Python教学设计---基于计算思维的培养

邓素娟

四川省内江市第一中学，四川 内江 641000

摘要：我国《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中强调在教学过程中，提升学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。2017年《地平线报告（基础教育版）》也指出，培养中小学生的计算思维是21世纪一个重要的课题，计算思维应该是学生在阅读、写作、计算之外的另一项在日常生活中所必须熟练掌握在基本技能。计算思维更是写进了信息技术新课改的课程标准中，成为学科核心素养。对此，本文提出任务——目标模式，在初中python编程教育中培养学生计算思维，分五个步骤进行，即任务分解、抽象思维、解决方案、流程图设计、程序设计，从而提高学生高阶思维的能力。

关键词：计算思维；python语言；教学设计

引言

随着信息技术与人类的联系越来越密切，一个人若能像计算机科学家一样思考，将更容易在社会竞争中获得优势，计算思维不再是计算机专业人员的专有能力，而是所有受教育者都应具备的能力，因此国家十分重视对受教育者计算机思维的培养，在多个教育文件中均有所提及。在信息技术学科中，更是将计算思维列为核心素养。

一、计算思维

计算思维概念的首次提出者是美国卡内基·梅隆大学的周以真教授。周教授对计算思维做了如下定义：运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，包括抽象、分解、问题表达、建模、权衡评估等环节[1]。当给你布置一个任务时，你会考虑怎么去完成这个任务？你是否会用多种方法来解决这个问题，亦或是对这个问题进行详细的划分。比如，让你完成一份文稿的录入，你是否会考虑我要分几个步骤来完成？是先录入文字，还是一边录入文字一边对文字的格式进行设置，或是将顺序全倒过来。但无论我们怎么考虑，我们都会面对一个问题：那就是如何才能保质保量的完成这个任务等等。在我们的生活中，计算思维可以运用在每一个人身上，甚至可以运用在任何地方，只是这些情况发生的时候，我们都没有意识到它，也就是说它是在我们不知的情况下发生的。除了生活中的例子外，在我们用计算机编程解决问题的时候，如何运用计算思维、怎么用就显得特别重要。当然，计算思维除了在日常生活中涉及到，越来越多的专家、学者、教师也将这一理论用到自己的学科知识中。

从周以真教授对计算思维的定义，我们可以从以下几个方面来描述计算思维的特点。

1、对概念的理解是重点，而不是死记硬背。

2、它是所有受教育者都应具备的能力，它面向的是所有人。

3、它是一种思维方式，而不是特定的学科知识。

4、它是数学上逻辑思维与工程上构造思维的结合，是一种高级思维[2]。

二、基于计算机思维培养的Python课程教学设计

（一）python语言分析

Python是一种解释型脚本语言，语法简单、可扩展性强，跟自然语言很像，能够很方便的调用其他语言开发库，学习起来相当容易，适合初学者。

现如今Python语言的学习已经上升到了国家战略的层面上。从小学到中等院校都开设有python编程课程，由底层向高层推动“全民学Python”，从而进一步实现人工智能技术的推动和社会人才结构的更迭。

正因为python 的简单易学、可移植性强、丰富的代码等优点，从三年前开始，我们的初中教材里，也加入了python的一部内容。在python编程教育中，一个最重要的教学方式就是计算思维。

（二）、设计原则

1、主体性原则

在计算思维培养活动中，学生是知识建构的主体，一切活动都应围绕学生而展开，并应充分体现“以人为本”的教学理念。根据学生现有的认知水平和动手能力来设计教学，鼓励学生在活动过程中积极探索，从而提高学生解决问题的能力。在活动过程中，教师要注重学生对知识的习得，并采用多种方式对学生的学习效果进行评价。教师则扮演着活动的策划者、资源的提供者、学习的引导者、知识的启发者、节奏的调控者，通过师生共同实现良好的教学效果。

2、可视化原则

计算思维是利用计算机科学的方法进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等一系列的思维活动。我们都知道思考的过程是不可见的，那么我们在培养学生计算思维的过程中，就需要借助一些可视化的工具，帮助学生突破从抽象思维到具体实现的难关，比如刚接触python时，我们可以让学生，将流程图、思维导图等补充完整，到后来就可以让学生自己动手，绘制出解决问题完整的流程图或思维导图，从而在润物细无声中，达到培养计算思维的效果。

3、适用性原则

初中阶段的学生已经具有一定的逻辑思维能力，但学生间的逻辑思维存在着个体差异，所以在教学设计时不仅要考虑逻辑思维能力强的同学的拓展学习，还要照顾到逻辑思维能力弱的同学的能力提升学习。教学设计要综合考虑学生的学习能力、完成教学内容、达到教学目标、体现用计算思维解决问题的亮点；同时在教学设计中，还要设计部分对学生最近发展区具有挑战性的探究问题，从而降低学生的重复学习。

