江蘇省太倉高級中學(xué)（215411） 陳 英

一、主要矛盾

Python 走進(jìn)教材是高中信息技術(shù)新課程改革的一大亮點(diǎn)，也是高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有力舉措。當(dāng)下，在高中開展編程教學(xué)是否可行的問題已無須討論，關(guān)鍵是如何有效開展編程教學(xué)。是否可以參考大學(xué)編程教學(xué)的做法？如何讓高中生了解編程，愛上編程？要厘清這些問題，教師必須靜下心來，仔細(xì)剖析高一編程教學(xué)的“天時(shí)”“地利”“人和”，分析高一編程教學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題和主要矛盾，只有這樣，才能做到有的放矢，真正實(shí)現(xiàn)減負(fù)增效。

高一編程教學(xué)主要存在以下矛盾：

（一）教學(xué)難度大與課時(shí)不足之間的矛盾

編程是數(shù)學(xué)知識與計(jì)算機(jī)知識的綜合體，相關(guān)知識點(diǎn)具有高度抽象性，對學(xué)生的推理能力、分析綜合能力要求很高，因此，編程教學(xué)難度大就成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問題。學(xué)生要想學(xué)好編程，不僅要在課堂上全身心地投入學(xué)習(xí)，還要在課后消化和鞏固。但是，要在高一開足編程教學(xué)課時(shí)幾乎是奢望，學(xué)生的課后消化和鞏固更是難以實(shí)現(xiàn)。可見，教學(xué)難度大和課時(shí)不足的矛盾很難調(diào)和。

（二）教學(xué)知識點(diǎn)的嚴(yán)謹(jǐn)性與學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾

編程是一門具有鮮明特色的課程，其教學(xué)知識點(diǎn)非常嚴(yán)謹(jǐn)。雖然高一編程教學(xué)考慮到了高中生的能力水平和認(rèn)知特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)刪減和調(diào)整，但是對高一學(xué)生來說仍然是巨大的挑戰(zhàn)，如果照搬照抄大學(xué)編程教學(xué)的方法顯然不合適。高中生既理性又感性，他們既希望所學(xué)的知識點(diǎn)科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)，又希望它有趣而生動。教學(xué)知識點(diǎn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾日益突出。

（三）單元知識點(diǎn)的獨(dú)立性和現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜性之間的矛盾

放眼編程教材，為了能很好地詮釋單元知識點(diǎn)，各單元例題均選擇具有鮮明特點(diǎn)的經(jīng)典案例，比如在講解單分支結(jié)構(gòu)時(shí)會選擇絕對值案例，在講解多分支結(jié)構(gòu)時(shí)則使用學(xué)生成績等第的例子。從單元知識點(diǎn)的角度看，這兩個(gè)例子非常經(jīng)典，也便于上手，非常適合單元教學(xué)，但是，如果放眼整本教材，從課程整體知識脈絡(luò)看，則有“獨(dú)立”的意味。程序設(shè)計(jì)的目的是解決生活實(shí)際問題，不能只停留在單個(gè)知識點(diǎn)問題的理解和應(yīng)用上。編程人員如果不能根據(jù)實(shí)際情境，靈活運(yùn)用知識解決問題，則不能算是一個(gè)合格的編程者。而現(xiàn)實(shí)問題往往是復(fù)雜多變的，因此單元知識點(diǎn)的獨(dú)立性和現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜性之間的矛盾亟待解決。

二、化解矛盾

如此看來，在高中進(jìn)行編程教學(xué)需要勇氣，更需要智慧。那么，如何化解上述三個(gè)矛盾呢？筆者認(rèn)為，可以從以下思路入手。

（一）大刀闊斧，去粗取精

要化解教學(xué)難度大與課時(shí)不足的矛盾，唯有在“精簡”上做文章。從課程培養(yǎng)目標(biāo)看，高中階段只需培養(yǎng)學(xué)生的編程素養(yǎng)和計(jì)算思維，讓學(xué)生對程序設(shè)計(jì)有個(gè)總體的感性認(rèn)識；從教學(xué)知識點(diǎn)看，只需學(xué)生掌握3 種基本程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：順序、分支、循環(huán)，并能夠解決簡單問題。因此，教師應(yīng)重新梳理高中編程教學(xué)的核心知識點(diǎn)，并對其做“減法”，大刀闊斧，去粗取精。

（二）選擇案例，逐步求精

要化解教學(xué)知識點(diǎn)的嚴(yán)謹(jǐn)性與學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的趣味性需求之間的矛盾，需要在案例上下功夫。一個(gè)好的案例，必須與學(xué)習(xí)者的生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，而且必須是豐富的、有趣的關(guān)聯(lián)。高中生的學(xué)習(xí)注意力不能長久集中，學(xué)習(xí)注意力的持久度與案例的趣味性正相關(guān)，因此，選擇的案例須貼近生活且有趣，并且采取小步子、逐步求精的方式呈現(xiàn)。

