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)基于實際需求通過項目實踐，重點培養(yǎng)學(xué)生基于程序設(shè)計理念的邏輯思維習(xí)慣和方法。計算思維作為一種充滿創(chuàng)新思想的技能形式，順應(yīng)了目前我國實施創(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)生計算思維的重任。

一、計算思維培養(yǎng)的現(xiàn)狀研究

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

（一）計算思維定義

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

（二）Python語言優(yōu)勢

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

（三）計算思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，Python語言已進(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)課開設(shè)在中職一年級的兩個學(xué)期，Python程序入門作為獨立章節(jié)占16學(xué)時，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，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計缺乏與實際生活的結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。課堂上缺乏對學(xué)生思考能力的培養(yǎng)，造成了學(xué)生在學(xué)習(xí)動機、專業(yè)技能、解決問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.教師對計算思維的理論認(rèn)知度較低

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

2.中職生基礎(chǔ)薄弱，對編程課興趣不高

眾所周知，中職生的文化課基礎(chǔ)比較薄弱，有程序設(shè)計基礎(chǔ)的學(xué)生更少。筆者對我校2022級1060名學(xué)生進(jìn)行問卷調(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)生也表示對信息技術(shù)中Python編程這一章比較難理解。

3.缺乏實踐訓(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)編程語言不是16個課時能做到的，課內(nèi)學(xué)生自主訓(xùn)練時間有限，課后學(xué)生也沒有條件繼續(xù)進(jìn)行編程訓(xùn)練。在課堂教學(xué)中，這種“一對多”廣播式的教學(xué)演示對學(xué)生的有效指導(dǎo)微乎其微。在缺乏實踐訓(xùn)練的背景下，學(xué)生的自主探究能力低下。

二、培養(yǎng)中職生計算思維教學(xué)實踐的探索

筆者從事中職一年級信息技術(shù)教學(xué)，以2022級三個班級學(xué)生為研究對象，進(jìn)行教學(xué)實踐探索。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。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)計基于培養(yǎng)學(xué)生計算思維，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)計算思維

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

教師提出問題：校門口斑馬線的“人行紅綠燈”程序中最短綠燈時長的功能如何設(shè)置？通過Python編程實現(xiàn)。

通過分析問題→設(shè)計算法→編寫程序→調(diào)試運行→結(jié)果檢測的過程，讓學(xué)生學(xué)習(xí)解決問題的一般方法以及全面性分析問題的方法。案例選用學(xué)生生活中遇到的問題。教師引導(dǎo)學(xué)生分析解答，最終用編程解決問題。這個過程中用到了解析算法。學(xué)生通過找出解決問題的前提條件與結(jié)果之間的關(guān)系寫出表達(dá)式，計算表達(dá)式來實現(xiàn)問題的求解。在實際教學(xué)中，采用小組合作學(xué)習(xí)方式，每個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，學(xué)生很可能會放棄。隨著難度的提高，放棄的學(xué)生會越來越多。因此，教師需要根據(jù)中職生的心理特點來設(shè)計教學(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)化為一組簡單的子任務(wù)，并建立子任務(wù)與知識點的對應(yīng)關(guān)系以及處理子任務(wù)的具體方法。通過逐個解決子任務(wù)的過程達(dá)到掌握知識的目的，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)生主動思考并完成課堂任務(wù)非常重要。通常我們遇到問題產(chǎn)生困惑時，需要將問題分解成多個子問題。實施程序過程可以理解為：分析問題→原問題分解→各個子問題→逐一解決子問題→解決原問題。

（三）引入枚舉法培養(yǎng)學(xué)生的計算思維

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，褲子有3種搭配方式，穿第二件上衣時，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Python循環(huán)語句來編程實現(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，首先確定列舉對象和列舉的范圍，驗證問題成立的條件。接著，使用循環(huán)句和條件句進(jìn)行對應(yīng)的程序設(shè)計，實現(xiàn)問題解決。

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

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)生易對理論知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭煩情緒，但是往往對程序的運行結(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)計如下：

教師提出問題：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)對折，那么它對折多少次能超過清源山的高度？（通過卡尺測量100張A4紙的厚度，計算出一張紙厚度為0.08毫米）

這樣的問題充分激發(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，直接人工算太耗費時間又容易出錯，考慮用編程方法嘗試解決問題。

1.分析問題

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)計次數(shù)初值

while p

p=p*2

count+=1

print（count） #輸出折紙次數(shù)

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

三、實踐結(jié)果

本次面向中職生計算思維培養(yǎng)的行動研究分三次對三個班級進(jìn)行實驗。實驗結(jié)束后，發(fā)放了調(diào)查問卷，以了解教學(xué)策略對學(xué)生計算思維培養(yǎng)的效果、學(xué)生對計算思維的認(rèn)知和能力水平等。本次調(diào)查共發(fā)放105份問卷，回收105份問卷，其中有效問卷102份。通過課堂觀察了解信息技術(shù)課程的教學(xué)活動設(shè)計和教學(xué)策略，實踐結(jié)束后進(jìn)行后測問卷填寫與隨機訪談，分析所得數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。

第一，課堂中融入計算思維教學(xué)的內(nèi)容，對學(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)生充足的思考和動手操作時間，從而激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

第三，在實踐教學(xué)過程中，學(xué)生在分析問題、提出解決方案時會有一些新穎的看法，在小組合作學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生互助修改出錯程序代碼能提高學(xué)習(xí)效率。

顯而易見，以計算思維培養(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)新思維和糾錯思維。

綜上所述，計算思維能力的培養(yǎng)，不論是對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，還是對教師的課堂教學(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.基于計算思維的非計算機專業(yè)開設(shè)Python語言程序設(shè)計課程的探討[J].中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（中旬刊），2020（1）：190-191.

[2]王羅那，王建磐.人工智能時代需要關(guān)注的新素養(yǎng)：計算思維[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