4、循序渐进原则

在用新教材之前，我们初中教材引入的编程语言是Qbasic，它是一种结构化的编程语言，作为入门级的语言，可能适合初学者学习和掌握；但python语言清晰、简洁、便利的语法和结构，是其他语言无可比拟的。那么在教学中就要找到一个好的切入点，这个切入点就是： scratch模块化编程与python中的绘图模块的相似性。这样不仅让学生在学习python语言时，增强了对python语言的认可度，而且降低了学生们的畏难情绪，同时还可以让学生达到对已有知识的同化和顺应。Python的学习从简单的海龟绘图开始，到使用python解决具体问题，不仅提高了学生的学习兴趣，还潜移默化的培养了学生们的计算思维。

（三）、教学模式设计

在我们的编程教学中，如何体现计算思维的？它其实是每个人在思考问题解决方案的过程中，而产生的一系列思维活动。比如在编程中用到的算法、建模、递归、迭代、 嵌入等是构成计算思维的基础。

结合初中生的年龄、心理、认知等特点和 Python语言简单易学等优点， 从学习目标出发，通过任务的完成，实现高阶思维的培养与提升。在实际教学过程中，采用“目标——任务”的教学模式来展开教学活动，具体如右图所示。

1、课前准备

课前准备是教师进行教学活动前的必要步骤。教师应根据教学内容和学生的实际情况，选择恰当的教学方式，为学生设置好合理的目标任务。在设计教学目标时，应将培养计算思维的五个维度：师生分解任务、抽象分析、解决方案、流程图设计与程序设计融合起来。为了做到这一点，教师就要对教材进行分析，确定教学的重难点，围绕重难点展开教学。同时根据教材特点和学生特征，选择教学方法，即“教学有法，教无定法”。对于理论与实践操作的内容，要采用不同的教学方法来进行，这样才能事半功倍。其次，我们要分析学生。学生是学习的主体，是开展教学活动的主要对象。作为教师，对学生要有充分的了解，包括学生的特长、已有的知识水平等，这样才能做到有的放矢，从而在教学过程中有目的、有计划的培养学生的计算思维。

2、情景导入

兴趣是最好的教师，好的开端是成功的一半。在课程导入时，教师要结合学生的兴趣或生活实际。教师在课堂教学前，从教学内容、学生的认知水平、操作技能等多方面，进行合理的情境预设，并将本节课的重难点通过问题表述出来，且对应具体的问题。同时，不同的内容应有不同的导入，这样才能更大的激发学生的学习。

3、讨论交流

在编程教育中，培养计算思维的关键点就是将问题以计算机可以理解的方法表达出来，因此，给学生设定的任务要清晰明了，要求小组分工合作。从接到任务、组内讨论分析，到得到解决问题的方案等过程，教师始终要扮演好引导者的角色，注重学生思维的启发与激励，而不是直接给出解决问题的方案或答案，引领学生探索不同的求解算法和路径，拓宽学生的求解思维。如果学生讨论的结果有多种方案，教师就要引导学生从多种方案中，找出最优方案。

计算思维是编程教育中一个重要的教学方式。在编程教育学活动中，教师要将“分解、抽象、简化、分类、转化”的教学策略贯穿始终。通过这一系列活动的开展，学生分析问题、解决问题的能力得到提升，同时在耳濡目染中，培养了学生的计算思维。

（四）、教学评价设计

教学评价环节可以从小组互评、自我评价、教师评价三个方面展开。自我评价环节，学生可以将自己解决问题的思路与方法分享出来，找出解决问题中存在的瑕疵，以及问题解决的结果与预期值间的差距，从提高学生分析问题、解决问题的能力。在互评环节，可以先进行小组内的互评，再进行小组间的互评。在互评时，更多的是要求学生找出其他同学解决问题的优点，学习好的思路，从而促进学生间的相互交流与学习。最后教师做出总结性评价。教师在总评时，要注意评价学生解决问题的能力和态度。对学生的实践成果，教师要给予充分的肯定，激发学生多方面的能力，促进学生计算思维的内化与提升。

三、结语

中学阶段是学生综合素质快速发展的重要时期，基于现代信息化教学背景下，教师应当充分认识到在计算思维的应用过程中所体现的重要价值，并对学生计算思维的培养引起足够的重视[3]，也是当代学生必备的能力，因此各学科在都不同程度上对学生进行计算思维的培养，这也是python教学效果的关键。利用目标——任务模式，来培养学生的计算思维能力的多样性与灵活性，从而激发学生学习兴趣，提高学习效率，使学生高阶思维能力得到提升。

参考文献：

[1].罗刚，杨茂庆.泛在学习环境中师生互动分析——基于信息文化的视角[J].现代远距离教育,2019(06):62-68.

[2].杨男才.基于计算思维的高中信息科技《算法与程序设计》教学探究[D].上海师范大学,2013.

[3].钰彪,古利成.智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力:内涵、价值及提升策略.广州广播电视大学报,2019(1905):63-68,73,110-111