越來(lái)越多。因此，教師需要根據(jù)中職生的心理特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)案例。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，將復(fù)雜的大任務(wù)轉(zhuǎn)化為一組簡(jiǎn)單的子任務(wù)，并建立子任務(wù)與知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及處理子任務(wù)的具體方法。通過(guò)逐個(gè)解決子任務(wù)的過(guò)程達(dá)到掌握知識(shí)的目的，最終完成復(fù)雜大任務(wù)，并幫助學(xué)生建立信心。

教師作為課堂的組織者、引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并完成課堂任務(wù)非常重要。通常我們遇到問(wèn)題產(chǎn)生困惑時(shí)，需要將問(wèn)題分解成多個(gè)子問(wèn)題。實(shí)施程序過(guò)程可以理解為：分析問(wèn)題→原問(wèn)題分解→各個(gè)子問(wèn)題→逐一解決子問(wèn)題→解決原問(wèn)題。

（三）引入枚舉法培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

枚舉法是一種重要的數(shù)學(xué)思考方法，以學(xué)生生活中的穿衣搭配為例。比如，上衣有兩件，褲子有3件，問(wèn)你的衣服有多少種不同的搭配方式？教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析，先考慮兩種情況，穿第一件上衣時(shí)，褲子有3種搭配方式，穿第二件上衣時(shí)，褲子又有3種搭配方式，所以總共有6種，這就是枚舉的應(yīng)用。具體到教學(xué)內(nèi)容，可以通過(guò)Python循環(huán)語(yǔ)句來(lái)編程實(shí)現(xiàn)。

枚舉法是根據(jù)已知條件，列舉所有可能情況，在枚舉算法的編程中，首先確定列舉對(duì)象和列舉的范圍，驗(yàn)證問(wèn)題成立的條件。接著，使用循環(huán)句和條件句進(jìn)行對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決。

（四）讓興趣成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的內(nèi)驅(qū)主動(dòng)力

Python教學(xué)應(yīng)結(jié)合學(xué)情，隨著教學(xué)新理論進(jìn)行不斷地優(yōu)化，發(fā)掘?qū)W生的內(nèi)驅(qū)力。在教學(xué)設(shè)計(jì)上需重視教學(xué)案例的趣味性，并依據(jù)Python教學(xué)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)相關(guān)的教學(xué)情境。雖然學(xué)生易對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭煩情緒，但是往往對(duì)程序的運(yùn)行結(jié)果表現(xiàn)出較大的興趣。在while循環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中，教師教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

教師提出問(wèn)題：疊紙游——挑戰(zhàn)清源山（最高峰海拔498米），假如這張紙能反復(fù)對(duì)折，那么它對(duì)折多少次能超過(guò)清源山的高度？（通過(guò)卡尺測(cè)量100張A4紙的厚度，計(jì)算出一張紙厚度為0.08毫米）

這樣的問(wèn)題充分激發(fā)了學(xué)生的好奇心，使其迫不及待想得到答案。手動(dòng)折紙，發(fā)現(xiàn)折到第8次就折不下去了，直接人工算太耗費(fèi)時(shí)間又容易出錯(cuò)，考慮用編程方法嘗試解決問(wèn)題。

1.分析問(wèn)題

已知條件：清源山高度mount=498米，紙的厚度p=0.00008米

循環(huán)體：p=p*2 ，循環(huán)終止條件p>mount

2.教師展示“折紙厚度變化與山的高度”分析表格，引導(dǎo)學(xué)生繪制出程序流程圖。

3.編寫代碼，得出答案

p=0.00008#設(shè)置初值紙的厚度

mount=498 #設(shè)置初值山的高度

count=0? ?#設(shè)置統(tǒng)計(jì)次數(shù)初值

while p

p=p*2

count+=1

print（count） #輸出折紙次數(shù)

計(jì)算思維的建立源于我們對(duì)信息的處理過(guò)程，通過(guò)編程解決了問(wèn)題，學(xué)生也學(xué)到了循環(huán)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，掌握了while語(yǔ)句用法。因此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)的講解，還應(yīng)考慮計(jì)算思維的培養(yǎng)，從多方面提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

三、實(shí)踐結(jié)果

本次面向中職生計(jì)算思維培養(yǎng)的行動(dòng)研究分三次對(duì)三個(gè)班級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，發(fā)放了調(diào)查問(wèn)卷，以了解教學(xué)策略對(duì)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的效果、學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)知和能力水平等。本次調(diào)查共發(fā)放105份問(wèn)卷，回收105份問(wèn)卷，其中有效問(wèn)卷102份。通過(guò)課堂觀察了解信息技術(shù)課程的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和教學(xué)策略，實(shí)踐結(jié)束后進(jìn)行后測(cè)問(wèn)卷填寫與隨機(jī)訪談，分析所得數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。

第一，課堂中融入計(jì)算思維教學(xué)的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的思維方式、思維習(xí)慣有一定影響，使學(xué)生感受到信息技術(shù)能解決生活中的問(wèn)題。

第二，課堂以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)。教師應(yīng)給予學(xué)生充足的思考和動(dòng)手操作時(shí)間，從而激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

第三，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在分析問(wèn)題、提出解決方案時(shí)會(huì)有一些新穎的看法，在小組合作學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生互助修改出錯(cuò)程序代碼能提高學(xué)習(xí)效率。

顯而易見(jiàn)，以計(jì)算思維培養(yǎng)為主導(dǎo)的課程不但培養(yǎng)了學(xué)生的分解思維、算法思維和抽象思維，還發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新思維和糾錯(cuò)思維。

綜上所述，計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，不論是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，還是對(duì)教師的課堂教學(xué)能力，都是極具挑戰(zhàn)性的。在Python課程中，一線教師的教學(xué)理念和教學(xué)方法選擇對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新理念意義重大，需要教師在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索新的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]王婷婷.基于計(jì)算思維的非計(jì)算機(jī)專業(yè)開(kāi)設(shè)Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的探討[J].中國(guó)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（中旬刊），2020（1）：190-191.

[2]王羅那，王建磐.人工智能時(shí)代需要關(guān)注的新素養(yǎng)：計(jì)算思維[J].比較教育研究，2021，43（3）：24-30，38.

（作者單位：福建省惠安職業(yè)中專學(xué)校）

編輯：趙文靜