王飛

《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》是高中信息技術(shù)學科得以立足的核心內(nèi)容之一，充分體現(xiàn)了學科特色與價值。在新課標的引領(lǐng)下，如何落實《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》相關(guān)內(nèi)容？如何把握這部分內(nèi)容的精髓，引領(lǐng)學生構(gòu)建學科特有的思想方法和操作范式，從而提升學生的計算思維能力？這些都是每位信息技術(shù)教師需要思索與探究的問題。

《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》教學并不是一個新的內(nèi)容，它是我們這個學科的立身之本。早期的教學注重語句命令的解讀、調(diào)試，如今的教學更加關(guān)注學生思維和意識的培養(yǎng)。在對這部分教學內(nèi)容的長期教學實踐與研究過程中，信息技術(shù)學科教師積累了大量豐富的經(jīng)驗和實踐案例。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)知識結(jié)構(gòu)和體系也在發(fā)生著變化;對學科教學理解的不斷深入和教育理念的不斷更新，促使我們需要花費更多的精力去研習這部分內(nèi)容，以使教學始終跟上時代發(fā)展的步伐。近些年人工智能教育探索的深入，要求我們更多地思考算法、編程、人工智能之間的關(guān)系是什么，如何在《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》中體現(xiàn)更多的新知與價值。

《課標》的啟示與思考

在《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）中，《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》包含在必修模塊1“數(shù)據(jù)與計算”中，人工智能相關(guān)的內(nèi)容也建構(gòu)在這一部分基礎之上。通過對《課標》的研讀，筆者認為與以往相比，《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》這部分有以下幾個新的特點。

1.注重學科思想方法，突出學科核心價值

在以往的教學過程中，我們通常將算法與程序?qū)崿F(xiàn)當作教學過程的一個重要內(nèi)容，更多地從知識層面去落實經(jīng)典算法的原理與實現(xiàn)過程，關(guān)注具體語句的落實、程序的調(diào)試等工作。在《課標》中，《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》的相關(guān)內(nèi)容延伸到整個課程體系中。教學強調(diào)對綜合任務的解決過程，關(guān)注利用算法和程序設計將實際問題落地。在這個轉(zhuǎn)變中，《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》的定位就不再僅僅是其中的一個教學內(nèi)容，更要將其定位成貫穿于整個學科的思想方法與解決問題的操作范式，是構(gòu)建整個學科的方法論和實踐指南。它需要教師引導學生將算法與程序?qū)崿F(xiàn)作為信息技術(shù)學科處理實際問題的一種有效的方法和手段，強調(diào)知識體系的構(gòu)建與實踐經(jīng)驗的結(jié)合。

2.關(guān)注實際生活，建立抽象模型

在內(nèi)容要求和教學提示部分，《課標》多次強調(diào)基于生活中的問題情境創(chuàng)設，從生活中的實例出發(fā)，引導學生對問題進行理解。在這個過程中，要引導學生從生活實例中提煉本質(zhì)問題，設計解決問題的一般方法，建立抽象模型。在以往的教學中，教師通常會直接拋出一個算法問題，引導學生分析解決，編程實現(xiàn)。而學生可能更加關(guān)注問題解決方法的意義和實踐價值，單純的算法學習可能會降低他們的學習興趣，同時不利于學生對知識的深化理解。因此，在講解算法的過程中，可以從具體的實例入手，引導學生去理解現(xiàn)實中需要解決的核心問題，找到影響問題解決的關(guān)鍵要素，通過分析各要素之間的關(guān)系，以適當?shù)姆绞奖磉_出來，構(gòu)建出抽象的描繪問題的模型，轉(zhuǎn)化成相應的算法和程序代碼，運行、調(diào)試，解決問題。在實現(xiàn)基本過程后，還要在原來實例的基礎上進行拓展與發(fā)散，完成深層次的探索與應用。

3.項目學習引導，關(guān)注數(shù)據(jù)的運算與處理

從對《課標》的閱讀中不難發(fā)現(xiàn)，《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》內(nèi)容置于數(shù)據(jù)與計算模塊之中，強調(diào)算法在數(shù)據(jù)處理中的重要作用。在教學過程中，建議采用項目學習方式，在項目完成過程中深化算法原理，內(nèi)化知識點，完善編程技術(shù)的實踐操作內(nèi)容，將實際問題轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)處理的算法問題，利用程序落實數(shù)據(jù)相關(guān)的操作。在每個環(huán)節(jié)中，需要關(guān)注的問題如右圖所示。

教材內(nèi)容分析與重組

與其他學科相比，由于信息技術(shù)知識更新快，地區(qū)間信息化差異大，學情復雜，因此，信息技術(shù)學科對教材的依賴程度相對較小，需要教師靈活處理教材，在把握教材核心內(nèi)容的同時，要根據(jù)情況對內(nèi)容進行合理加工。分析教材是完成進一步優(yōu)化教學內(nèi)容的第一步，以人教版必修一內(nèi)容為例，在《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》單元（包含人工智能內(nèi)容），案例與知識點內(nèi)容呈現(xiàn)如表1所示。

《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》被安排在第二章，以自動紅綠燈系統(tǒng)為貫穿整章節(jié)的線索，在涉及到具體知識點與程序結(jié)構(gòu)和基礎算法時引入了常用的數(shù)學經(jīng)典案例，如枚舉、排序等問題，嘗試在知識上進行突破。人工智能體驗環(huán)節(jié)則是在第四章，在完成基本內(nèi)容后，在Python模塊使用的基礎上，引入itchat模塊和函數(shù)調(diào)用相關(guān)的知識，完成信息值守機器人應用的開發(fā)。整個《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》的過程與項目的實踐過程緊密相連。筆者認為，在使用教材時，應該關(guān)注如下問題。

1.及時搭建腳手架，幫助學生克服學習困難

從表1不難看出，與原來的教材相比，這部分在內(nèi)容處理和案例選擇環(huán)節(jié)變化較大。以綜合案例為基礎，詳盡闡述問題解決的思維路線，并試圖將相關(guān)的算法內(nèi)容進行整合與引申，但解決與實踐層面缺乏完整的技術(shù)路線，對于剛剛接觸Python的教師而言，很難從中梳理出一條清晰的線路去組織教學，對于幾乎處于零基礎的學生而言，這些案例相對綜合，在學習過程中缺少專業(yè)知識和腳手架的支持。

從知識結(jié)構(gòu)看，項目學習的方式側(cè)重問題解決的過程，知識框架被打散。對于還沒有構(gòu)建起知識體系的學生而言，直接引入綜合案例不利于理解，同時不利于知識結(jié)構(gòu)的搭建，無法形成清晰的知識線路和思維脈絡，在這樣的情況下，照本宣科不利于教學內(nèi)容的落實。

從技術(shù)實踐與操作層面上看，教材中給出了宏觀的操作范式，具體的落實細節(jié)則是以一種粗線條的方式，通過知識鏈接進行過渡，并沒有給全完整的代碼和解決方案。在這種情況下教師如何根據(jù)學生的學情搭建腳手架，是亟待解決的問題。

2.基礎知識的落實與知識的重構(gòu)

通過上述分析可知，在進行課堂教學和案例加工時需要關(guān)注具體知識點的滲透與知識的重組，尤其要關(guān)注Python語言特質(zhì)內(nèi)容在《算法與程序?qū)崿F(xiàn)》過程中發(fā)揮的作用。筆者認為在教學過程中，Python的基礎知識和程序設計的精髓內(nèi)容一定不能忽略，要在構(gòu)建基本知識框架的前提下聚焦方法引領(lǐng)、任務的解決和項目的設計。