（三）破除壁壘，打散重構(gòu)

要化解單元知識點(diǎn)的獨(dú)立性與現(xiàn)實(shí)問題的復(fù)雜性之間的矛盾，必須打破單元壁壘，對教學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行打散重構(gòu)。我們要先思考：一個(gè)案例只能承載一個(gè)知識點(diǎn)嗎？各個(gè)單元之間能否融合重構(gòu)？很顯然，通過精挑細(xì)選，一個(gè)合適的案例完全可以承載多個(gè)知識點(diǎn)，一個(gè)合適的案例也可以打破單元間的壁壘。通過對教學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行打散重構(gòu)，可將多個(gè)單元的知識點(diǎn)融合為一個(gè)整體。

三、一例貫通，減負(fù)增效

通過打散重構(gòu)操作，將多個(gè)單元知識點(diǎn)融入一個(gè)案例中，并將這個(gè)案例做大做精，這種方法我們把它形象地稱為“一例貫通”教學(xué)法。實(shí)踐表明，基于高中生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，采用“一例貫通”教學(xué)法開展高一編程教學(xué)切實(shí)可行，且能減負(fù)增效。下面，筆者結(jié)合自身的編程教學(xué)實(shí)踐，分享一個(gè)“一例貫通”的教學(xué)案例，以供大家參考。

［案例］四則運(yùn)算出題器。

高一編程教學(xué)涉及程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分，要求學(xué)生掌握基本輸入與輸出語句，變量定義以及順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本用法，模塊化編程（函數(shù)）略有涉及。綜合考慮以上教學(xué)要求，“四則運(yùn)算出題器”是一個(gè)極好的跨單元融合案例。下面從知識點(diǎn)覆蓋范圍、所需課時(shí)、思維深度等方面進(jìn)行說明（如表1）。

表1

（一）單元模塊教學(xué)法

傳統(tǒng)的單元模塊教學(xué)法，按知識點(diǎn)來劃分教學(xué)單元，組織教學(xué)。雖然清晰、易于開展，但是容易造成知識點(diǎn)之間的孤立，使知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)意識和關(guān)聯(lián)行動不易發(fā)生，學(xué)生更多的是對單個(gè)孤立知識點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用，這樣的學(xué)習(xí)是機(jī)械的、低效的。如何讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生？這就是需要教師打破單元間的壁壘，從整本教材角度，重新思考和構(gòu)建知識點(diǎn)，以“大單元”的視角組織教學(xué)。

教科版必修1 教材第二章的內(nèi)容是編程計(jì)算，共分為4 個(gè)子單元，涉及“分支結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”“函數(shù)”三個(gè)重要知識點(diǎn)。按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教師會按順序逐個(gè)擊破。如在教學(xué)分支結(jié)構(gòu)時(shí)，教師會從單分支結(jié)構(gòu)過渡到多分支結(jié)構(gòu)，如例題選擇方面，常選擇BMI、成績等第等經(jīng)典實(shí)例。在教學(xué)循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，教師較多的是選擇累加、累乘、存款計(jì)算、九九乘法表等經(jīng)典實(shí)例。不可否認(rèn)，這些經(jīng)典實(shí)例對于單個(gè)知識點(diǎn)的理解非常有用，但與前后知識點(diǎn)間的聯(lián)系不夠密切。本章的教學(xué)難點(diǎn)是函數(shù)。函數(shù)是模塊化編程的起點(diǎn)，對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)、編程能力的提升有重要作用。按照傳統(tǒng)做法，教師多是讓學(xué)生模仿，對函數(shù)有個(gè)初步的認(rèn)識，很少讓學(xué)生真正體驗(yàn)函數(shù)在高階編程中的重要作用?！昂瘮?shù)”內(nèi)容的教學(xué)應(yīng)該以更直觀的方式，讓學(xué)生自己分解問題，運(yùn)用函數(shù)的思想解決較復(fù)雜的實(shí)際問題。

（二）“一例貫通”教學(xué)法

針對單元模塊教學(xué)存在的問題，教師對多個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行整合、重構(gòu)，進(jìn)行“大單元”教學(xué)。從SOLO思維評價(jià)模型看，這種教學(xué)法能讓知識點(diǎn)之間產(chǎn)生更多的關(guān)聯(lián)，把零散的、孤立的知識點(diǎn)組合起來，更切合具體情境復(fù)雜性、實(shí)際問題靈活性的特點(diǎn)。

在進(jìn)行“大單元”教學(xué)時(shí)，教師可以試著尋找一種方式，把“大單元”知識點(diǎn)融合到一個(gè)綜合案例中。這個(gè)案例最好來源于生活，與生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，以更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)遷移。而“四則運(yùn)算出題器”就是一個(gè)有效整合案例。在設(shè)計(jì)“四則運(yùn)算出題器”時(shí)，可從最簡單的順序結(jié)構(gòu)入手，首先完成手動出題的簡易加法器，接著進(jìn)行對錯判斷，融入分支結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)，然后實(shí)現(xiàn)自動出多道題，滲透循環(huán)結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)，升級程序，從簡易加法器升級為四則運(yùn)算出題器。此處要運(yùn)用函數(shù)思想，繼續(xù)升級程序，使之能夠提示正確率，甚至能夠?qū)⒔Y(jié)果通過Python的Matlab庫進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化……本案例整合了“順序結(jié)構(gòu)”“分支結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”“函數(shù)”等知識點(diǎn)。學(xué)生在“認(rèn)知—實(shí)踐—認(rèn)知”的過程中不斷豐富自己的學(xué)科知識，提升自身的編程素養(yǎng)和計(jì)算思維。

1.“四則運(yùn)算出題器”需求進(jìn)階分析

簡易加法器（手動出1 道題）—簡易加法器（自動出1 道題、判斷對錯）—四則運(yùn)算出題器（自動出1 道題、判斷對錯）—四則運(yùn)算出題器（自動出多道題、判斷對錯）—四則運(yùn)算出題器（自動出多道題、判斷對錯、提示正確率）—四則運(yùn)算出題器（實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算模塊化）

2.“四則運(yùn)算出題器”的功能與知識點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系

簡易加法器（手動出1 道題）——定義變量、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型、輸入與輸出語句

簡易加法器（自動出1 道題、判斷對錯）——引入隨機(jī)數(shù)模塊、多分支結(jié)構(gòu)

四則運(yùn)算出題器（自動出1道題、判斷對錯）——多分支結(jié)構(gòu)（加、減、乘、除四種情況的分類處理）

四則運(yùn)算出題器（自動出多道題、判斷對錯）——循環(huán)結(jié)構(gòu)

四則運(yùn)算出題器（自動出多道題、判斷對錯、提示正確率）——循環(huán)結(jié)構(gòu)（循環(huán)嵌套、被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)問題、統(tǒng)計(jì)計(jì)算）

四則運(yùn)算出題器（實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算模塊化）——函數(shù)的運(yùn)用

3.“四則運(yùn)算出題器”的功能實(shí)現(xiàn)

“簡易加法器”樣例1：手動出1道題。

“簡易加法器”樣例2：引入隨機(jī)數(shù)模塊，自動出1道題，判斷對錯。

“四則運(yùn)算出題器”樣例3：選擇加、減、乘、除其中之一，自動出1道題，判斷對錯。

BUG 修正：除法運(yùn)算，被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)的控制。

“四則運(yùn)算出題器”樣例4：自動出多道題，判斷對錯。

“四則運(yùn)算出題器”樣例5：

BUG 修正：除法運(yùn)算，被除數(shù)與除數(shù)倍數(shù)的控制，并統(tǒng)計(jì)練習(xí)的正確率。

“四則運(yùn)算出題器”樣例6：運(yùn)用函數(shù)，實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算模塊化。

以除法模塊為例，加、減、乘代碼類似。

至此，一個(gè)功能相對完善的四則運(yùn)算出題程序的代碼編寫完成。通過此例，將教科版必修1 教材第二章的知識點(diǎn)成功融合到一個(gè)樣例之中。學(xué)生親歷了一個(gè)小程序的完整誕生過程，從簡單到復(fù)雜，從頂層分解到局部實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的前期學(xué)習(xí)內(nèi)容是后期學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)和素材，后期學(xué)習(xí)內(nèi)容是對前期學(xué)習(xí)內(nèi)容的拓展和提升，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，使得學(xué)生能夠不斷體會學(xué)習(xí)后續(xù)知識點(diǎn)的意義和程序設(shè)計(jì)要精益求精，以及程序在解決實(shí)際問題方面的魅力。

從程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識點(diǎn)覆蓋范圍看，本案例涵蓋了Python 編程的全部基礎(chǔ)內(nèi)容；從教學(xué)課時(shí)量看，采用“一例貫通”教學(xué)法能夠節(jié)省30%左右的教學(xué)時(shí)間；從學(xué)生思維活動深度看，“一例貫通”教學(xué)法更能有效培養(yǎng)學(xué)生的高階思維?！耙焕炌ā苯虒W(xué)法在知識的起承轉(zhuǎn)合方面更符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，它從一個(gè)最簡單的知識點(diǎn)開始，不斷地引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)出發(fā)，讓學(xué)生在完善程序功能的過程中明了新知識的學(xué)習(xí)意義，主動建構(gòu)和豐富新知識，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生，真正讓高一編程教學(xué)減負(fù)增效。